EQUIPOS DE PERFORACIÓN

Desde épocas remotas el hombre buscó la forma de realizar trabajos de excavación, viéndose obligado a utilizar herramientas primitivas y simples, así como una piedra atada a un pedazo de madera como martillo y probablemente un hueso o cuerno como barreno.

Luego es aplicado el sistema de perforación manual (perforación a pulso) con barrenos y combos de acero el cual es usado en algunas minas de la pequeña minería.

Seguidamente se inició el uso del aire comprimido con las máquinas perforadoras; estas máquinas primigenias tenían el inconveniente de ser muy pesadas y consumían mucho caudal de aire comprimido.

Finalmente, se dio un paso decisivo, con la mejora de la técnica de la perforación, al introducirse las modernas máquinas perforadoras, que son livianas y potentes, accionadas por energía neumática, eléctrica e hidráulica.

1.1. PERFORADORAS

Son máquinas destinadas para la ejecución de taladros (agujeros) en la roca o mineral, los que posteriormente serán volcados por la acción de los explosivos o permanecerán intactos de acuerdo al uso que se les destina.

Las máquinas perforadoras son utilizadas en minería, ingeniería civil y petróleo.

1.2. CLASIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS DE PERFORACIÓN

1. Según el agente que los impulsa .-a. Manualb. Aire comprimidoc. Eléctricod. A gasolinae. Hidráulico

2. Según el tipo de servicio .-a. Para minería: a cielo abierto, subterráneo y carbón.b. Para construcción civil.c. Para la prospección y explotación del petróleo.

3. Según el principio de movimiento .-a. De martillo o percusión.b. De rotación o trituración rotativa.c. De rotación y corte.d. De percusión –rotación.

4. Según la dirección a perforar .-

a. Horizontal: Drifter.b. Vertical: Hacia abajo: Jack Hammer o sinker

Hacia arriba: Stoper.

5. Según su apoyo o soporte .-a. Sobre pistones o barras de avance.b. Sobre carros o monturas: neumáticos, ruedas de acero, orugas,

etc.

6. Según su sistema de alineamiento .-a. De brazos neumáticos.b. De tornillo.c. De cadenas.d. Hidráulico.

7. Según su peso . Manual Mecanizadaa. Perforadoras ligeras ˂18 Kg ˂90 Kgb. Perforadoras medianas 18-30 Kg 91-150 Kgc. Perforadoras pesadas > 30 Kg >150 Kg

1.3. PERFORADORA ELÉCTRICA

Son perforadoras rotativas, poseen motores de 3,000 a 9,000 RPM y se usa mayormente en minería a cielo abierto. En comparación con las perforadoras neumáticas sin menos versátiles con relación al esfuerzo que efectúa la máquina perforadora durante la perforación.

La perforadora eléctrica tiene la ventaja en el consumo de energía que es de 7 a 8 veces menor que la utilizada por una máquina perforadora neumática. Como ejemplos de estos equipos se pueden citar a la Bucyrus Erie, Quarry Master, Etc.

1.4. PERFORADORA A GASOLINA

Estos equipos funcionan accionados por un motor a gasolina, y se fabrican en dos tipos:

1. Con motor adherido a la perforadora y es la más usada por su facilidad de manipuleo.

2. Con motor separado dela perforadora, siendo accionadas por una transmisión mecánica elástica.

Ambas máquinas son muy útiles en trabajos de difícil acceso o en trabajos de prospección. Ver Fig. Nº 01.

1.5. PERFORADORA A PERCUSIÓN

Un martillo neumático tiene un pistón de acero y una barrena que termina en corte. La energía procedente del pistón se trasmite a la culata del barreno, llegando a través de su corte al terreno, bajo la forma de percusión. El movimiento del pistón se consigue mediante la inyección de aire comprimido, que a su vez tiene la misión de retornarle a sus punto de partida, una vez liberada la energía que se le comunicó, y dejarle en condiciones de efectuar un nuevo recorrido útil.

La energía cinética procedente del pistón, al llegar a la culata del barreno se transforma en energía de percusión y a través del inserto del barreno se comunica a la roca que se desea romper.

Fig. Nº 1. Martillo perforador con motor a gasolina.

1.6. PERFORADORA ROTATIVA

Estas perforadoras se basan en el principio rotativo y el avance se realiza por desgaste de la roca causada por la broca del barreno.

Este tipo de perforación originalmente, fue usada en la perforación de pozos de petróleo, actualmente está siendo usadas en la perforación primaria para la voladura en mina a cielo abierto, en rocas cada vez más duras y funcionan accionadas por motores diésel o energía eléctrica.

En la perforación rotativa se distingue 3 tipos:- Rotación-trituración.- Rotación-corte, y- Abrasivo-rotativa.

1.6.1. PERFORADORA DE ROTACIÓN-TRITURACIÓN

Esta perforación es un método de intenso desarrollo, es aplicable en perforación de rocas con una comprensibilidad de hasta 5000 Kg/cm2.

