PERFORACIÓN Y VOLADURA I

Calidad que se acredita internacionalmente

ASIGNATURA

PRIMERA UNIDAD

TEMA Nº 14 – METODOS DE PERFORACION y SISTEMAS DE MONTAJE

ESPECIALES.

DOCENTE: Ing. Benjamín Manuel Ramos Aranda

Huancayo, 2015

Asignatura: Perforación y Voladura I

MATERIAL DE ESTUDIO:

TEMA Nº 14 – METODOS DE PERFORACION y SISTEMAS DE

MONTAJE ESPECIALES.

METODOS DE PERFORACION y SISTEMAS DE MONTAJE ESPECIALES.

Compilado y adaptado de:

LÓPEZ JIMENO, Carlos; LÓPEZ JIMENO, Emilio; GARCÍA BERMÚDEZ, Pilar. Madrid: Ed. Entorno Gráfico Manual de Perforación y Voladura de Rocas.

Madrid, 2003. UBICACIÓN: Biblioteca UCCI: 622.23/L87

Material preparado con fines de estudio de alumnos del curso de Perforación y Voladura de

la Universidad Continental

../

Capítulo 7J

./

METODOS DE PERFORACION y SISTEMAS DE MONTAJEESPECIALES

./

./

./ 1. INTRODUCCION

-"

./ Además de los equipos estándar de perforación,existen en el mercado unidades y sistemas de montajedestinados a aplicaciones especiales o muy concretas.

Entre esos trabajos cabe citar: la perforación de ma-cizos rocosos con recubrimiento de materiales noconsolidados y/o lámina de agua, los equipos de per-foración de pozos y chimeneas, la perforación térmica,la perforación con chorro de agua, etc.

./

"./

./

2. PERFORACION A TRAVES DE RECUBRI-MIENTO"

./

./

Estos métodos de perforación fueron desarrolladospara resolver los problemas que se presentaban alatravesar terrenos pedregosos, macizos poco consoli-dados o alterados, recubrimientos, etc., que exigíanla entubación continua de los barrenos para conse-guir su estabilidad.

Algunas de las aplicaciones que actualmente tienenestos sistemas son:

./

./

"- Perforación para voladuras submarinas.- Perforación para voladuras de macizos con recu-

brimiento sin retirada previa de éste.

-..Anclajes.- Cimentaciones.

- Pozos de agua.- Sondeos de investigación, etc.

./

.r

./

"./

Los recubrimientos pueden estar formados por le-chos naturales de arcillas, arenas, gravas, etc., asícomo por rellenos de materiales compactados o no,escolleras, pedraplenes, etc.

La perforación puede realizar;se, como se verá acontinuación, con martillo en cabeza o martillo enfondo y consiste en atravesar el recubrimiento almismo tiempo que se lleva a cabo la entubación, paraproseguir después el barrenado en la roca compacta.

Una característica importante de estas técnicas esque el barrido debe ser muyeficaz, pudiendo realizarse

./

./

./

./

a través de un adaptador o espiga con circulacióncentral de fluido, o por medio de una cabeza de barridoindependiente o lateral, en cuyo caso la presión delfluido debe ser mayor.

Los dos métodos desarrollados se conocen por OD yODEX.

2.1. Método OD

En este caso la entubación SI:)realiza por percusión yrotación utilizando para ello un tubo exterior de reves-timiento cuyo extremo inferior monta una corona decarburo de tungsteno. Interiormente, se dispone de unvarillaje convencional cuya prolongación se lleva acabo con manguitos independientes de los.de los tu-bos. Tanto los tubos como el var(lIaje se conectan almartillo mediante un adaptador de culata especial quetransfiere la rotación y la percusión a ambos. Fig. 7.1.

n

(~) ADAPTADORDE CULATA

VARillAJE

TUBERIAEXTERIOR

BOCA DEPERFORACION

BOCAEXTERIOR

Figura 7.1. Método 00 (Atlas Capeo).

111

Las operaciones básicas de aplicación del sistemason:

- La tubería de revestimiento con o sin el varillajeinterior atraviesan simultáneamente el recubri-miento.

- La corona externa avanza unos centímetroscuando se alcanza el substrato rocoso.

