MONOGRAFIACriterios de Selección de Perforadoras en Minería Subterranea

7/22/2019 MONOGRAFIACriterios de Seleccin de Perforadoras en Minera Subterranea

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UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURIMAC

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS

FORMANDO LDERES POSTMODERNOS


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DEDICATORIA.

Por el constante aliento y actitud de superacin ennuestros objetivos para seguir manteniendo como unacaracterstica constante nuestro deseo de superacin ennuestra formacin profesional.


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INDICE

DEDICATORIA. .............................................................................................................. 1INDICE ............................................................................................................................. 2INTRODUCCION ...........................................................Error! Bookmark not defined.TIPOS DE UNIDADES DE PERFORACION ..............Error! Bookmark not defined.PERFORADORAS LIVIANAS .....................................Error! Bookmark not defined.TIPOS DE PERFORADORAS DE PRODUCCION Y DESARROLLO ............. Error!

Bookmark not defined.VELOCIDAD DE PERFORACION PARA PERFORADORAS ROTATIVAS Y

PERCUTIVAS .............................................................................................................. 17COSTO DE PERFORACIONCRITERIO ECONOMICO ......................................... 18SOLUCION PARA LA PERFORADORA DE TALADROS LARGOS. ..................... 23IMPACTO DE LA SELECCIN DE LA PERFORADORA EN LOS COSTOS

TOTALES ...................................................................................................................... 25MANTENIMINETO DE EQUIPOS .............................................................................. 28CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................... 29BIBLIOGRAFIA 29.


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INTRODUCCIN

La perforacin es una tcnica aplicable a la extraccin de roca en terrenoscompetentes, donde los medios mecnicos no son aplicables de una manerarentable. As, partiendo de esta definicin, este mtodo es aplicable a cualquiermtodo de explotacin, bien en minera, bien en obra civil, donde sea necesario unmovimiento de tierras.

La tcnica de perforacin y voladura se basa en la ejecucin de perforaciones enla roca, donde posteriormente se colocarn explosivos que, mediante sudetonacin, transmiten la energa necesaria para la fragmentacin del macizorocoso a explotar.

De esta forma, se tienen dos tecnologas claramente diferenciadas: la tecnologade la perforacin y la tecnologa de diseo y ejecucin de voladuras.Las tcnicas de perforacin, adems de la aplicacin a la ejecucin deperforaciones para voladuras, se emplean para multitud de aplicaciones, comopuede ser la exploracin, drenajes, sostenimiento, etc.La perforacin en roca ha ido evolucionando con el tiempo con la incorporacin yempleo de diferentes tecnologas, aunque muchas han ido cayendo en desuso,bien por la eficiencia conseguida, o bien por otros condicionantes externos

(econmicos, medioambientales, etc.). Las ms empleadas y desarrolladas sebasan en sistemas de perforacin mecnicos, conocidos como sistemas deperforacin a rotacin y a percusin. Son estos mtodos, cuya eficacia seenmarca en energas especficas por debajo de los 1.000 J/cm3.

OBJETIVO


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La finalidad de esta monografa es tratar de conocer las herramientas ytcnicas, conceptuales y de diseo para poder decidir sobre el mtodo yequipo de perforacin que incremente la productividad de las

operaciones en mina. La perforacin de roca es un procedimiento fundamental para arrancar

el material en la minera subterrnea. La perforacin tiene una gama de aplicaciones extensa y variable, por

eso hoy se tiene distintos equipos diseados para tratar con distintasmaneras de perforar roca.

La perforacin de rocas en minera subterrnea se efectaprincipalmente para:Labores de Preparacin y desarrollo.Labores de produccin.

MARCO TEORICO

TIPOS DE UNIDADES DE PERFORACINClasificacin de equipos

TIPOS DE PERFORADORAS LIVIANAS


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JACK HAMMER

Utilizada para la perforacin vertical o inclinada hacia abajo.

