Equipos de Perforacion

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA, METALURGICA Y GEOGRAFICA

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS

CURSO:

EQUIPO MINERO

TEMA:

EQUIPOS DE PERFORACIÓN

PROFESOR:

ING. E. MAURO GIRALDO PAREDEZ

LIMA – PERU2010

CONTENIDO

1. INTRODUCCION2. PRINCIPIO DE PERFORACIÓN3. CLASIFICACION DE LA PRERFORACIÓN DE ROCAS4. PERFORADORAS ROTOPERCUTIVAS5. PERFORADORAS ROTATIVAS6. ACCESORIOS DE PERFORACIÓN7. PROBLEMAS DE APLICACIÓN


CONTENIDO

1. INTRODUCCION

LA PERFORACION CONSISTE EN HORADAR UN CUERPO COMO LA ROCA CON DISTINTAS HERRAMIENTAS, EQUIPOS Y MECANISMOS, Y CON DISTINTOS FINES.

LA PERFORACIÓN DE ROCAS ES PARTE DE LA FRAGMENTACIÓN MECANICA DE ROCAS .

EN ESTA PARTE DEL CURSO SE ESTUDIAN LOS EQUIPOS DE PERFORACIÓN ROTOPERCUTIVA Y ROTATIVA


CLASIFIC. LA FRAGMENTACION

CONTENIDO

2. PRINCIPIO DE PERFORACIÓNTODA PERFORACIÓN SE BASA EN:

Trituración en caso de perforación de taladrosCorte en caso de los minadores continuos


a) UNA FUENTE DE ENERGIA: Perforadora, motores, pistones, etc.

b) MEDIO DE TRANSMISIÓN DE LA ENERGIA: Varillaje, ejes, fluidos, piñones, etc.

c) ELEMENTOS DE CORTE: Brocas, discos, rodillos, dientes, cucharas, picas, etc.

d) EVACUACION DE LA ROCA FRAGMENTADA: Agentes de barrido, scrapers, tornillos, cadenas, fajas, etc.

Micro jumbo h 152 TBM WIRTH 4

MECANISMO DE TRITURACIÓN Y CORTE:

MECANISMO DE TRITURACIÓN DE LA ROCA

MECANISMO DE CORTE DE ROCA

PRUEBA DEL PUNZÓN.

CONTENIDO

3. CLASIFICACIÓN DE LA PERFORACIÓN DE ROCAS

3.1 PERFORACIÓN POR PERCUSIÓN

3.2 PERFORACIÓN POR ROTOPERCUSIÓN

3.3 PERFORACIÓN POR ROTACIÓN

3.4 PERFORACIÓN POR MINADO CONTINUO


PIK HAMMER

SECCION DE UN JUMBO HIDRAULICO

PERFORADORA ROTATIVA BUCYRUS - ERIE 45R

..\SINGLE SHIELD TBM.jpg

CONTENIDO

4. PERFORADORAS ROTOPERCUTIVASIntroducido en 1838 accionadas a vapor, luego en 1861 reemplazado por aire comprimido

y a finales de anos 70 se introdujo el accionamiento hidráulico.

4.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO4.1.1 PERCUSIÓN: Producido por un pistón dentro de la perforadora, cuya energía cinética se transmite a través del varillaje al elemento de corte a una velocidad supersónica (5000 m/s). Depende de:

Tipo de Roca Forma y dimensiones del pistón Longitud del varillaje Numero de uniones (en la primera unión de pierde al menos el 80 % de la energía) Tipo y tamaño de la broca

Es el parámetro más importante en las perforadoras rotopercutivas, influye directamente en la velocidad de penetración y consume entre el 80 % y 85 % de la energía de la perforadora.


Ciclo Trabajo Interior Completo

CONTENIDO

4. PERFORADORAS ROTOPERCUTIVAS4.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

4.1.2 ROTACIÓN: Cambia la posición de los elementos de corte en cada impacto. Depende del tipo de terreno y broca. La rotación es antihoraria.

Con broca de insertos o pastillas entre 80 y 100 RPM, barrido 10° á 20° por impacto Con brocas de botones (2” – 3 ½”), 40 y 60 RPM, barrido 5° y 7° Cuanto más grande es la broca, menor velocidad de rotación.


CONTENIDO


4.1.3 EMPUJE O AVANCE: Mantener en contacto el elemento de corte con la roca. En función del tipo de roca y tipo de broca.

En equipos manuales: 300 – 500 Kg Equipos mecanizados: Más de 1500 Kg. Mecanismos de empuje:

Empujadores o pistones de las perforadoras manuales (jack leg, stopper). Cables o cadenas de los equipos mecanizados (jumbos, track drill, DTH) . Deslizadores de tornillos, para pequeñas profundidades (< 1,80 m). Deslizadores hidráulicos, sistema más moderno para grandes profundidades.