- Se perfora con el varillaje interior, siempre que enel transcurso de dicha operación no se atraviesenniveles descompuestos o arenosos, en cuyo casose descendería al mismo tiempo la tubería exterior.

- Se extrae el varillaje extensible.

- Se introduce la tubería de plástico para la carga delexplosivo.

- Se extrae la tubería de revestimiento.

Figura 7.2. Operaciones en el sistema OO.

Como entre la tubería exterior y las paredes de lostaladros existe un rozamiento que aumenta con laprofundidad, las perforadoras utilizadas deben dispo-ner de un elevado par de rotación.

Para el barrido de los barrenos, normalmente, se em-plea agua y también aire comprimido con o sin espu-manteo Si la evacuación de los detritus lo exige, el'ba:rrido central puede complementarse con un barrido la-~ffil. if

2.2. Método ODEX(Overburden Drillingwiththe Eccentric)

En este método la entubación se efectúa gracias alas vibraciones de la perforadora y al propio peso de latubería.

El equipo consiste en una boca escariadora excén-trica que ejecuta un taladro de un calibre mayor que eldel tubo exterior que desciende a medida que avanza laperforación. Una vez alcanzada la profundidad pre-vista, la sarta gira en sentido contrario, de modo que laboca escariadora se vuelve concéntrica perdiendodiámetro, pudiendo así extraerse por el interior de la

112

tubería de revestimíento. A continuación, se introduceel varillaje convencional y se continúa la perforación.

TUBERIA DEREVESTIMIENTO

GUlA

BOCAPI LOTO

Figura 7.3. Método OOEX (Atlas Capeo).

Los martillos rotopercutivos utilizados pueden serde cabeza o de fondo. Si se emplea el_de cabeza, lapercusión se transmite a la tubería de revestimientopor medio de un cabezal de golpeo que la hace girar yvibrar. En este caso el barrido puede ser central olateral.

MARTILLO EN CABEZA

AOAPTAOOR OE CULATA

MAMOUITO

CABEZAL OE GOLPEO

VARILLA EXTENSIBLE

TUBERIA OE REVESTIMIENTO

MANOUITO OE ALETAS

Figura 7.4. Método OOEX con martillo en cabeza (AtlasCapeo).

./Si se aplica el martillo en fondo, esta unidad dispone

de un acoplamiento para transmitir la vibración al vari-llaje y el barrido se efectúa a través de la cabeza de

../ rotación. Fig. 7.5.

./

ADAPTADOR

./ UNIDAD DE ROTACION

./

./

~

-c..

_

'

FJ

.

TUBERIA DE PERFORACION

CABEZAL DE SALI DA,--- DE DETRITUS

-~

I

./

MANGUITO DE ALETAS

./

MARTILLO EN FONDO

./ TUBERIA DE REVESTIMIENTO

./ .., GUlA

ESCARIADOR

~JBOCA PILOTO

./

./

Figura 7.5. Método ODEX con martillo en fondo (AtlasCapeo).

./

En ambos métodos el detrito asciende por el anillocircular que queda entre la tubería y el varillaje, sa-liendo por los cabezales.

Como fluido de barrido puede emplearse el aire

./

TABLA 7.1.

./

./

./

./

./

./

.ODEX 90a 1,2 MPaODEX 115-2,15a 1,8 MPa

Por otro lado, en cuanto a las aplicaciones de estosmétodos de perforación, además de la descrita para ba-

./

hasta una profundidad de unos 20 m, a partir de la cualse recomienda la adición de un espumante que permiteaumentar la eficiencia del barrido, la estabilidad de lasparedes, reducir los desgastes e incrementar la veloci-dad de perforación.

Este método presenta numerosas ventajas, aunquealgunos aspectos críticos a estudiar son las dimensio-nes de los tubos de revestimiento, el barrido y el sis-téma de perforación.

Foto 7.1. Boca de Perforación ODEX.

En lo relativo ala selección del equipo a utilizar, éstadependerá fundamentalmente de la profundidad de losbarrenos. En la Tabla 7.1, se da una primera guía de se-lección para ambos métodos de perforación.

rrenos de voladura, en la Tabla 7.2 se indican otras po-sibilidades.