Avance mediante el peso propio de la perforadora. consumo de aire: 50100 l/s

dimetro perforacin: 2245 mm

longitudes: 400640 mm

CARACTERSTICAS PRINCIPALES

Peso: 17kg a 23 kg

Frecuencia: 2040 a 2100 golpes por minuto

Rotacin: 130 a 170 rpm

VENTAJAS:


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Para rocas duras no muy permeables

DESVENTAJAS

Alto nivel sonoro

Desvi de la perforacin por la flexibilidad del varillaje

JACKLEG

Perforadora con pata de avance que puede ser usada para realizar taladroshorizontales e inclinados, se usa mayormente para la construccin de galeras,subniveles, rampas

CARACTERSTICAS PRINCIPALES

Especificaciones

Longitud de la perforadora 686.00 mmPeso de la perforadora 33.00 kgCarrera del pistn 73.25 mmCarrera til del pistn 66.70 mmFrecuencia de impacto 2250.00 golpes/minPeso de la Pata 15.00 kg

Carrera de la pata de avance 270.00 mm interior del cilindro de avance 67.00 mmConsumo de aire (620 kPa/90 psi) 4.90 m3

VENTAJAS

Fcil de usar. til para perforacin de tiros cortos.


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Rpida mantencin. Bajo precio. Adaptable a cualquier tipo de roca.

Se adopta a cualquier tipo de terreno.

DESVENTAJAS

Peligro al no controlar bien la vlvula de circuito de aire No recomendable para tiros largos perforacin ruidosa, contacto directo con el polvo y agua Limitante con la altura de la seccin

STOPPER

Perforadora que se emplea para la construccin de chimeneas y tajeo en laboresde explotacin (perforacin vertical hacia arriba).

Caractersticas principalesEspecificaciones

Dimetro del cilindro 79.40 mmCarrera del pistn 73.25 mmCarrera til del pistn 66.70 mm

Frecuencia de impacto 2250.00 gol/minLongitud de la perforadora 1549.00 mmPeso incluyendo la pata de avance 40.80 kgDimetro interior del cilindro avance 69.80 mmConsumo de aire (620 kPa/90 psi) 4.90 m3

TIPOS DE PERFORADORA AVANCE Y DESARROLLO


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JUMBOS

Son vehculos donde se colocan 1 o mas perforadoras hidrulicasque pueden ser operadas por una sola persona en la cabina o acontrol remoto.

Estos estn diseados para perforar horizontalmente tanto enfrontones como en tajeo.

El accionamiento de las bombas hidrulicas de las perforadoraspuede ser mediante energa elctrica o generada por un motordiesel.

Pueden estar montados sobre rieles o sobre ruedas. La seccin de trabajo va desde los 6 a 210 metros cuadrados

dependiendo de la cantidad de perforadoras instaladas sobre launidad mvl.


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TIPOS DE PERFORADORA PRODUCCIN

PERFORADORAS HORIZONTALES

En produccin los jumbos permiten la mecanizacin de las operaciones deperforacin y tienen la capacidad de posesionar perforadoras de avance paraperforar barrenos segn las rdenes del operario


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PERFORADORAS RADIALES

JUMBO RADIAL

Pueden tener Perforadoras Neumticas o Hidrulicas tipo martillo enla cabeza (OTH) o perforadoras tipo Down the Hole (DTH)

Estn montadas sobre vehculos o son estacionarios, tienencarruseles que permiten el cambio de barrenos.

Rendimiento en condiciones ptimas es de 6000 a 8000 mts.mensuales barrenados.

Utilizado principalmente en minera subterrnea para realizartaladros largos en forma radial, generalmente desde una galera olabor inferior

PERFORADORAS DE TALADROS LARGOS

Este tipo de perforadoras se usan para realizar taladros verticales haciaabajo y pueden ser del Martillo en la cabeza OTH o DTH.

La perforadora DTH permite la perforacin de barrenos mucho ms largosque las perforadoras con martillo en cabeza.