Implicancias del empuje sobre la perforación: Fuerza de avance insuficiente: Baja velocidad de penetración, Mayor desgaste del varillaje y coplas

(fatiga), Mayor pérdida de energía (calentamiento de uniones), Descarte prematuro de brocas. Excesiva fuerza de avance: Menor velocidad de penetración, Mayor desgaste de las brocas, dificultad de

desenroscado de uniones o la broca, mayor tendencia a la desviación de los taladros.


JACK LEG TOYO

CONTENIDO


4.1.4 BARRIDO: Su finalidad es mantener limpio el contacto entre la broca y la roca permanentemente limpio. Evacuando el detritus por el espacio anular entre la pared del taladro y el varillaje de perforación.

Los agentes de barrido pueden ser: agua, aire o espuma. Estos agentes se inyectan a presión al frente por el ducto a lo largo del varillaje o tubería.

El barrido con aire, se emplea en operaciones a cielo abierto, eliminándose el polvo mediante los captadores de polvo (track drills, DTH, etc.).

El barrido con agua, es más usual en labores subterráneas, además del barrido para mitigar el polvo. Se estima que este tipo de barrido genera una pérdida de rendimiento del equipo entre 10 y 20 %.


CONTENIDO


4.1.4 BARRIDO:El barrido con espuma es un complemento del barrido con aire, para elevar partículas grandes y pesados hacia la superficie y contribuyen a estabilizar la pared del taladro evitando que caigan fragmentos dentro del mismo.

La velocidad ascencional (Va) de barrido con aire, en cualquiera de los casos varía entre 15 y 30 m/s. Se puede estimar mediante:

Va = 9,55 (ρ/(ρ+1))d0,6, donde: Va = Velocidad ascencional (m/s). Ρ = Densidad de la roca (g/cc), d = Diámetro de las esquirlas más grandes (mm).

El caudal que debe entregar el compresor (Qa), es:

Qa = Va (ф2 - D2 )/1,27, donde: Qa = Caudal de aire (m3/min). Ф = Diámetro del taladro (m). D = Diámetro del varillaje (m).


BARRIDO DE UNA PERF. HIDR. SOBRE ORUGAS

CONTENIDO


4.1.5 CAPTADORES DE POLVO: Es complemento del sistema de barrido, cuya finalidad es mantener limpio el ambiente de trabajo e incrementar la productividad. Constan de:

Campana de aspiración: Instalado en superficie en el punto de emboquille, aspira el polvo y lo conduce a la unidad de separación y filtrado a través de una manguera. Tiene 2 aberturas, una en la parte superior por donde pasa el varillaje de perforación y otra en la parte inferior por donde pasa el aire con los detritus y polvo.

Unidad de separación y filtrado: Realiza en 2 etapas, primero ciclonea clasificando las partículas grandes y el polvo; y segundo, se lleva a cabo el filtrado, reteniendo el resto del polvo con una granulometría inferior a 5 μm.

Sistema de depresión o vacío: Consta de un ventilador en la etapa final, después de la unidad de filtrado.

El polvo puede recogerse en bolsas o descargarlo directamente en el lugar de trabajo.


Perf. Hidr. ROC F9 mostrando captador de polvo

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4. PERFORADORAS ROTOPERCUTIVAS4.2 PERFORABILIDAD EN PERFORACION ROTOPERCUTIVA

La perforabilidad (DRI), es el grado de facilidad y economía con que un macizo rocoso puede ser perforado, por una determinada máquina perforadora. El DRI se determina en función de 3 factores:a) Velocidad de penetración (cm /min)b) Desgaste de la brocac) Vida de la broca (longitud total de taladro perforado antes de su descarte)

La perforabilidad se determina a partir de 2 pruebas de laboratorio: a) Prueba Sueca a la Fragilidad, y b) Ensayo Sievers de Penetración.

La prueba Sueca a la Fragilidad (S20), consiste en triturar una muestra de roca fragmentada, por 20 impactos, y se expresa como el porcentaje que pasa el tamiz de 11,2x11,2.

El ensayo Sivers (SJ), consiste en perforar un mini taladro en 200 revoluciones y se mide en 1/10 mm; el valor de SJ como el promedio de 4-8 taladros


ENASYO SUECO A LA FRAGILIDAD ENSAYO SIEVERS AL DESGASTE INDICE DE PERFORABILIDAD Vs. S y J

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4. PERFORADORAS ROTOPERCUTIVAS4.2 PERFORABILIDAD EN PERFORACION ROTOPERCUTIVA

El índice de desgaste de la broca (BWI), se determina mediante el ensayo de abrasión del carburo de Tungsteno (AV) y la perforabilidad (DRI)


ENSAYO DE ABRASIVIDAD DEL C. DE TUNGSTENO BIT WARE INDEX (BWI) EN FUNCION DE LA AV Y DRI.

CONTENIDO

4. PERFORADORAS ROTOPERCUTIVAS4.3 CLASIFICACIÓN DE LAS PERFORADORAS ROTOPERCUTIVASDe acuerdo a la posición de la perforadora, se puede clasificar en: Martillo en cabeza y

martillo en fondo.