La fuerza de avance es utilizada para presionar constantemente los botones contra la roca.

Se requiere una fuerza de avance muy grande, normalmente de 2 a3.5 Tn-s/pulg de diámetro de broca.

El peso de la máquina utilizada puede limitar la fuerza de avance a ser aplicada. La máquina requiere siempre ser posicionada firmemente en el piso. La fuerza de avance es trasmitida a los tubos de perforación a través de un avance de tipo cadena con accionamiento hidráulico.

En este sistema de perforación la rotación sirve para girar la broza y así una parte nueva del fondo del taladro puede ser trabajada.

La remoción de los detritus se lleva a cabo con aire de barrido, a veces conjuntamente con agua es inyectado a través de los tubos de perforación. Las partículas son soplados para fuera, por entre los tubos y la pared. Normalmente se emplean toberas reemplazadas las que son adaptadas a los triconos don el conducto del barrido emerge, y parte del aire de barrido se aplica para mantener limpios los rodamientos del tricono y enfriarlos. Con el fin de que el barrido sea lo más eficiente posible es necesario que el caudal de aire tenga una velocidad determinada. Por otra parte debe existir un correcto balance entre el caudal de aire suministrado y la corona anular formada entre el diámetro exterior del tubo y la pared del barreno.

El motor de rotación es una máquina para perforar con triconos es accionada hidráulicamente y a velocidades reguladas continuamente.

1.6.2. PERFORADORA DE ROTACIÓN-CORTE

Es empleada en perforaciones de formaciones rocosas, blandas y de una comprensibilidad de hasta 1, 500 bar.

En este método de perforación la energía es transmitida por los tubos de acero que mediante la rotación y presión, fuerzan a los insertos de carburo de tungsteno contra la roca. El filo de los insertos genera una presión en la roca, la que a su vez se quiebra o desprende en pedazos.

El mecanismo de rotación, normalmente es hidráulico, está montado en un avance accionado en el último de los tubos de perforación. La velocidad es normalmente alrededor de 80 RPM, que puede variar de acuerdo con la naturaleza del terreno.

1.6.3. PERFORADORA ABRASIVO-ROTATIVA

Es normalmente usada en prospección cuando se desea obtener una muestra o testigo; en este caso se usa una broca tipo corona con inserción de diamantes.

Entre los principales quipos de perforación rotativa se tiene:

- Perforadoras rotativas Rotamec 2200 de Atlas Copco: montado sobre orugas totalmente hidráulica; es utilizado en la perforación primaria en minería a cielo abierto. La perforación se efectúa con triconos de ¾" y perfora taladros verticales hasta 65 pies con una velocidad de 85 pies/hr.

- Perforadoras Bucyrus Erie; diseñadas para la perforación en minería a cielo abierto, tiene una capacidad hasta 97.5 pies de longitud, con diámetros de 9 a 15 pulg, y utiliza brocas tricónicas.

- Perforadoras SIMBA 5, Atlas Copco; que perfora taladros verticales de 100 a 130 pies, con hueco piloto de 430 mm de radio y un ensanchamiento de 1, 700 mm de radio; se utilizan para perforar chimeneas de ventilación u otros servicios.

- La Raise Boring Modelo 005, KENNAMETAL SUBTERRANEAN; perfora chimeneas de 5 a 6 pies de diámetro y 2000 pies de longitud; el agujero piloto varía de 9 a 11 pulg de diámetro. Perfora con brocas tricónicas el agujero piloto, con un ángulo de inclinación de 45°.

- La DRESSER RAISE HEADS, CUTTERS; para perforar chimeneas.

- Perforadoras con diamantes de corona (sondas): la Long year 44, 38, son sondas rotativas, cuya finalidad es obtener muestras o testigos. Etc.

PERFORADORA BUCYRUS ERIE

Son máquinas hidráulicas de rotación- trituración.

Se tienen los siguientes modelos:

- Perforadoras rotativas eléctricas BE 60 R.- Perforadoras rotativas eléctricas BE 50 R.- Perforadoras rotativas eléctricas BE 45 R.

Estas perforadoras hacen taladros circulares con el uso de brocas tricónicas que varían de 9 7/8" hasta 12 ¼" según el modelo de perforadora.