113

PERFORADORASCONMARTillOENFONDOPERFORADORASCON

.. MARTillO ENCABEZACARACTERISTICAS ""

ODEX ODEX ODEX ODEX ODEX ODEX ODEX 0090 115 140 165 215 76 127 72

Diámetro interior mínimo (mm) 90 115 140 165 215 76 127 72Diámetro del barreno escariado (mm) 123 152 187 212 278 96 162 108Profundidad máxima en

recubrimiento (m) 60 100 100 100 100 40 40 40Equipo interior 3"DTH 4"DTH 5"DTH 6"DTH 7-8" DTH R38 R38 R38Tubo de revestimiento Rosca Rosca Soldado Soldado Soldado Rosca Rosca Soldado

soldada soldada soldada soldada

X Adecuado.O Puede usarse.

3. PERFORACION DE POZOS

Para la excavación de pozos de gran longitud y sec-ción, se utilizan estructuras metálicas o jumbos deaccionamiento neumático o hidráulico que van equi-pados con 3 ó 4 brazos e igual número de deslizaderasy perforadoras.

Durante el trabajo estos conjuntos se apoyan en elfondo del pozo y se anclan a los hastiales con unoscilindros hidráulicos horizontales. La columna soporte

central puede girar 360°, y los brazqs que son seme-jantes a los de los jumbos de túneles~ pueden variar suinclinación con respecto a la vertical 'y alargarse si sontelescópicos.

Una vez perforada y cargada cada pega, el conjuntose pliega y eleva hasta una posición s,egura, pasando acontinuación a la operación de desescombro con cu-charas bivalva o retros hidráulicas y cubas, tal como serepresenta en la Fig. 7.6.

lf

Figura 7.6. Equipo completo de excavación de pozos.

114

TABLA 7.2 '-...

'-...

\....

\....

\....

\....

También, existen diseños de plataformas para el en-sanche de pozos.

4.

\....

PERFORACION DE CHIMENEAS'-

4.1. Plataforma trepadora Alimak '-Este método de excavación de chimeneas y piqueras

se introdujo en 1957, y desde entonces debido a suflexibilidad, economía y velocidad se ha convertido enuno de los más usados del mundo, sobre todo en aque-llos casos donde no existe ningún nivel de accesosuperior.

Estos equipos están constituidos por una jaula, laplataforma de trabajo, los motores de accionamiento,el carril guía y los elementos auxiliares.

En la Fig. 7.7 se representa un ciclo de trabajo com-pleto.

1. PERFORACION y CARGA DEBARRENOS

3. VENTILACION y RIEGO

\....

\....

'-

\....

'-

\....

2. DESCENSO DE LA PLATAFORMAY VOLADURA

\....

\....

'-

\....4. ELEVACION DE LA PLATAFORMA

Y SANEO DEL TECHO

Figura 7.7. Ciclo de trabajo con plataforma Alimak. '-

OOEX 00

90' 115 140 165 215 76 127 72

POZOSde agua O X X X XTerraplenado de carreteras O O O O O O O XPerforación submarina O O XPerforación de barrenos O O X XAnclajes X X X XInyecciones X X X O XProspecciones X X X O X

./La elevación de la plataforma se realiza a través de

un carril guía curvado empleando motores de aire" comprimido, eléctricos o diesel. La fijación del carril a

./ la rocase llevaa cabo con bulonesde anclaje,y tantolas tuberías de aire como de agua necesarias para laperforación, ventilación y el riego se sitúan en el lado

J interno del carril guía para su protección.Durante el trabajo los perforistas se encuentran so-

bre Una plataforma segura, ya que disponen de unacubierta y una barandilla de protección, y para el

./ transporte del personaly materialesse utiliza la jaulaque se encuentra debajo de la plataforma.

En un relevo dos perforistas pueden avanzar de 2,2 a./ 3 m. Los accionamientos de aire Comprimido son ade-

cuados para longitudes inferiores a los 200 m, loseléctricos hasta 800 m y a partir de esas distancias se

./ recomiendan los motores diesel.Las principales ventajas de estos equipos son:

"./

- Pueden usarse para chimeneas de pequeña o granlongitud y con cualquier inclinación.