4.3.1 PERFORADORAS MARTILLO EN CABEZA: La perforadora se ubica fuera del taladro, es decir la percusión del pistón se transmite a lo largo del varillaje hasta la broca. Se clasifican en neumáticos e hidráulicos.

A) P.M.C. NEUMATICOS: Consta básicamente de: - Cilindro cerrado: En la parte delantera lleva el portabarrenos y la grapa para sujetar los

barrenos- Pistón: Es la pieza que produce los impactos, generando ondas de choque que viaja a lo largo

del varillaje hasta la broca.- Válvula reguladora del aire comprimido: Permite suministrar el caudal de aire adecuado y en

forma alternativa delante y atrás del pistón.- Mecanismo de Rotación: Que puede ser rueda de trinquetes, barras estridas.- Sistema de barrido: Consta de un tubo (aguja), que permite el paso del fluido de barrido hasta

el varillaje.


STOPPER GARDENER-DENVER PERF. MARTILLO EN FONDO - DTH\DTH SANDVIK.

PERF. NEUMATICA GARDENER-DENVER

PARTES DE UNA PERF. NEUMATICA.

Perf. Neumáticas en vol de bancos 1955 Track drill en condestable

CONTENIDO

4. PERFORADORAS ROTOPERCUTIVAS4.3 CLASIFICACIÓN DE LAS PERFORADORAS ROTOPERCUTIVAS4.3.1 PERFORADORAS MARTILLO EN CABEZA:B) P.M.C. HIDRAULICAS: Se introdujo por la década de los años 1970, tienen los mismos

componentes que las perforadoras neumáticas.

Principales características de las perforadoras neumáticas e hidráulicas


perforadora hidráulica COP 1038 seccionada Perf. diesel-hidraulico roc f7 atlas copco Perf. Hidr. sobre orugas roc 742 hc748c

Perf. Hidr. sobre orugas mostrando carrusel. Jumbos hidraulicos - exposicion Perf. simba h4450 - 2 brazos

PARAMETROSRANGO DE VALORES

Perf. Neumática Perf. Hidrául.

Relación: фpistón / фvarillaje 1,5 – 1,7 ~ 1/1

Presión de trabajo (PSI) 80 - 150 1800 - 4000

Frecuencia de impactos (golpes / min) 1500 - 3400 2000 – 5000

Velocidad de rotación (RPM) 40 - 400 0 – 500

Profundidad máxima de perforación (m) 15 Más de 30

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4. PERFORADORAS ROTOPERCUTIVAS4.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS PERFORADORAS HIDRAULIAS:

VENTAJAS:A) Menor consumo de energía: 1/3 respecto a las neumáticas, la energía eléctrica es

más eficiente que el aire comprimido.B) Menor costo de aceros de perforación: 20 % menor que en las Perf. Neumáticas, por

los impactos equilibrados del pistón.C) Mayor velocidad de penetración: Entre 50 y 100 %, la presión de trabajo es muy

superior a la de las Perf. Neumáticas y la velocidad de rotación es regulable.D) Mayor profundidad de perforación.E) Mejor ambiente de trabajo para el personal: Menor ruido, mejor visibilidad, mayor

ergonomía para los operadores, etc.F) La frecuencia de impactos y la velocidad de rotación son regulables.G) Posibilita la automatización de las operaciones: Como extensión de varillaje,

mecanismos antiatasques, control remoto, trabajo del equipo autónomo.


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4. PERFORADORAS ROTOPERCUTIVAS4.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS PERFORADORAS HIDRAULIAS:

DESVENTAJAS:A) Mayor costo de inversión inicial.B) Equipo sofisticado, requiere una infraestructura adecuada de talleres para su

mantenimiento.C) Personal especializado para su operación y mantenimiento.D) Las instalaciones eléctricas que requiere son más peligrosas que las tuberías de aire.E) Requieren aceros de perforación más robustas, por la potencia que tienen.


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4. PERFORADORAS ROTOPERCUTIVAS4.3 CLASIFICACIÓN DE LAS PERFORADORAS ROTOPERCUTIVAS4.3.2 PERFORADORAS MARTILLO EN FONDO:a) Se introdujo en 1951 para minas a cielo abierto, en rocas de media a dura con

diámetros de 4” á 8”, actualmente existen DTHs hasta de 36”.b) En minería subterránea se viene aplicando desde 1975, al introducirse la voladuras

con taladros largos y VCR.c) La relación: Carrera / díámetro = 1,6 – 2,5 en diámetros pequeños y diámetos

grandes ≈ 1. En Perforadoras martillo en cabeza ≤ 1.d) La presión del aire: Oscila entre 280 y 380 PSI.e) En terrenos inundados con agua, requieren compresores de alta presión para

evacuar el agua y la columna de agua afecta el rendimiento del equipo.f) Empuje: 80 – 85 Kg/cm de diámetro, excesivo empuje contribuye al desgaste de la

broca y afecta a la rotación.