Las características técnicas de las perforadoras BE-45R y BE-60R son:

A. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LAS MÁQUINAS BE

PERFORMANCE: MODELO

45R 60R

- Portador Oruga Oruga

- Fuerza motriz (traslación) Diésel Eléctrico

- Velocidad de traslación (Km/hr) 1.0 1.0

- Capacidad de gradiente (%) 44 51

- Fuerza motriz (perforación) Diésel Eléctrico

CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN:

- Presión de perforación (KN) 306 547

- Torque máximo (N-M) 10.376 15.551

- Velocidad de rotación (rpm) 84 121

- Velocidad de penetración en roca de dureza media (m/hr)

127 146

- Capacidad del compresor (cfm) 27.8 37

- Presión del compresor (bar) 2.8 2.8

- Diámetro del taladro (mm) 171/279 311/381

- Longitud del taladro (m) 16.8 15.2/19.8

- Capacidad de barrenos (unidades) 3 3

- Máxima profundidad de taladro (m) 59.4 50.3

- Ángulo de perforación (grados) 0/30 0/30

DIMENSIONES:

- Longitud con mástil vertical (m) 11.0 13.0

- Longitud con mástil horizontal (m) 16.3-23.7 22.8-27.3

- Altura con mástil vertical (m) 17.5-24.4 23.2-27.7

- Altura con mástil horizontal (m) 4.4 7.1

- Ancho (m) 5.9 6.2

- Peso de perforación (Tn) 68.71 118/122

- Tamaño de la broca (pulg) 9 7/8 12 1/4

- Carga hidráulica (lb) 70.000 125.000

- Elevación hidráulica 55.000 96.000

B. SISTEMAS DE LA BUCYRUS ERIE

Estos equipos tienen principalmente los siguientes sistemas:

B.1. Sistema principal de aire.-

El aire del sistema sirve para la expulsión de las partículas y limpieza del barreno. El aire comprimido es proporcionado por un compresor rotativo.

B.2. Sistema auxiliar de aire.-

Es proporcionado por el compresor adicional accionado por un motor eléctrico, el cual comprime suficiente aire para el accionamiento de los diferentes controles.

Fig. N° 2. Esquema de las partes principales de una máquina perforadoraBUCYRUS ERIE

C.2. Castillo o mástil.-

Es la estructura portante de la columna de perforación o sea el motor de rotación, barreno, broca; además está ubicado en el elevador de cable, en la parte superior lleva ruedas dentadas para el control de la cadena de sujeción de la columna de perforación; aquí también encontramos los portabarrenos que sirvan para guardar los barrenos.

COLUMNA DE PERFORACIÓN

La columna de perforación que va en el castillo de mástil del equipo de perforación, es la que sirva directamente para la perforación de los taladros, se observa las siguientes partes:

- Cabeza motriz

- Barreno- Estabilizador- Broca (Ver fig. N° 3)

C.2.1. Cabeza motriz.-

Es la parte superior de la columna de perforación que lleva al motor de giro con sus respectivos engranajes, que son las que dan el giro con sus respectivos engranajes, que son las que dan el giro correspondiente al conjunto barreno-broca; además por allí ingresan los conductos de aire y agua para el barrido de los detritus y la refrigeración de la broca.

Esta cabeza motriz baja y sube según se opere para perforar un taladro; está unido al castillo o mástil por cremalleras y guiadores. El descenso y ascenso se controla a través de ruedas dentadas que lleva en ambos lados de su caja y por ellas se pasan las cadenas de transmisión de la presión hidráulica de empuje, que es accionado desde la base del castillo por una bomba hidráulica.

C.2.2. Barreno.-

Es una barra cilíndrica fabricada con acero aleado y con tratamiento térmico integral. En uno de sus extremos tiene hilos macho que permitan el acople con la caja rotatoria y en el otro hilo hembra donde se conecta el estabilizador. Ambos hilos son Beco (hilo grueso) de 2 hilos por pulgada. Inmediatamente después de los hilos (y en el exterior) tiene muescas que permite sujetarlo a la máquina (por medio de muelas hidráulicas) cuando se realiza su acople o desacople.

Estos tubos de acero tienen la finalidad de transmitir el giro y fuerza de empuje a la broca, para así efectuar la perforación; además por su agujero central corre el aire y el agua de perforación. La longitud de la barra de perforación (Stem) es variable así como también su diámetro de acuerdo al modelo de perforadora.

Fig. N° 3. COLUMNA DE PERFORACIÓN

C.2.3. Estabilizador.-

Llamado también Rimer, son tubos de 1.5 m de longitud que van ubicados entre la broca y el barreno, estas son piezas de mayor diámetro que los barrenos y sirven como su nombre lo indica para estabilizar la columna de perforación, es decir para que no oscile y evitar excentricidades en la perforación como el desgaste anómalo del tricono (desgaste de los faldones y de las hileras periféricas de los conos de la broca); las barras de perforación se ven favorecidas, ya que estas no se desgasten prematuramente por la acción abrasiva y también ayuda a la broca a dar el diámetro correspondiente al taladro sin causar gran trabajo en la broca utilizada.

Existen dos tipos de estabilizadores:

Estabilizador de aletas y de rodillos. Ver figura N°4.

a. Estabilizador de aletas .- son tubos que llevan soldados longitudinalmente y en los lados opuestos radiales placas de acero con insertos de metal duro.

b. Estabilizador de rodillos .- son tubos similares a los anteriores con la diferencia de que en los costados longitudinalmente tienen cavidades en las cuales llevan alojadas los rodillos alargados que operan en el diámetro del taladro y giran según el conjunto.