Existen perforadoras nematicas tipo track drill e hidrulicas tipo rock

drill.TIPOS DE PERFORADOR TALADROS LARGOS


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PERFORADORAS OTH

Estn montados sobre vehculos de orugas Pueden tener martillos neumticos o hidrulicos

Perforan dimetros entre 64-102 mm. Contienen carruseles para barrenos y logran perforar hasta 50 m Mxima inclinacin de trabajo: 30

PERFORADORAS DTH

Se usan en minera subterrnea en el rea de produccin. Dimetro de perforacin entre 50 y 210 mm. Montado sobre orugas , tienen una velocidad de traslado entre 1 y 3.8

km/hr Capacidad de trabajar en zonas irregulares y vencer pendientes. Barrido del barreno (agua o aire). Poseen martillo en fondo. Este mtodo de perforacin est indicado para

rocas duras y dimetros superiores a los 150 mm.

MTODOS DE PERFORACIN


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La perforacin en roca esta referida a realizar un hoyo o taladro con el finde arrancar material para construir (tneles, cmaras, pozos, etc.) o extraermateriales y minerales econmicos (minera)

Existen muchos mtodos de perforacin que se han desarrollado a lo largode la historia, en el cuadro siguiente se ven los mtodos usadosactualmente

MTODO ROTACIN PERCUSIN

La perforacin de rotacin y percusin se basa en principio de golpear(percutir) un cincel (broca), empujando y girando (rotar), para que se

produzca la rotura de la roca en pequeos fragmentos (detritus) que se vanlimpiando y se forma el hoyo. En la actualidad este trabajo se hace con mquinas que aceleran el

proceso de penetracin en la roca.


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La transmisin de la energa cintica (Ec) en perforadoras OTH sehace en forma de onda de choque a travs del varillaje , cuando laonda de choque llega a la broca se convierte en trabajo que penetrala roca.

En el caso de perforadoras DTH la transmisin de la Energa cinticaes directa, con lo cual se logra mayor penetracin en rocas duras.

Esta energa cintica de una perforadora RP se puede calcular con la siguientefrmula:

Ec= m* Ap * IpDonde:m =Presin de fluido dentro del cilindro (30% a 40% menor que la presin

de trabajo nominal o del compresor)Ap =rea de la cara del pistnlp =Carrera del pistnng =frecuencia de impactos

La potencia CINETICA del martillo o perforadora esPc = Ec * ng

La rotacin, que se produce despus de cada golpe o percusin, tiene la finalidadde girar la broca con el propsito de que esta acte en distintos puntos en el fondodel barreno.

La velocidad de rotacin esta en funcin al tipo de roca y al tipo de brocaque se utiliza.

Ejemplo (brocas de 51mm a 89mm)

cuando la brocas son de tipo pastilla los rpm estn entre 80- 150 y seproduce un giro de 10- 20


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Cuando son brocas de botones los rpm estn entre 40-60 y se produce ungiro de 5- 7

PARA HALLAR EL CAUDAL DE BARRIDO SE USA LAS SIGUIENTESFORMULAS:

Q=va

Donde:

va = velocidad ascensional (m/s)

Q = caudal (m3/min)

D = dimetro broca (m)

d = dimetro barreno(m)

dr = densidad de la roca (gr/cm3)

dp= dimetro de detrito (mm)

CASO PRACTICO 1

Calcular la Energa cintica (Ec) y Potencia (Pc) de un perforadora hidrulica deque tiene las siguientes caractersticas:


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Presin de trabajo (m) = 200 bar

Carrera del pistn (Ip) = 80 mm

Dimetro del pistn (p) = 60 mm

Frecuencia de impacto(Ng)= 80 Hz

Solucion:

Ec= m* Ap * Ip

Para solucionar este problema debemos convertir m de bar a Kg -f/m, estoporque lp y p los expresamos en m.

Ap = 2= 3.1416(60/2)= 2827 mm1 bar = 10 197.16 kg-f/m entonces 200 bares = 2 039 432.5 kg-f/m

Remplazamos en Ec.

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

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

Ec = Pi = 29,43 KW.

Potencia cinticaPc = Ec*ng = 2298.5 *80 = 183 880 kgf-mSi 1 kgf-m = 0.00000272 KW/hr.

Pc= 0.50 KW/hr.