- Las diferentes secciones y geometrías de las chi-meneas pueden conseguirse cambiando las pla-taformas. Siendo posible excavar secciones desde3 m2 hasta 30 m2. Fig. 7.8.

./

./

~.

r...,, I, . .,I ',, ,,. '. . I, ,, I:.<, ILn" n--_J

./

./

./

"'

./

,Figura 7.8. Diferentes configuraciones de plataformas.

./

"./

- Es posible en una misma obra cambiar la direc-ción e inclinación de las chimeneas mediante eluso de carriles curvos.

- La longitud de las excavaciones puede ser"Prácti-camente ilimitada. La chimenea más larga efec-tuada hasta la actualidad tiene 1.040 m y una incli-nación de 45°.

- Puede emplearse como equipo de producción enalgunos yacimientos aplicando el método «AlimakRaise Mining». Fig. 7.9.

- En el ensanchamiento de chimeneas pilotos para laexcavación de pozos de gran s.ección puede com-plementarse con unidades de perforaciÓn hori-zontal.

- El equipo básico es posible emplearlo en la aper-tura de varias chimeneas simultáneamente.

- En terrenos malos las plataformas pueden utili-

"./

./

"./

'../

,./

"

CARGA YDESIltDNTE DE

EXCAVACIDN PERFORACION CARRILES GUlA.PILOTO HORIZONTAL VOLADURA

, I

Tr--'UT--~T--:: : : l'" I , ";1

~

il'"i ¡r." t', ":: :~" ,-" 'lo" 'F" ,:-" ,F:: I~" 'c" ,,¡ ,

Figura 7.9. Método de explotación de yacimientos estre-chos e inclinados.

zarse para realizar el sostenimiento con bulonaje,inyección, etc.

- La inversiónes menor que con el sistema RaiseBorer.

- Requiere mano de obra no demasiado especiali-zada.

- La preparación inicial del área de trabajo eS muyreducida.

Foto 7.2. Plataforma Alirhak.

. Por el contrario, algunos inconvenientes que pre-senta son:

115

- El ambiente de trabajo es de escasa calidad.

- La rugosidad de las paredes es grande, lo cualconstituye un inconveniente en las chimeneas deventilación y una ventaja en las piqueras de paso demineral.

- El estado del macizo remanente es peor que elconseguido con el método Raise Boring.

4.2. Jaula Jora

Esta máquina es fabricada por Atlas Copco y seaplica también a la excavación de chimeneas y pique-ras, tanto verticales como inclinadas. La diferencia bá-sica con el equipo anterior es que se precisa la realiza-ción de un barreno piloto de un diámetro entre 75 y 100mm por donde penetra el cable de elevación. Los prin-cipales componentes son la plataforma de trabajo, lajaula de transporte, el mecanismo de elevación y enchimeneas inclinadas el carril guía. Fig. 7.10.

UAULA 5 5OPORTE

'.RODILLOS GUlA 6.MANDO$3. CARRILGUlA 7. VIGADE TECHO4.VIGA DE B.CARRETE DE

TRANSPORTE CABLE9.CABRESTANTE

Figura 7.10. Jaula Jara en chimenea vertical e inclinada(Atlas Capeo).

Durante la perforación, la plataforma se fija a loshastiales de la excavación mediante un sistema debrazos telescópicos. El principal inconveniente de estemétodo, frente al anterior, es la perforación del-bac'rreno piloto, pues del control de su desviación depen-

* derá la longitud de la chimenea. El cam,¡:;,ode aplica-ción práctico y económico se encuentra entre los 30 y".100 m.

En cada pega es necesario desenganchar la jaula delcable de elevación, pues de lo contrario éste último sedañaría durante las voladuras. El barreno central pre-senta las ventajas de servir de hueco de expansión enlos cueles paralelos, con los que se consiguen avancespor disparo de unos 3 a 4 m, y de entrada de aire fresco.

4.3. Método Raise Boring .

Este método, que en los últimos 20 años se ha difun-dido extraordinariamente, consiste en el corte o esca-riada de la roca por un equipo mecánico.