En estos estabilizadores no se debe permitir el desgaste total de las aletas y rodillos, ya que pueden caer parte de ellas dentro del huaco y dañar la broca.

En estos estabilizadores no se debe permitir el desgaste total de las aletas o rodillos, ya que pueden caer parte de ellas dentro del hueco y dañar la broca.

Cuando ocurre un desgaste incorrecto de las aletas o rodillos es como resultado de:

- Excentricidad del estabilizador- Mal empate de la broca- Barrenos torcidos- Carro desnivelado

ESTABILIZADOR DE ALETAS ESTABILIZADOR DE RODILLOS

Fig. N° 4.

C.2.4. Broca.-

Es la más importante herramienta de perforación, tanto porque es la que directamente efectúa la perforación, como por su elevado costo y corta duración.

Las brocas utilizadas por la BE son tricónicas, las cuales constan de un cuerpo con tres rodillos cónicos móviles equipados con botones de carburo cementado.Los botones están distribuidos sobre los tres rodillos de tal manera que la totalidad del fondo del taladro es perforado cuando se rota el tricono.

El tricono funciona en dos formas distintas según que la roca sea blanda o dura.

En el primer caso los ejes de los conos no pasan por el eje de rotación del tren de perforación, sino que tienen un cierto descentrado lo cual hace que los dientes no rueden solamente por el fondo del agujero sino que les dan a la vez un movimiento del deslizamiento capaz de arrancar un trozo de roca blanda.

En cambio cuando la roca es dura este descentrado es mucho menor o nulo incluso. Los dientes del cono rompen la roca por impacto.

Los conos del tricono se enumeran en el sentido de las agujas del reloj, mirando este por debajo.

Las variedades de brocas triconicas usadas son:

- Brocas de dientes, y- Brocas de insertos.

a.- Brocas de dientes.- Estas brocas llevan como estructuras de corte formas alargadas de acero, incrustados en los conos, llamados dientes de acero que son aleaciones de acero – niquel – molibdeno que son carburizados, enfriados, luego tratados térmicamente lográndose dientes resistententes a la astilladura y a la fractura, con una máxima resistencia y tolerancia al desgaste y al impacto en el duro trabajo a la que son sometidos al perforar una roca.

b.- Brocas de insertos.- La estructura de corte estos trepanos está formada por insertos cilíndricos de carburo de tungsteno colocados a presión dentro de orificios maquinados en cada uno, en el número suficiente y distribución adecuada. El principio básico empleado para este tipo de trépanos es que las partes expuestas o sobresalientes de los insertos de carburo de tungsteno producen una acción de impacto y el consecuente resquebrajamiento de la roca.

Para la selección de brocas a utilizarse depende del material que se va a perforar y la preferencia del personal para material suave como como el ripio, arcilla, limo requiere de una broca tricónica de dientes, para una buena penetración y un bajo costo.

Para rocas medianamente duras, tales como calizas, areniscas o dioritas, una broca tricónica de dientes medianos, o se puede usar también un tipo suave de broca tricónica de dientes medianos, o se puede usar también un tipo suave de broca tricónica de carburo de tungsteno.

Para material duro, como fierro taconita, un tipo de broca tricónica con insertos de carburo de tungsteno para terreno duro.

Para determinar el tipo y modelo de broca que se ha de usar en la perforación de las diferentes variedades de roca que se tiene en la mina, tanto en mineral como en desmonte, se tiene en cuenta las recomendaciones que específicamente los fabricantes de triconos, de acuerdo a las características que indican a sus productos.

Partes principales de una broca tricónica.-

Todos los triconos tienen las siguientes partes generales: (Ver fig. Nº 5,6 y 7)

1. Espiga o conexión macho en el borde se encuentra el tipo, numero de ensamblaje.

2. Hombro de la espiga, borde macho y tope de la espiga.

3. Cuerpo.

4. Pata o pierna de la broca.

5. Faldón, en número de tres, cuya función junto con la pata es el soporte de los conos.

6. Conos: Nº 1, Nº 2 Y Nº 3. El cono Nº 1 lleva punta de la flecha para evitarse forme testigo, los conos subsiguientes se enumeran siguiendo la dirección de las agujas del reloj.

7. Dientes o insertos de la hilera exterior incluyendo el calibre.

8. Dientes o insertos intermedios o filas intermedias.

9. Dientes o insertos interiores o de nariz.

10.Boquilla para aire o tobera de barrido.

Entre las partes internas de las brocas tricónicas se puede observar:

a. Conductos de aire, que comprenden el conjunto de aire principal y conductos secundarios para los rodamientos.

b. Rodamientos, que comprenden los cojinetes de rodillos y bolas.

c. Flanco de la pista de cojinetes de bolas.

d. Buge o botón de nariz.

e. Pin piloto.

f. Buge.