PERFORADORA DTH COP ESQUEMATICO

PERFORADORAS DTH COP

DTH ROC L8 - VISTA FRONTAL

DTH REICH DRILL T-750 (36 PULG)

DTH\Sany Drill Rig Down Hole

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4. PERFORADORAS ROTOPERCUTIVAS4.3 CLASIFICACIÓN DE LAS PERFORADORAS ROTOPERCUTIVAS4.3.2 PERFORADORAS MARTILLO EN FONDO:g) Velocidad de rotación: Depende del tipo de terreno

h)Barrido: Aire, agua y espuma. La velocidad ascencional del aire hasta 0,77 m/s. El barrido con espuma se aplica en terrenos deleznables y pozos de agua.

i) Lubricación: 1,0 litros / 17 m3 / min de aire consumido. A alta presión 1,0 litro / Hr.j) Tubería de perforación: El diámetro de las tuberías está en función del Diám. de

taladro. Las longitudes de las tuberías son de 1,5 m y 3,0 m.


TIPO DE ROCA VELOCIDAD DE ROTACIÓN (RPM)

Muy blanda 40 – 60

Blanda 30 – 50

Media 20 – 40

Dura 10 - 30

DIAM. TALAD. (mm) DIAM. TUBERIA (mm)

102 – 115 76

127 – 140 102

152 – 165 114

200 152

381 (15”) 273

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4. PERFORADORAS ROTOPERCUTIVAS4.3 CLASIFICACIÓN DE LAS PERFORADORAS ROTOPERCUTIVAS4.3.2 PERFORADORAS MARTILLO EN FONDO:VENTAJAS Y DESVENTAJAS:

VENTAJAS:– Velocidad de penetración constante a lo largo del taladro.– Menor desgaste de las brocas por el eficiente barrido.– Los tubos de perforación duran más que las barras.– Mínima desviación de los taladros, permitiendo perforaciones profundas.– Con carros pequeños, es posible perforar grandes diámetros de taladro.– El costo por metro perforado es menor que con perforadoras rotativas en rocas

duras y diámetros medianos.– Menor ruido en la zona de trabajo.– Menor consumo de aire que en los top hammers.


CONTENIDO

4. PERFORADORAS ROTOPERCUTIVAS4.3 CLASIFICACIÓN DE LAS PERFORADORAS ROTOPERCUTIVAS4.3.2 PERFORADORAS MARTILLO EN FONDO:VENTAJAS Y DESVENTAJAS:

DESVENTAJAS:– Baja velocidad de penetración.– Cada martillo está diseñado para una estrecha gama diámetros de perforación,

unos 12 mm.– Existe el riesgo de que se pierda el martillo dentro de los taladros por atasque o

desprendimiento de fragmentos de roca dentro del taladro.– Requieren compresores de alta presión, demanda alto consumo de energía.


CONTENIDO

5. EQUIPOS DE PERFORACIÓN ROTATIVAEs el método de perforación que únicamente emplean los mecanismos de rotación y

empuje para perforar la roca. Se presentan en 2 tipos: Perf. Rotativa con triconos y con brocas de arrastre; siendo de mayor aplicación las perforadoras rotativas con triconos.

La perforación con triconos se introdujo en 1907, para perforar pozos petrolíferos. Con la introducción del ANFO, se introdujo a la minería. Actualmente se tienen perforadoras rotativas de 6” á 24”, siendo de aplicación común en minería de 6” á 12 ¼” y ocasionalmente hasta 17 ½”. Las perforadoras rotativas están montadas sobre orugas o neumáticos. Los equipos montados sobre orugas tienen una serie de ventajas, como:

– Mayor estabilidad– Capacidad de trabajar en pendientes pronunciados.– Mayor fuerza de empuje– Menor presión al terreno

Su principal desventaja es su baja velocidad de desplazamiento, 2 – 3 KPH. , los equipos montados sobre neumáticos a se usan en pequeñas operaciones


BROCAS TRICONICAS SMITH – GRUNER. Chevron drag bit.

PERFORADORA BUCYRUS ERIE 45R - TINTAYA

Perforadora rotativa Ingersoll Rand TH55M.

Perforadora rotativa Ingersoll Rand T5BH

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5. EQUIPOS DE PERFORACIÓN ROTATIVALos equipos montados sobre neumáticos se aplican en pequeñas operaciones, con una velocidad de desplazamiento que bordea los 30 KPH.La energía de accionamiento puede ser eléctrico o diesel. Los accionados por energía diesel normalmente se aplican para perforaciones de pequeño a mediano diámetro (6” – 8”). Para diámetros superiores a 9”, necesariamente deben ser eléctricos. La mayor energía consume el sistema de barrido, Ver cuadro siguiente:


RUBRO CONSUMO DE ENERGIA (%)