MTODO ROTATIVO DE PERFORACIN

Este mtodo utiliza solo la rotacin para romper la roca, para logar esto senecesita que el empuje sea muy considerable.

El empuje mnimo (lb.) est en funcin a la resistencia a la compresin de laroca (RC en Mpa.) y al dimetro de la broca (D en pulg.)

Em = 28,5 * RC* D Este gran empuje se puede obtener del peso de la perforadora o un sistema

hidrulico capaz de presionar la broca lo suficiente para que escarie laroca.


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La perforacin se realiza con brocas diseadas para cada aplicacin. Enminera se usa los triconos, que son un sistema de tres brocas cnicas queactan (rotan) independientemente generando mejor penetracin en la

roca. La velocidad de rotacin est en funcin a la dureza de la roca y el tipo de

triconos (Dientes de acero o insertos de carburo)

CASO PRACTICO

Se quiere determinar el empuje mnimo necesario para perforar una roca de 210Mpa de resistencia a la compresin con una perforadora rotativa con broca de 4pulgadas.

solucin:

Em = 28,5 * RC* DEm = 28,5 * 200* 4Em = 22, 800 Lb.

VELOCIDAD DE PENETRACIN

La velocidad de penetracin en roca depende de muchos factores externos como:


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Estos factores hacen que el calculo de la velocidad de perforacin seacomplicado.

Todos los fabricantes de perforadora elaboran bacos para poder tener unaaproximacin a la velocidad de penetracin con ciertos supuestosgeolgicos.

Tambin se han planteado formulas empricas, estas generalmente se usanpara el diseo y requerimiento de perforadoras.

VELOCIDAD DE PERFORACIN PARA PERFORADORAS ROTACINPERCUSIN

La frmula emprica para hallar la velocidad de penetracin en perforadoras RPes:

DONDE :

Pi =potencia impacto en KW

D =dimetro de taladro en mm

CASO PRACTICO

Calcular la velocidad de penetracin en roca dura y suave de un martillo hidrulicoque tiene las siguientes caractersticas:

Presin de trabajo alcanzada (m) = 180 bar para roca suave


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Presin de trabajo alcanzada (m) = 150 bar para roca dura Carrera del pistn (Ip) = 450 mm Dimetro del pistn (p) = 60 mm

Frecuencia de impacto(Ng) = 102 Hz Dimetros de la broca = 45 mm a 64 mm

Solucin:

Ec= m* Ap * Ip

Determinamos Ap = 3.1416 (30/2) = 706.86 mm

ROCA SUAVE

Convertimos presin a kg-f/m = 180 bar * 10 197.16 = 1 835 489.2 kg-f/m

Ap = =2 = 2827 mm = 0.002827 m

Remplazamos en Ec.

Ec = (1 835 489.2 kg-f/m * 0.65) * 0.002827m * 0.450 m = 1518 kg-f.m

Convertimos esta energa a Kw si, 1 Kkgf-m = 0.009806 Kw

Ec = Pi = 15 KW.

ROCA DURA

Convertimos presin a kg-f/m = 150 bar * 10 197.16 = 1 529 574 kg-f/m

Ap = =2 = 2827 mm = 0.002827 m

Remplazamos en Ec.

Ec = (1 529 574 kg-f/m * 0.65) * 0.002827m * 0.450 m = 1264 kg-f .m

Convertimos esta energa a Kw si, 1 Kkgf-m = 0.009806 Kw

Ec = Pi = 13 KW

Remplazamos los valores en la formula y construimos la grfica para cadadimetro de broca:


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COSTOS DE PERFORACIN-CRITERIO ECONMICO

Se evala bsicamente el costo de operacin de la mquina.

En este costo se debe considerar

Costos fijos: Intereses del capital invertido, depreciacin, impuestos yseguros.

Costos variables : combustible, lubricantes, aceros de perforacin ymano de obra directa.

Algunas definiciones importantes

Inversin (V): se refiere al valor de la mquina, este puede ser CIF/FOB opuede incluir aranceles e impuestos.