Fig. N° 5.

Dientes IntermediosFig. N° 6.

Herramientas auxiliares

Para la operación de la columna de operación, se disponen de herramientas auxiliares que sirven para manipular las partes de las mismas y aliviar el esfuerzo humano.

Entre las principales son:

El guiador.- Es una especie de casquillo que se coloca en el agujero de la plataforma de perforación, esta evita las oscilaciones de la

columna de perforación, permitiendo la operación normal del barreno sin desviación de la nivelación de la máquina. Fig Nº 8.

Niples.- Son coplas pequeñas que sirven para acoplar las partes de la columna de perforación, es decir van entre la cabeza motriz y el barreno, de igual manera entre el barreno y el estabilizador, y entre la broca y el estabilizador. Sirve para amortiguar las cargas y los esfuerzos evitando inutilizar partes principales por perdidas de hilo de la rosca por mal enroscamiento. Fig. Nº 9.

Fig. N° 8. Fig. N° 9.

Llaves de barrenos.- Es una herramienta que sirve para ayudar a desempatar juntas fuertes del barreno y estabilizador. Para su uso se debe recurrir al winche de la columna del castillo que ayudara a colocar a la altura requerida, también al pistón hidráulico que debe colocarse con un pin en la parte final de la llave y accionara esta al momento de desempatar. Fig. N º10.

Llave de brocas.- En una llave, exclusivamente para empatar y desempatar brocas de la columna de perforación. Para operar, esta llave se coloca dentro del agujero de perforación, haciendo coincidir las muescas topadoras con el tope de la plataforma de perforación, en esta llave se coloca la broca, la misma que deberá entrar libremente, haciendo girar luego la columna con el motor de rotación logrando a si empatar o desempatar. Fig. Nº 10.

Fig. Nº 10.

Mordazas.- Son pines accionados hidráulicamente, que están ubicados sobre la plataforma de perforacion alrededor del agujero y sirven para presionar los tubos de perforacion para empatar o desempatar los mismos. Fig. Nº. 12.

Fig. Nº 11. Fig. Nº 12.

FALTA:

C.3.

C.4.

C.5.

C.6. Pin de tiro.-

Es un accesorio que se ubica en la parte delantera de la perforadora, sirve para jalar o remolcar la perforadora cuando se tiene que trasladar distancias considerables; por lo general son remolcados por tractores de oruga.

PERFORADORA DRESSER SÚPER 480

La máquina Dresser Súper 480 consta de tres partes principales:

Perforador GiratorioUnidad de fuerza (Hidráulica)Unidad de transporte sobre oruga (Opcional)

Otros componentes incluyen:

- Tablero de control- Posicionador- Packer ( colector de residuo de perforación)- Registro de perforación- Equipo en el interior del hueco que incluye:

Tubo de acopleBroca pilotoEstabilizadoresBroca de escareo

A. Perforador Giratorio .-

Consiste en:

- Columna principal.- Pie de base.- Sobre bases metálicas.- Apoyos graduales.- Cilindro de soporte (en él se apoyan todas las piezas

citadas).- Cabezal de perforación.- Motor (Hidráulico).

B. Unidad de fuerza .-

Consiste principalmente en un motor eléctrico de 200 HP, con un carter de 190 galones de fluido hidráulico, 2 bombas hidráulicas, termostato y filtros especiales; la unidad de fuerza provee el fluido a la presión necesaria para la perforación.

C. Unidad de transporte a oruga .-

Sólo es aplicable en minas con labores muy amplias.

Operaciones de la Dresser Súper 480

Para la operación se considera cuatro pasos principales:

- Estalación de la base.- Instalación del equipo.- Perforación del hueco piloto.- Perforación de la chimenea.

A. Instalación de la base .-

Para la puesta en operación de la máquina, se requiere de una cámara con las siguientes dimensiones mínimas: 26 pies de longitud, 12 pies de longitud de ancho y 19 pies de alto.

También es necesario de la construcción de una base de cemento con 32 pernos de anclaje de 6 pies donde se anclará la maquina se debe considerar además un espacio necesario para la unidad de fuerza que trabaja a lado de la perforadora.

B. Instalación del equipo .-

Para la instalación se requiere equipos adicionales para el izaje y el emplazamiento de la maquina en su base, tales como tecles, tilfors, etc.

Se debe tener en cuenta la circulación de circuito eléctrico, aire comprimido, tuberías de expulsión de residuos y tuberías para el agua de refrigeración.

C. Perforación de hueco piloto .-

Se inicia la perforación con la broca piloto ticónicas) acopladas al primer estabilizador, perforados los primeros 5 pies se instala el Packer, luego se continua la perforación acoplando otros estabilizadores, donde se acoplaran los tubos de acople hasta llegar al nivel inferior.