Las ventajas que presenta son:

116

- Alta seguridad del personal y buenas condiciones "-

de trabajo.

- Productividad más elevada que con los métodos.convencionales de arranque con explosivos.""

- Perfil liso de las paredes, con pérdidas por friccióndel aire mínimas en los circuitos de ventilación. \...

- Sobreexcavación inexistente.

- Rendimiento del avance elevado.

- Posibilidad de realizar excavaciones inclinadas, "--

aunque es más adecuado para chimeneas vertica-les.

"-

Los inconvenientes más importantes sbn:

- Inversión muy elevada.- Coste de excavación por metro lineal alto.- Poca flexibilidad al ser las dimensiones y formas de

las chimeneas fijas y no ser posible cambiar dedirección.

- Dificultades en rocas en malas condiciones.

Requiere personal especializado y una preparaciónprevia del lugar de trabajo.

"

'-

',-

",

,

,

'.

CJCJ\..

\,c:-:;CJ

\..

\..

....

....

Figura 7.11. Perforación de una chimenea con Raise BoringEstándar. \..

....

/

Actualmente, operan en el mundo más de 300 unida-des, pudiendo distinguirse los siguientes subsistemasde Raise Boring: estándar, reversible y para huecos/ .ciegos.

a) Raise Boring estándar/

Es el más utilizado y consiste en colocar el equipo enla parte superior de una planta o nivel, o incluso en el

/ exteriorde la mina, para desde ese punto realizar unbarreno piloto descendente que cala en un huecoabierto previamente. A continuación, en el interior se

/ acopla la cabeza escariadora realizando la perforaciónde la chimenea en sentido ascendente.

b) Raise Boring Reversible/

Se realizan las mismas operaciones que en el casoanterior con la diferencia de colocar el equipo en un

/ nivel inferior, e invirtiendo los modos de ejecución delbarreno piloto y chimenea que son ascendentes y des-cendentes respectivamente.

c) Raise Boring para huecos ciegos

Una vez colocado el equipo en una planta inferior, serealiza la excavación en sentido ascendente a plenasección, sin perforar barrenos pilotos.

Los elementos básicos para realizar el trabajo, ade-/ más del equipo en sí que ejerce la rotación y el empuje

desde su punto de instalación, son para el barrenopiloto, el tricono, los estabilizadores de rodillos y las

/ barras de perforación; y para la ejecución del esca-riado, el eje, la base, los cortadores y los alojamientosde éstos. Fig. 7.12.

/

/

BOVEDA PLANA ALOJAMIENTO

6~ ~~~ !in \ ¡ ,1 ~ )\." CORTADORESc5- L5- \E-\ 1-[7 -DOBLE

BOVEDA ESCALONADA BASE

/

];igura 7.12. Componentes del equipo de escariado.#'

/

Las cabezas pueden ser según su diseño: integrales,segmentadas y extensibles. Las primeras se utilizanpara diámetros desde 1 a 3 m con barrer:1os pilotos de200 a 250 mm, las segmentadas para diámetros dechimeneas entre 1,5 Y3 m y los mismos taladros pilotosque las anteriores, y por último las cabezas extensiblespara secciones desde 2 hasta 6,3 m con barrenos pilo-tos que llegan hasta los 350 mm,

La estructura de corte varía según el tipo de roca en elque se vaya a emplear y su resistencia a la compresión.Los cortadores para roca blanda tienen menor númerode insertos que los de roca media o dura. Además, es-tos insertos son más largos y afilados que los que ten-dría un cortador para roca dura y abrasiva. Así se incre-

/

/

menta la velocidad de perforación y se reduce el des-gaste.

Existen dos tipos distintos de cortadores que se sitúanen la cabeza de escariado diametralmente opuestos, fi-gura 7.13, obteniéndose mayores tamaños de los frag-mentos y mayor velocidad de perforación.

DISTANClA ENTRE FILAS ~~~'OR'"~,Figura 7.13. Acción de dos cortadores diametralmente

opuestos.