Movimiento de elevación y traslación 18

Rotación 18

Empuje 3

Nivelación 2

Captadores de polvo 3

Evacuación del detritus con aire comprimido 53

Equipos auxiliares 3

TOTAL 100

Componentes de la perf. rot. bucyrus.-erie 45-r elect. y diesel

Perforadora rot. disel - hidraulico 1967

Equip. de perforacion rotat\per- rot. b-e 55r

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5. EQUIPOS DE PERFORACIÓN ROTATIVA5.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LAS PERFORADORAS ROTATIVAS:5.1.1 EMPUJE (pull down): Influye directamente en la velocidad de penetración y

depende del tipo de roca y diámetro de perforación. El pulldown puede ejercerse con piñones, cadenas, etc. El pulldown debe vencer la resistencia a la compresión de la roca, pero dentro de un límite, para no comprometer a la broca y sus partes internas. El empuje excesivo en roca dura, produce desgarramiento de los elementos de corte del tricono. En terrenos suaves la broca se hunde, y provoca el desgaste de la masa del tricono. Se ha definido 3 niveles de empuje: E. Mínimo, E. Límite, y E. Máximo.A) EMPUJE MINIMO (Em) : Es el empuje necesario para vencer la resistencia a la compresión de la roca, se estima con la siguiente relación:

Em = 509 σc ф; donde: Em = Empuje mínimo (Kg)

σc = Resistencia a la compresión de la roca (Mpa).

ф = Diámetro de taladro (m)


Mecamismo del pulldown de la perf. rot. Bucyrus-Erie 60-R y 61-R

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5. EQUIPOS DE PERFORACIÓN ROTATIVA5.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LAS PERFORADORAS ROTATIVAS:5.1.1 EMPUJE (pull down):

B) EMPUJE LIMITE (Elim) : Es el empuje pueden soportar los cojinetes de los triconos, se estima mediante como:

Elim = 5,7 x 105 ф2 ; Donde:

Elim = Empuje límite (Kg)

ф = Diámetro de la broca tricóninca (m).

B) EMPUJE MAXIMO (EM) : Es el empuje por encima del cual los elementos de corte se hunden en la roca, produciendo su desgarramiento, se estima como el doble del empuje mínimo: EM = 2 Em


Representacion de excesivo pulldown Descarte de broca - rotura de cono

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5. EQUIPOS DE PERFORACIÓN ROTATIVA5.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LAS PERFORADORAS ROTATIVAS:5.1.2 ROTACIÓN: La rotación es proporcionada por un motor eléctrico o hidráulico,

siendo el eléctrico el más común por la facilidad de regular al velocidad de rotación de 0 – 160 RPM.La velocidad de rotación (Vr), con brocas con dientes de acero varía entre 60 – 160 RPM.Con brocas tricónicas con botones o dientes de carburo de tungsteno: 50 – 80 RPM.

La velocidad de rotación también depende del tipo de roca.


TIPO DE ROCA Resistencia a la compresión (Mpa)

Velocidad De Rotación (RPM)

Constante del terreno (K)

Blanda ---------- 100 – 160 12 x 10-5

Blanda / media 17,5 – 56 75 – 120 10 x 10-5

Media 56 – 100 60 – 80 8 x 10-5

Dura 100 – 210 35 – 70 6 x 10-5

Muy dura 210 - 476 35 - 70 4 x 10-5

Motor de rot., sist pulldown, etc.

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5. EQUIPOS DE PERFORACIÓN ROTATIVA5.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LAS PERFORADORAS ROTATIVAS:5.1.2 ROTACIÓN: POTENCIA DE ROTACIÓN (Potr): Se puede estimar de la siguiente relación:

Potr = K Vr (ф5 EM3 )1/2 ; Donde:

Potr = Potencia de rotación requerida (HP).

K = Constante del terreno

Vr = Velocidad de rotación (RPM).

Ф = Diámetro de la broca o taladro (pulgadas).

EM = Empuje máximo en miles de libras por pulgada de diámetro.


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5. EQUIPOS DE PERFORACIÓN ROTATIVA5.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LAS PERFORADORAS ROTATIVAS:5.1.3 BARRIDO: El aire insuflado al fondo del taladro, tiene las siguientes finalidades:

a) Enfriar y lubricar los cojinetes de los triconos. b) Mantener limpio el contacto roca – broca. c) Evacuar el detritus fuera del taladro, con una adecuada velocidad ascencional y caudal.A) VELOCIDAD ASCENCIONAL (Va): Depende de densidad de la roca y el tamaño de partículas más grandes del detritus de perforación.

Va = 9,5 ρr /(ρr + 1)r x dp 0.6; Donde: Va = Velocidad

ascencional (m/s). ρr = Densidad de la roca (g/cc). dp = Diámetro de las partículas más grandes del detritus (mm).


DENSIDAD DE LA ROCAVELOCIDAD ASCENCIONAL (m/s)

MINIMA MAXIMA

Baja 20 30

Madia 25 35

Alta 30 40

partes de una broca triconica - sanvik

Perfor. mostrando malla y acumulación de detritus

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5. EQUIPOS DE PERFORACIÓN ROTATIVA5.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LAS PERFORADORAS ROTATIVAS:5.1.3 BARRIDO:

B) CAUDAL DE AIRE NECESARIO (Qa):

Qa = 0,8 Va (ф2 – dt2 ); Donde: Qa = Caudal de aire necesario (m3/s). ф = Diámetro de

taladro (m). dt2 = Diámetro del tubo de perforación (m).