La máquina puede regularse en velocidades hasta de 52 rpm, según se requiera. Solo en la perforación del hueco piloto se utiliza el aire comprimido, y es importante tener en un control sobre la expulsión de recursos.

D. Perforación de la chimenea .-

Concluida la perforación del hueco piloto, se retira de la broca piloto y se acopla en el nivel inferior la broca escareadora, la cual comienza su trabajo de abajo hacia arriba, hasta llegar a las inmediaciones de la base de la maquina en el nivel superior. En esta fase la maquina actual con menos velocidad pero mayor torque.

Los residuos son extraídos por el nivel inferior.

Para las operaciones se requiere de energía eléctrica, aire comprimido y agua de refrigeración.

Energía eléctrica.- Se requiere de una potencia de 250 Kw-h a 400 V. en forma constante.

Aire comprimido.- Para la expulsión de residuos en la fase de perforación del hueco piloto, se requiere no menos de 1 500 cfm a una presión de 80 P.S.I.

Agua de refrigeración.- La unidad de fuerza requiere para su circuito entre 4 a 6 gal/min.

Para evitar el polvo y humedecer los residuos en la expulsión es necesario de 3 a 5 gal/min. El agua es impulsada por aire comprimido en la perforación del hueco piloto; para la perforación de la chimenea se puede utilizar únicamente de la unidad de fuerza.

Equipo auxiliar.-- 4 tecles de cadena de 5 Tn, para la instalación del equipo.- 1 tecle eléctrico de 1 Tn, para levantar los tubos de acople,

estabilizador y broca piloto al acondicionador.- 1 tecle de cadena de 1 Tn, para cargar los tubos de acople a

la plataforma.- 1 tilfor de 5 Tn- 1 plataforma de 3 x 1 m, para transporte de la máquina y

accesorios.- 1 juego de teléfono magnético- 1 tablero eléctrico, voltímetro, amperímetro swicht, otros.

Fig. Nº 13. Perforación de chimenea desde un nivel

Nivel superior

Fig. Nº 14. Perforación de chimenea, accesorios

A. Broca pilotoB. EstabilizadorC. EstabilizadorD. EstabilizadorE. Tubo de perforaciónF. Estabilizador de espiralG. Broca escareadora

Nivel superior

C

A

E

GF

D

B

C

A

PERFORADORA DIAMANTINA – MODELO “LONGYEAR 44”

La perforadora diamantina se basa en la rotación constante de un sistema de tuberías accionada ya sea por un motor diésel o por un motor a gasolina, en la que se incluye al final una broca de forma cilíndrica y que contiene diamantes incrustados. En el transcurso de la perforación, la tubería y la broca son refrigeradas por agua o lodo de perforación que circulan en circuito cerrado. La tubería, las brocas y la refrigeración permiten el corte del terreno atravesado produciéndose la obtención de la muestra en un aditamento especial llamado “sacatestigo”.

El objeto principal de la perforación diamantina es la evaluación de muestras continuas representativas de lugares previamente ubicados y que reflejan la naturaleza del mineral contenido en el depósito.

La máquina perforadora utiliza los siguientes equipos:

- El camión- La sonda o máquina perforadora- Castillo- Unidad de bombeo- Sistema “WIRE LINE”- Brocas- Accesorios de perforación

A. El camión .-

Debe tener un diseño apropiado cuya plataforma se utiliza para montar el castillo, la máquina perforadora, la bomba de agua; además debe ofrecer un área suficiente para almacenar tuberías de perforación y accesorios.

B. Sonda o máquina perforadora .-

El elemento principal de la perforadora es la sonda, y las condiciones principales de una máquina perforadora son las siguientes:

a. Impartir el movimiento rotativo a la broca a través de la tubería de perforación.

b. Ejercitar una presión controlable contra la roca de contacto.

La capacidad de la maquina “Longyear 44” es la siguiente:

Para tuberías AW: 4 00O pies (2 219 m)

Para tuberías BW: 3 200 pies (975m)Para tuberías NW: 2 500 pies (762m)Para tuberías HW: 1 600 pies (485m)Para tuberías ACQ WL: 5 000 pies (1 524m)Para tuberías BCQ WL: 3 940 pies (1 200m)Para tuberías NCQ WL: 3 070 pies (935m)Para tuberías HCQ WL: 2 350 pies (716m)

La sonda mencionada posee las siguientes características:

- Cilindros dobles, hidráulicos.- Cabeza hidráulica giratoria de 3” a 3-7/8”- Retracción hidráulica- Diseñada para ser montada en camiones, trailers u otros

vehículos.- La “Longyear 44” tiene un tubo de cabeza de 4”- La máquina perforadora está montada sobre un bastidor de

acero y acondicionada a poder de un motor diésel.- La fuerza que ejerce el motor es transmitido a la cabeza

giratoria, por medio de un embrague de disco seco, céntrico; posee transmisión de engranajes sincronizados los mismos que están provistos para cuatro velocidades de izamiento y cuatro para perforación.