También la inclinación de los cortadores en la cabeza

del escariado es distinta según la posición que ocupenen la misma. Un ángulo de hasta 33° respecto a la hori-zontal facilita que los cortadores del contorno manten-gan mejor el diámetro de escariado, evitándose el des-gaste de la cabeza. Ese ángulo puede disminuir hasta5° en los cortadores interiores e incluso llegar a ser 20°negativo en los centrales para minimizar así las desvia-ciones.

Los soportes de los cortadores van soldados o atorni-llados al cuerpo de la cabeza y colocados en círculosconcéntricos a igual distancia o nivel con mayor númerode cortadores en la periferia, donde el volumen de rocaexcavada será mayor que en el centro.

(. --o

{f;¡)f-----¡l200, -('__m___) .

Figura 7.14. Inclinaciones de los cortadores en la cabeza deescariado

Las potencias de los equipos pueden ser superioresalas 600 kW con velocidades de giro, pares de rotación

y empujes sobre la roca cuyos valores oscilan entre: 15..y 30 r/min, 150 y 820 kNm y 4 Y 12,5 MN respectiva-mente.

5. PERFORACION TERMICA (JET PIERCING)

El origen de este método se remonta a 1927, cuandoSto res lo intentó aplicar en Alemaniaen una minaconvetas de cuarzo. En la década de los años 30 se llevarona cabo experienciasen losyacimientos de taconitas enla zona de Mesabi, y fue después de 1947cuando con elempleo de quemadores con diseño especial se consi-guió realizaruna perforacióneficientey con altos ren-dimientos, basada en la decrepitación de la roca en

117

lugar de su fusión, gracias a los rápidos cambios de ,temperatura producidos por el vapor de agua y losgases de combustión, que a su vez sirven para eva-cuar los detritus producidos.

Actualmente, este método ha perdido campo deaplicación frente a las grandes perforadoras rotativas,quedando su empleo reducido al corte de rocas orna-mentales.

5.1. Proceso de perforación térmica

1::1 proceso de penetración depende de una caracte-rística de las rocas que se denomina decrepitabilidad(Spallability) y que se basa en la diferente capacidad dedilatación con la temperatura de los cristales constitu-yentes de las rOCas.

Las propiedades que afectan a la decrepitabilidad delas rocas son muy complejas, pero puede establecersela siguiente relación:

Difusión Coeficiente de Tamaño dex x

D.t b

'I'd d

térmica dilatación (a To) granoecrepl a I 1 a ex

Resistencia a la compresión (a To)

"To» es la temperatura crítica a la cual la roca pasa aser plástica.

Según la ecuación anterior, las rocas serán más fá-cilmente perforables con este método cuando:

- Exista una alta dilatación térmica por debajo de700°C.

5

~~Zw4:;!=>.Jo>wooiD3:;!<!o

--- CUARZOa A ~ 573°C

.r2

500 1000

TEMPERATURA °c1500

Figura 7.15. Dilatación térmica volumétrlca del cuarzo(Dane, 1942).

118

"-

- Alta difusividad térmica a temperaturas inferiores alos 400°C.

- Estructura intergranular homogénea sin productos ~de alteración, arcillas, caolines, micas, etc.

- Reducido porcentaje de minerales blandos de bajatemperatura de fusión o descomposición. "-

Un ejemplo de rocas que tienen una buena aptitud ala decrepitabilidad son: las taconitas, las cuarcitas, losgranitos, las riolitas, las areniscas duras y las diabasas. "-En general, cuanto más alto es el contenido de cuarzomejor decrepita la roca, ya que además de poseergrandes coeficientes de dílatación lineal y volumétrica "-

tienen un cambio de cristalización a 573°C. Fig. 7.15.Las rocas con un contenido en cuarzo mayor del

30% decrepitanbien, así como aquellasen las que en "-

su composición existe cierta cantidad de agua.El equipo básico o quemador consiste en una cá-

mara de combustión, Fig. 7.16, donde se atomiza elcombustible (gas-oil) que se mezcla con el oxígeno "-

al ser alimentados bajo presión. El inyector incre-menta la velocidad de salida de los gases de com-bustión. La temperatura de la llama puede llegar en "-

el extremo del quemador a los 3.000°C cuando seinyecta oxígeno y a los 2.000°C si es aire comprimido.El agua de refrigeración alrededor del quemador "-

evita su fusión y ayuda en su escape como vapor aaumentar los gases y la presión de evacuación delos detritus. '-

'-

'-

'--

'-

'-

'-Figura 7.16. Sección de un quemador.