Valor rescate (vr): es el monto econmico que se piensa recuperar al finalde la vida til de mquina, generalmente se expresa en un % del valorinicial.

Vida til (N) : es el periodo durante la maquina trabaja con un rendimientoeconmicamente justificable

Inversin media anual (VIMA) :es el valor que se considera como invertido

al principio de cada ao de la vida de la maquina.

VIM =((N+1)/2N) x V

V= valor de la maquina o inversin


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Depreciacin (D) : es el costo que resulta de la disminucin en el valor de lamaquina como consecuencia de su uso

D = (V-vr)/ve

ve= vida econmica en horas.

Inters de capital invertido (I) : cualquier empresa para comprar maquinariaadquiere fondos de bancos o mercado de capitales, pagando una tasa deinters la misma que debe ser calculada en el costo operativo.

MO mantenimiento y reparacin: son los costos que se originan en laconservacin de la maquinas. (mantenimiento preventivo).

Es difcil establecer un promedio de costo debido a las diferentescondiciones de trabajo, por eso se estimar en base a un %MR (tablas), V y

vr.

Consumo de Combustibles y Lubricantes: El consumo de combustible esdado por el fabricante, hay que corregir por altura (perdida de potencia de

motor por altura geogrfica). Los consumos de lubricantes y dems consumibles tambin son dados por

los fabricantes. Para el clculo previo se ha relacionado este al consumo decombustible.

Mano de Obra directa: se considera al personal que esta directamenteinvolucrado en la operacin de la maquina (perforista). El costogeneralmente es proporcionado por RRHH.


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Aceros de perforacin : de debe determinar la vida til de cada uno de ellos,inicialmente se determina en base a tablas del fabricante, sin embargo sedebe llevar una estadstica del consumo en campo para tener mejor datos.

CASO PRCTICO

El plan minero de mina Rocasa sido diseado para el mtodo corte y relleno con14 metros de altura rebaje en los niveles superiores y de 17 a 20 metros de alturarebaje en los niveles inferiores.

La altura rebaje inferior incluye mayores costos por tonelada de mineral, pero tienemenores costos teniendo en cuenta el refuerzo de rocas. El minado apunta queempezar desde el nivel ms profundo para minimizar las prdidas de mineral enpilar horizontal.

Calcular el costo horario de las perforadoras necesarias para la explotacin conlos siguientes datos:

Precio MaquinasJumbo 2 brazos 600,000

Perf. taladros largos 800,000. Valor rescate

Jumbo 10%

Perf. Taladros largos 12% Vida til en horas

Jumbo 60,000

Perf. Taladros largos 80,000 Tasa de inters

Jumbo 12%

Perf. Taladros largos 8%

Determinamos la inversin promedio anual, con los datos proporcionados para elJumbo de 2 brazos:


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Calculamos el costo de propiedad horario de la perforadora Jumbo:

Calculo del costo de Operacin, debemos saber que:

La mquina consume 10 gph de diesel

El precio del diesel 3.75 $/galon.

El consumo de grasa y lubricantes representa 68% del precio del combustible

Los gastos de mantenimiento MR = 0.70


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Calculamos la mano de obra directa, los costos de aceros de perforacin y elcosto total horario del Jumbo

SOLUCIN PARA LA PERFORADORA DE TALADROS LARGOS

Determinamos la inversin promedio anual, con los datos proporcionados :


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Calculamos el costo de propiedad horario de la perforadora DTH:

Calculo del costo de Operacin, debemos saber que:

La mquina consume 12 gph de diesel

El precio del diesel 3.75 $/galon.

El consumo de grasa y lubricantes representa 60% del precio del combustible

Los gastos de mantenimiento MR = 0.75

Calculamos la mano de obra directa, los costos de aceros de perforacin y elcosto total horario de la perforadora DTH


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IMPACTO DE LA SELECCIN DE LA PERFORADORA EN LOS COSTOSTOTALES

El costo de perforacin es inversamente proporcional a la velocidad depenetracin de la perforadora

CP = 1/VP

De esta relacin se deduce que el impacto en el costo total de perforacin,esta influido por la mejor seleccin de la mquina , es decir que se debeelegir la maquina de mayor rendimiento para las condiciones de la operacin .