Para suministrar el suficiente caudal de aire, el espacio anular entre la pared del taladro y la tubería de perforación, está en función del tipo de roca. La diferencia de diámetros de la broca y la tubería debe ser como sigue:


TIPO DE ROCA ф – dt (mm)

Blanda 75

Media 50

Dura 38

Corte y barrido esquemático

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5. EQUIPOS DE PERFORACIÓN ROTATIVA5.2 CAMBIADORES DE TUBOS:Existen 2 tipos de cambiadores: a) Tipo Bandeja y b) tipo revólver. El tipo bandeja tiene

capacidad para 1 á 3 tubos. El tipo revólver tiene capacidad para más de 4 tubos, con lo cual se pueden perforar taladros hasta de 60 m. El cambio de tubos demanda al menos 5 min/tubo, por lo cual se perfora en single pass. En taladros inclinados, la elevación del mástil demanda entre 2 y 5 minutos. Los taladros inclinados tienen una serie de desventajas para los equipos de perforación, entre otros: a) Rápida fatiga de las articulaciones. b) Alto costo de mantenimiento de los equipos. c) Bajo rendimiento de los equipos de perforación.


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5. EQUIPOS DE PERFORACIÓN ROTATIVA5.3 VELOCIDAD DE PENETRACIÓN (Vp):La velocidad de penetración es el parámetro esencial durante el planeamiento de minado

y estimación de costos. Depende de una serie de factores, entre otros de: Geología del terreno, propiedades de la roca, tipo de equipo.

La perforabilidad se podría definir de diversas maneras en función de los parámetros que intervienen en su formulación: Energía específica, Coeficiente de resistencia de la roca (CRS), número de dureza de impacto de la roca (RIHN), micro dureza de Vickers, textura de la roca, etre otros.

La perforabilidad es el principal parámetro en la predicción de la velocidad de penetración

En perforación rotativa se ha estandarizado dos ensayos, establecidos por Hughes Tool Co.: Microbit y el Indenter Test.


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5. EQUIPOS DE PERFORACIÓN ROTATIVA5.3 VELOCIDAD DE PENETRACIÓN (Vp):A) ENSAYO MICROBIT (1950): Micro broca de 1 ¼” (32 mm), carga de 200 lb y 60 RPM.

Perforación de taladros de 3/33” (2,4 mm), se lleva el registro de del tiempo de perforación cada 1/33” (0,8 mm). Se calibra la broca y se registra su desgaste.


Los resultados obtenidos se confrontan con los resultados reales obtenidos en terrenos similares, plasmados en ábacos y se estima la vida del tricono.

Este ensayo es mayormente indicado para terrenos blandos, perforados con brocas con dientes.

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5. EQUIPOS DE PERFORACIÓN ROTATIVA5.3 VELOCIDAD DE PENETRACIÓN (Vp):B) ENSAYO DE INDENTACION (INDENTER TEST): Ejercer presiones crecientes a un diente

de carburo de tungsteno semi esfércico de ¼” de diámetro. Se incrementa presiones de 500 lb por vez hasta un máximo de 5000 á 6000 lb.


Con este ensayo se determina el ESFUERZO UMBRAL (Eu), con lo cual se determina el EMPUJE NECESARIO SOBRE EL TICONO (E):

E = Eu Nc; donde: E = Empuje necesario sobre el tricono

(lb).Eu = Esfuerzo umbral, es cuando la

roca empieza a agrietarse, por la presión ejercida.

Nc = Número de botones o dientes del tricono en contacto con la roca en cada instante (Aproximadamente 8 % del total de elementos de corte)

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5. EQUIPOS DE PERFORACIÓN ROTATIVA5.3 VELOCIDAD DE PENETRACIÓN (Vp):Los ensayos antes descritos, son llevados a cabo por los fabricantes de equipos de perforación y

y/o brocas..Los resultados obtenidos, se informa a los proyectistas y diseñadores, entre otros: a) Tipo de

broca recomendable. b) Empuje y velocidad de rotación adecuados. c) Velocidad de penetración probable. d) Vida de las brocas.

La velocidad de penetración (Vp), se puede calcular a partir de los resultados obtenidos en las pruebas:

Vp = K Vr (Pe/Eu) (E/N); donde: Vp = Velocidad de penetración.K = Factor de corrección de los factores in situ no tomados en cuenta en los ensayos.Vr = Velocidad de rotación.Pe = Penetración por giro.Eu = Esfuerzo umbralE = Empuje sobre el triconoN = Número de elementos de corte contenidos en el tricono.


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5. EQUIPOS DE PERFORACIÓN ROTATIVA5.3 VELOCIDAD DE PENETRACIÓN (Vp):Fórmulas empíricas:

A. Bauer (1971), presentó una fórmula modificada a lo que en 1967 propusieron con P. Calder, luego de una investigación en mina de hierro en Canadá.