Con oxígeno no se precisa presión especial, pero sícon el aire comprimido que se emplea a 0,7 MPa, En la "Fig. 7.17, se indican las velocidades medias de pene-tración en función del caudal, presión y diámetro delbarreno, '-

'"

78

~72"-

..s 66

TI POS DE ROCA

ARENISCA

DOLOMITA

CUARCITAZ 60,O054-<[a:: 48,.....W 42,Z

~ 36.

W30'O

024'

g 16

g 12

¡j 6>

'1/

II~'

I6

- VELOCIDADDEPENETRACIONDIAMETRODE 8ARRENO

70 210 260 350 420

PRESION DEL AIRE (MPo)

140

Figura 7.17. Velocidades de penetración con quemadoresde aire comprimido.

Las velocidades normales oscilan entre 3 y 12 m/h,pudiendo llegar en casos favorables a los 20 m/h.

5.2. Aplicaciones

Las aplicaciones más importantes de este métodoson:

A. Ensanchamiento de barrenos

Este procedi miento presenta las siguientes ventajas:

- Menor volumen de roca perforado por unidadarrancada.

- La configuración de la columna de explosivo esmejor al aproximarse a I/D = 20 Y generar así ma-yores tensiones. El consumo específico para unafragmentación dada es menor.

- Se consigue una mejor rotura al nivel del pie debanco, reduciendo la sobreperforación.

- El volumen de retacado disminuye y el confina-miento de los gases de explosión es más efectivo,reduciéndose además el tiempo necesario para di-cha operación.

Figura 7.18. Ensanchamiento de barrenos.

- El perfil de la pila de escombro es más adecuado ala forma de trabajo de las excavadoras de cables.

B. Corte de rocas

Se utiliza en canteras de granito ornamental en lafase primaria de independización de bloques del ma-cizo rocoso, abriendo rozas o canales transversales alos bancos de explotación de una anchura de 60 a 80mm y una profundidad que puede llegar a los 10 m.

En cuanto a los sistemas de montaje, al igual que cpn

los equipos rotopercutivos, estas unidades pueden serde tres tipos: manuales, sobre chasis remolcables yautomotri ceso

Las principales ventajas de la perforación térmicason:

- Posibilidad de perforar formaciones muy duras yab rasivas.

- Facilidad para ensanchar los barrenos.

- Eliminación parcial del arranque convencional conexplosivos en rocas ornamentales.

- Altas velocidades de perforación en rocas que de-crepitan bien.

Por el contrario, los inconvenientes que presentason:

- Las máquinas comparables a las grandes perfora-doras rotativas son caras.

- El coste de la energía es muy alto.

- Elevado nivel de ruido y poco control sobre el polvoproducido.

La distribución porcentual de los costes, de acuerdocon el Surface Mining, es la siguiente:

0/0

- Oxígeno.................................- Mano de obra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

- Concesión de patente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .- Gas-oil ..................................- Escariadores.............................

- Energía..................................- Mantenimiento...........................

- Agua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

31,014,411,010,010,3

1,318,04,0

6. PERFORACION CON CHORRO DE AGUA

Esta tecnología ha tenido un desarrollo espectaculardurante la Última década, ligado a la puesta a punto deequipos hidráulicos de potencia adecuada, robustos yfiables. Actualmente, en minería se utilizan en el cortede rocas ornamentales y en la perforación de barrenospara bulonaje en diámetros de 24 y 32 mm.

Los equipos constan básicamente de una centralhidráulica accionada por un motor eléctrico, y aco-plada a una bomba hidráulica de alta presión, que a suvez acciona un multiplicador de presión, constituidopor un pistón de doble efecto y movimiento alternativo,capaz de realizar entre 60 y 80 ciclos por minuto. Elefecto multiplicador se consigue por la diferencia rela-tiva de superficies activas del pistón, uno de los cuales

119

impulsa el agua a través de una boquilla inyectora dezafiro sintético con un orificio de 0,1 a 1 mm de diáme-tro.