El sistema de izamiento tiene tres funciones principales:

a. Izar varillas.b. Bajar varillas.c. Perforar bajo su propia fuerza.

C. Castillo (mástil).-

Ubicado por encima de la máquina perforadora y montado en el camión, es manipulada hidráulicamente; tiene la forma de trípode y una vez que esta erguido................La altura del castillo desde el suelo es............... y desde la plataforma es de 35 pies.

D. Unidad de bombeo.-

Para un trabajo eficaz, se debe buscar una velocidad de ascenso de agua de 40 m/s. Esta unidad de bombeo normalmente va montada en el camión.

La más usada es la unidad de bombeo royal 535 –RQ de 5 velocidades, tipo automóvil, con una capacidad de 4,5 a 35

galones por minuto, y una fuerza de 500 libras por pulgada cuadrada.

E. Sistema “Wire Line”.-

Este sistema de elevación sirve para extraer el testigo por el interior de la tubería de perforación, sin necesidad de sacar toda la tubería. El sistema “Wire Line” consta de tres partes:

E.1. Elevador.- El motor de la máquina perforadora acciona este sistema por intermedio de un cable contenido en un carrete (winche) que almacena la cantidad de alambre de acero necesario. Generalmente se debe usar un cable de 4,000 a 5,000 pies de longitud y de 3/16” de diámetro. El carrete y el sistema izador pueden ser acondicionados junto con la máquina o lejos de ella.

En el extremo que se introduce al talado se acondiciona un aditamiento de recuperación llamado “overshot” (campana extractora) que tiene la función de que una vez llegado hasta el fondo con un sistema para engrampar el cabezal del “corre barrel” (tubo sacatestigo) lo asegura para su recuperación inmediata.

E.2. Barriles de muestra (corre barrels).- Son piezas tubulares que permiten la recuperación de una muestra que redunda en la obtención de correctos análisis de laboratorio y mejor evaluación del terreno que se está perforando. Hay de varios tipos designados con la letra “X” que a su vez abarcan tres tipos:

1. Tubo-único sacatestigo.2. Tubo-doble sacatestigo, tipo rígido.3. Tubo-doble sacatestigo, tipo giratorio.

E.3. Enchufe de pesca.- (overshot) Es un aditamiento independiente de recuperación del tubo interior, suspendido de un cable de acero.

Las ventajas del uso del sistema “wire line” son las siguientes:

- Menor tiempo de recuperación de la muestra.- Menores inconvenientes causados por el desprendimiento de trozos

de roca.- Desgaste menor en las rocas, de las tuberías de perforación.- Menores esfuerzos requeridos al motor de la máquina perforadora.- Menor desgaste físico de los operadores.- Mayor avance por guardia y menor costo de operación.- Máxima recuperación del testigo.- Proporciona máxima duración de la broca.

F. Brocas.-

La broca diamantina es el accesorio fundamental en la perforación para la obtención del testigo, dependiendo de su selección del objetico que se persigue y del diámetro deseado.

Las características de las brocas son:

1. Matríz regular, dura y extra dura. Se utiliza de acuerdo a la dureza de la roca que se va a perforar.

2. Diamante de diferentes calidades como:AAA, AA, A; dependiendo su aplicación de la dureza de las rocas que se desea cortar.

- AAA : De alta calidad, redondeadas, diamantes Bortz-Africa- Oeste; se utiliza en formaciones muy duras.

- AA : De calidad media, semi-redondeadas, diamantes Bortz- Africa-Oeste; se aplica en formaciones duras.

- A : De baja calidad, forma irregular, diamante Bortz- Africa-Oeste; se usan en formaciones suaves.

G. Accesorios de Perforación.-

- Tubería de perforación.- Tubería de revestimiento.- Herramientas de pesca, etc.

1.7. PERFORADORA DE PERCUSIÓN – ROTACIÓN

Es la perforadora de mayor empleo en la minería subterránea, que funcionan accionados por aire comprendido.

En esta máquina el pistón del equipo golpea en su recorrido sobre la culata de un barreno. En su carrera de retroceso el pistón gira un cierto ángulo arrastrando con él al barreno por medio del buje de rotación. Este movimiento de rotación es el que permite batir sucesivamente toda la superficie interior del taladro, quedando la roca destruida por aplastamiento.

En el martillo perforador, la rotación del pistón suele ser de 35°, es decir aproximadamente 1/10 de vuelta; en perforaciones con brocas de insertos la rotación debe estar entre 80 a 160 r/min, lo que dará 10-20° de vuelta entre impactos. Para brocas de botones una rotación menor debe ser usada, procurando dar 5° - 7° de vuelta por impacto. La razón es reducir la velocidad periférica y el desgaste lateral excesivo de la broca.