Vp = (61 – 28 log σc) (E/ф) (Vr/300), donde:

Vp = Velocidad de penetración (pies/Hr).σc = Resistencia a la compresión de la roca, expresada en miles de PSI.

Ф = Diámetro de la broca tricónica (pulg).Vr = Velocidad de rotación (RPM).


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5. EQUIPOS DE PERFORACIÓN ROTATIVA5.3 VELOCIDAD DE PENETRACIÓN (Vp):Fórmulas empíricas:

B) R. Praillet (1978):

Vp = (63,9 x E x Vr) / (σc2 ф0,9), donde:

Vp = Velocidad de penetración (m/Hr).E = Empuje (pulldown) (Kg)Vr = Velocidad de rotación (RPM).σ c = Resistencia a la compresión de la roca (MPa).

Ф = Diámetro de la broca tricónica (mm).


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6. ACCESORIOS DE PERFORACIÓNSon los elementos esenciales para perforar las rocas, considerando los aspectos técnicos

y económicos. La selección de los accesorios de perforación depende de una serie de factores, entre otros de:

– Diámetro de taladro.– Profundidad de taladro.– Propiedades geomecánicas del terreno (Estucturas, tipo re roca, grado de alteración

de las rocas).– Propiedades de la roca (Resistencia a la compresión, dureza, abrasividad, etc.).– Equipo de perforación disponible (tamaño, potencia, energía de accionamiento,

etc.).

6.1 SARTA DE PERFORACIÓN (CHAINEGE DRILL)VELOCIDAD DE PENETRACIÓN (Vp):Una típica sarta de perforación está conformada por:– Adaptador de culatas / adaptadores de rotación– Coplas o manguitos de acoplamiento


CARTILLA DE SELECCION DE ACCESORIOS DE PERFORACION.

CONTENIDO

6. ACCESORIOS DE PERFORACIÓN6.1 SARTA DE PERFORACIÓN (CHAINEGE DRILL)VELOCIDAD DE PENETRACIÓN (Vp):Una típica sarta de perforación está conformada por:– Adaptador de culatas– Coplas o manguitos de acoplamiento6.2 CARACTERISTICAS DE LOS ACEROS USADOS EN LA FABRICACIÓN DE LOS

ACCESORIOS DE PERFORACIÓN– Resistencia a la fatiga– Resistencia a la flexión– Resistencia a los impactos– Resistencia al desgaste 6.3 TRATAMIENTO DE LOS ACEROS USADOS EN LA FABRICACIÓN DE LOS ACCESORIOS

DE PERFORACIÓN– ENDURECIMIENTO SUPERFICIAL HF: Consiste en calentar el acero hasta 900 oC y

enfriarlo bruscamente con agua. Resulta acero resistente a la fatiga, caso de las barras, coplas y algunas brocas


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6. ACCESORIOS DE PERFORACIÓN6.3 TRATAMIENTO DE LOS ACEROS USADOS EN LA FABRICACIÓN DE LOS ACCESORIOS

DE PERFORACIÓN– CARBURACIÓN: Consiste en enriquecer el contenido de carbono en al superficie del

acero, introduciéndolo en un ambiente rico en carbono por algunas horas y a una temperatura de 925 oC . Resulta un acero con alta resistencia al desgaste, se aplica en la fabricación de barras y culatas.

– BOMBARDEO CON PERDIGONES: Consiste en someter el acero al impacto a una lluvia de perdigones de acero. Resulta acero resistente a la fatiga, caso de los barrenos integrales.

– FOSFATACIÓN Y APLICACIÓN DE UNA CAPA DE ACERO: Para proteger de la corrosión a los útiles de perforación.

– LOS ELEMEMENTOS DE CORTE: Los botones, dientes o insertos de las brocas se fabrican de carburo de tungsteno y cobalto (6 – 10 %)


ACCESORIOS DE PERF\BROCAS Y VARILLAJE- SANDVIK.j

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6. ACCESORIOS DE PERFORACIÓN6.4 ROSCASLa finalidad de las rocas es hacer un ensamblaje adecuado de las coplas, barras y las

brocas, garantizando que la transmisión de energía sea eficiente, pero sin sobre ajustarse, para lo cual es importante el PERFIL Y PASO DE LA ROSCA.

Un paso mayor complementado con un ángulo de perfil menor, permite a la rocas fácil desacoplamiento.

TIPOS DE ROCAS USADOS EN PERFORACIÓN: ROSCA R (tipo soga), ROSCA T (trapezoidal), ROSCA C , ROSCA GD o HI.

6.5 ADAPTADORESSirven para transmitir la energía de impacto, rotación en el empuje a la sarta de

perforación. Existen 2 tipos: DE ARRASTRE LEYNER (diámetros pequeños de 25 – 32 mm). ESTRIADOS (diámetros de 38, 44 y 50 mm), las barras tienen 6 á 8 estrías.