CASO PRCTICO

En una mina donde se produce 117,000 TM/mes de mineral y donde se extrae 13750 TM/mes de desmonte por la preparacin, se tiene los siguientes datos de loscostos e inversiones:


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Ejemplo

Determinar impacto del costo de perforacin y el costo de las perforadoras en elcosto total.

Solucin:

El impacto del costo de perforacin representa el 6.6 % del total mensual.


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Si consideramos que el costo mensual de las perforadoras se representan en laamortizacin + la depreciacin entonces el impacto en el costo total del equipo es0.89% del costo total.

MANTENIMIENTO DE EQUIPOS

El mantenimiento se realiza de acuerdo a las especificaciones de fabricante ygeneralmente esta referido a lubricacin y cambio de piezas que se desgastan porel uso.

Mantenimiento diario


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1. Engrasar todos los puntos indicados

2. Tenga cuidado de la lubricacin del brazo hidrulico y de la viga de avance.

3. Revisar el ajuste de los pernos.

4. Revisar el nivel de aceite; agregar aceite cuando sea necesario.

5. Revisar el ajuste de los terminales.

6. Revisar los apoyos centralizadores.

7. Observar si existen fugas de agua y aceite.

8. Observar la condicin de los filtros de retorno.

9. Cuando cambie mangueras recuerde taparlas para mantenerlas limpias,adems no olvide de taponear las conexiones de la perforadora cuando la

remueva para reparacin.10. Mantenga la limpieza tambin cuando reemplace el acumulador.

CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES

El trabajo se realiz para tener un conocimiento ms amplio en cuantorespecta a las mquinas perforadoras y a la perforacin que se realiza enmina subterrnea.

Se analiz tambin en lo respecta los costos de perforacin y mantenimientoen el proceso de perforacin .

Se recomendara que se pueda realizar algunas prcticas en lo largo de estosprocesos ya que son de mucha importancia.

BIBLIOGRAFA

Llanque M. Oscar, Navarro T. Vidal, 1999, Explotacin Subterrnea,mtodos y casos prcticos Eleccin del mtodo y planificacin de la mina.

http://www.mineriacatamarca.gov.ar/LinkEducativo/InformacionAcademica/Lopez_Gimeno/01_Metodos_de_perforacion.pdf

http://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/6367/18/8.METODOS

%20DE%20PERFORACI%C3%93N.pdf

http://www.educarchile.cl/ech/pro/app/detalle?ID=217688
http://www.mineriacatamarca.gov.ar/LinkEducativo/InformacionAcademica/Lopez_Gimeno/01_Metodos_de_perforacion.pdfhttp://www.mineriacatamarca.gov.ar/LinkEducativo/InformacionAcademica/Lopez_Gimeno/01_Metodos_de_perforacion.pdfhttp://www.mineriacatamarca.gov.ar/LinkEducativo/InformacionAcademica/Lopez_Gimeno/01_Metodos_de_perforacion.pdfhttp://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/6367/18/8.METODOS%20DE%20PERFORACI%C3%93N.pdfhttp://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/6367/18/8.METODOS%20DE%20PERFORACI%C3%93N.pdfhttp://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/6367/18/8.METODOS%20DE%20PERFORACI%C3%93N.pdfhttp://www.educarchile.cl/ech/pro/app/detalle?ID=217688http://www.educarchile.cl/ech/pro/app/detalle?ID=217688http://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/6367/18/8.METODOS%20DE%20PERFORACI%C3%93N.pdfhttp://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/6367/18/8.METODOS%20DE%20PERFORACI%C3%93N.pdfhttp://www.mineriacatamarca.gov.ar/LinkEducativo/InformacionAcademica/Lopez_Gimeno/01_Metodos_de_perforacion.pdfhttp://www.mineriacatamarca.gov.ar/LinkEducativo/InformacionAcademica/Lopez_Gimeno/01_Metodos_de_perforacion.pdf

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