1.7.1. Mecanismo de rotación.-

Se trata de un sistema muy seguro y robusto en el funcionamiento de la máquina. El pistón es hueco y en su interior va

un eje provisto de ranuras helicoidales en las que penetran los dientes de una matriz de bronce solidaria de aquél. El eje es solidario de las partes fijas del martillo por medio de una rueda de trinquete, con el que puede girar libremente en un sentido igual que el pistón. Este, al volver hacia atrás, inmoviliza al eje, por lo que el pistón está condicionado a seguir las ranuras helicoidales y a girar. Para poder conseguir la rotación de la barrena existe una penetración e kas estrías rectas de la parte delantera del pistón y las ranuras correspondientes del casquillo porta barrena o mandrill.

En el golpe de retroceso del pistón, es girada en conexión con la barra ranurada (eje provisto de ranuras), la cual es mantenida firme por el trinquete y los retenes; en el golpe de avance o hacia adelante el pistón no gira, pero la barra ranurada es rotada por el pistón de tal modo que los retenes resbalan sobre el trinquete.

Los elementos fundamentales de rotación son: el pistón, la barra ranurada, el trinquete y los retenes. Ver fig. N°15 y 16.

SCANEAR FIGURITA 1 XD

Fig. N° 15. Elementos fundamentales de rotación.

1. Rueda de trinquete2. Placa guía3. Eje con ranura4. Tuerca de rotación5. Pistón6. Tuerca guía7. Casquillo porta-barrena

1. Pistón2. Tuerca de rotación3. Rueda del trinquete4. Ranura rectilínea5. Ranura helicoidal6. Tuerca guía7. Casquillo porta-barrena

Fig. N° 16. Corte esquemático de un martillo.

1.7.2. Partes principales de una máquina perforadora.-

A. La cabeza.- Contiene las siguientes partes:

- Los conductos de entrada de aire y agua con sus conecciones y cedazos.

- La válvula de mando para poner en funcionamiento la perforar o simplemente para “soplar”.

- La aguja de agua, que se introduce en la máquina por el extremo libre de la cabeza y va asegurada por un tapón con rosca.

- También se encuentran las cabezas de los tirantes, en las stoper aseguran la pata neumática o empujador con la perforadora, haciendo una sola pieza, en la Jack leg aseguran la manilla o empuñadura.

B. Cilindro.- Es la parte más alargada de la máquina en donde se encentran las sigueiets partes:

- Dos guías laterales donde se asientan los tirantes.- Un hueco por donde sale el aire.- Los mecanismos que producen el golpe y rotación del barreno,

siendo ésta la pieza más grande y costosa de la máquina.

C. Frontal.- Lleva las siguientes partes:

- La bocina, que recibe a la espiga el barreno y lo hace girar.- La grampa, denominado también freno con sus resortes, que va al

extremo del frontal y cuyo objeto es sujetar al barreno y sacarlo de los taladros.

- El pistón o martillo, situado en la parte interior del frontal y golpea al extremo de la culata del barreno.

- Dos orejas, donde se sujetan las tuercas de los tirantes.

Las partes esenciales de una máquina perforadora neumática se pueden apreciar en las Fig. N° 17, 18 19.

SCANEAR FIGURITA 2 XD

1. Regulador2. Regulador de avance3. Empuñadura4. Tapón5. Palanca de mando6. Conexión para agua de ½

pulg. de diámetro.7. Conexión para aire de ¾

pulg. de diámetro.8. Tirante9. Exhalador de aire10. Tuerca del tirante11. Grampa

Cuando se usa una máquina perforadora Jack Leg lo que se realiza en primer lugar es situar bien el pie de avance, luego abrir la válvula de aire del pie, el pistón se levantará sosteniendo la perforadora, mientras que el cilindro del pie de avance permanecerá fijo contra el terreno apoyándose mediante la uña y la punta.

Las ventajas que ofrecen las máquinas perforadoras Jack Leg son:

1. Reduce el esfuerzo del perforista para sostener la perforadora, limitándose aquél a mantener una ligera presión con las manos para que la máquina no se desvíe.

2. El avance mecánico acelera las operaciones y simplifica el cambio de los barrenos.

3. FALTA4. Se pueden usar máquinas más pesadas y potentes.

Cuando se utilizan máquinas perforadoras para perforar hacia arriba: labores en realce, pozos, colocación de pernos en el techo y otros trabajos análogos; se emplean las máquinas perforadoras Stoper, que se ilustra en la Fig. N° 18.

SCANEAR FIGURITA 3 XD 1. Sujetador de barrena2. Tuerca de caperuza3. Empuñadura de control de

avance4. Botón para descargar el

avance5. Regulador de la presión de

avance6. Entrada de agua7. Entrada de aire8. Avance para cambio de

barrenas de 600 y 800 mm9. Palanca múltiple de control de

avance, barrido y percusión.

Fig. N° 18.

Partes exteriores de una máquina STOPER