6.6 VARILLAJESirven para extender la sarta de perforación en taladros de gran profundidad.A) BARRAS O VARILLAS: se usan en perforadoras con martillo en cabeza, pueden tener

sección hexagonal o redonda, se pueden ensamblar con las coplas.


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6. ACCESORIOS DE PERFORACIÓN6.6 VARILLAJESe tienen los siguientes tipos de varillaje:– Hexagonal– Redonda– Rosca doble– Ligera– Acoplamiento integrado– Para túneles y galerías– Barreno integral roscado– Rosca con culata– Cónica con culata– Integral con broca de insertos– Rosca continua.Los barrenos integrales, están ordenados en series, donde el diámetro de las brocas disminuye conforme aumenta la

longitud de los mismos. Los tipos principales de barreno integral son:– Tipo sincel: Son los más usados por la facilidad de su afilado.– Insertos Múltiples: Perforación mecanizada de terrenos blandos y fisuradas.– De botones: Para terrenos poco abrasivos – Barrenos de Trabajo en Mármol: Cuatro insertos y canales especiales para el barrido


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6. ACCESORIOS DE PERFORACIÓN6.8 COPLAS O MANGUITOS DE ACOPLAMIENTOSirven para unir barras de perforación, existen distintos tipos: SIMPLES, CON

SEMIPUENTE, CON PUENTE y CON ESTRIAS.6.9 BROCAS PARA PERFORADORAS ROTOPERCUTIVAS:Las brocas son los que efectivamente trituran la roca, existe una diversidad de brocas. Su

diseño y construcción en general, involucra:– Rosca hembra hasta el fondo, o conicidad en brocas cónicas o descartables– Orificios centrales y laterales para barrido.– Hendiduras para la evacuación del detritus.– Perfil cónico.

TIPOS DE BROCAS:– Brocas de plaquitas o pastillas: en “X” (64 – 127 mm) y CRUZ (+) (35 – 57 mm).– Brocas de botones (50 – 251 mm).– Brocas especiales: Retráctiles, Escariadoras, Centro hundido, Balísticas.– Brocas para DTH (85 – 250 mm): Botones (Con núcleo rompedor, Cóncavas, Convexas y

balísticas. De insertos en a sección completa (“X” o CRUZ), y Núcleo rompedor con 4 insertos y 1 ó 2 botones en el centro.


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6. ACCESORIOS DE PERFORACIÓN6.9 BROCAS PARA PERFORADORAS ROTIVAS:Existen de 2 tipos: a) Brocas tricónicas y b) Brocas de arrastre. Siendo de mayor

aplicación las primeras.


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6. ACCESORIOS DE PERFORACIÓN6.9 BROCAS PARA PERFORADORAS ROTIVAS:6.9.1 BROCAS TRICONICAS:A) DISEÑO Y PATES:


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6. ACCESORIOS DE PERFORACIÓN6.9 BROCAS PARA PERFORADORAS ROTIVAS:6.9.1 BROCAS TRICONICAS:B) TIPO DE BROCAS TRICONICAS: a) B. T. con diente de acero y b) B. T. con botones o

dientes de carburo de W.


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6. ACCESORIOS DE PERFORACIÓN6.9 BROCAS PARA PERFORADORAS ROTIVAS:6.9.1 BROCAS TRICONICAS:C) SELECCIÓN DE BROCAS TRICONICAS: Se selecciona entre otros factores en función

del tipo de terreno.


C.1 CASO BROCAS DE BIENTES DE ACERO

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6. ACCESORIOS DE PERFORACIÓN6.9 BROCAS PARA PERFORADORAS ROTIVAS:6.9.1 BROCAS TRICONICAS:C) SELECCIÓN DE BROCAS TRICONICAS:


C.2 CASO BROCAS DE CON BOTONES DE W.

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6. ACCESORIOS DE PERFORACIÓN6.10 SELECCIÓN DE TUBERIAS Y TOBERAS:La tubería se selecciona de acuerdo al diámetro de taladro y el caudal de aire requerido.


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6. ACCESORIOS DE PERFORACIÓN6.10 SELECCIÓN DE TUBERIAS Y TOBERAS:Las toberas se seleccionan en función del tipo de broca y, diámetro de taladro y el caudal

de aire requerido.


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6. ACCESORIOS DE PERFORACIÓN6.11 VIDA DE LOS ACCESORIOS DE PERFORACIÓN ROTATIVA:La vida de las brocas tricónicas depente del tipo de broca y el tipo de terreno.Según Hughes Tool Co.: Brocas con dientes de acero: 2800 pies y brocas con dientes o

botones de carburo de W 12687 pies.Los tubos y estabilizadores: 98000 pies.


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7. INNOVACONES EN LAS PERFORADORAS ROTATIVASA) BARRIDOB) CONTROLC) MONITOREOD) CPONVERTIBLES A DTH.E) POSICIONAMIENTO Y AUTOMATIZACIÓNF) PERFORADORAS ROTATIVAS DIRECCIONALES.

8. PROBLEMAS DE APLICACIÓN


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