La Fig. 7.19 refleja el principio de operación del mul-tiplicador de presión.

ACEITE ';IDRAULlCO ENTRADASALIDA ENTRADA AGUA

SALIDADEAGUA--~~AALTAPRESION ~

ENTRADA ACEITE HIDRAULlCOAGUA ENTRADA SALIDA

~~--SALlDA DE AGUAA- ALTA PRESION

Figura 7.19. Equipo multiplicador de presión.

La roturade la roca, debida a un chorro de agua aalta presión, se produce por efecto del choque delmismo y las microfracturas creadas consecuente-mente. A una velocidad de 300 mis, la presión creada esdel orden de 150 MPa. próxima a la resistencia a lacompresión de muchas rocas. Con 500 mis, se alcan-zan valores de 300 MPa, superiores ala resistencia dela mayoría de los materiales rocosos.

Los datos operativos alcanzados con equipos enprueba son los indicados en la Tabla 7.3.

En la perforación de barrenos, para aumentar laac-ción de los chorros de agua, se dispone de unas bocasde carburo de tungsteno que realizan un escariado delas coronas de rocá concéntricas que se producen enel fondo del taladro. Fig. 7.20.

~~.

Figura 7..20. Boca de perforación con cuatro orificios.

120

'-TABLA 7.3

"-

'-

'-La aplicación de esta técnica al arranque con explo-

sivos abre unas nuevas expectativas, por cuanto lageometría de los barrenos puede modificarse y porconsiguiente permitir concentraciones de carga o au-'-mentos de las tensiones de rotura en determinadospuntos de los macizos rocosos.

"-

~=I::::~~H~","1-11- "" I I """8 o BARRENO CONVENCIONAL '-

,~

Figura 7.21. Modificación de la geometría de los barrenosperforados con chorro de agua.

'-

7. PERFORACION DE ROCASORNAMENTALES '-

En la explotación de rocas ornamentales, como el, granito, se utilizan en ocasiones sistemas de montaje

especiales, tanto en la perforación primaria, cuyo objeti- "-vo es la independización de un gran bloque del macizorocoso, como en las operaciones siguientes de subdivi-

~ sión y escuadrado.Generalmente, se emplean perforadoras hidráulicas

montadas sobre deslizaderas que se desplazan sobrecorrederas de una longitud de 3,5 a 4,5 m. Estas a su .vez puedenir soportadaspor bastidoresmetálicosque '---

se apoyan en cuatro pies o gatos estabilizadores sobreel terreno o sobre unidades móviles, como son excava-doras hidráulicas, carros de orugas o tractores de rue- "-das, Fig. 7.22.

Los rendimientos de perforación son en el caso deapertura de roza o canal lateral "slot drill", con barrenos,secantes alineados, de 1,4 a 2,2 m2/hy en la perforación ~

primaria y secundaria con barrenos alineados de 200 a400 mllh, según la potencia y características del equipoutilizado.

',,-

"-

"-

RELACION DE PRESION DE CAUDALMULTIPLlCACION TRABAJO(MPa) (1/min)

4:1 0- 83 19 - 5713: 1 O - 275 5,5 - 2320: 1 O - 378 3,8 -15

---/' "

I \( O \

=1I IF'='=' """"O=<PF->.1"0 \ ) DISCO'-

, /.- ,---,,/

::':::] () "M'""-

:::::':,:,] o ""'-",ru"'--

:,::::,:::,:::,':'J ==0= HENDIDURA

"-

~.O'~'"

300

2200oor-

'360

4300(mm)

g~

.<1'Figura 7.22. Equipo de perforaciónde rocas ornamentales.

(TAMROCK).

BIBUOGRAFIA

- ALlMAK: "Vein Mining». 1977.- ATLAS COPCO: "El Método 00».1970.

"Raise Oriving with Jora Lift». 1970."Underwater Blasting with the 00 Method». 1971."OOEX». 1975. ."Rock Orilling Manual-Rock Orilling Tool Applications».1985.

- BERNAOLA, J.: "Pertoración Mecanizada de Chimeneas".Rocas y Minerales. Julio 1991.

- CALAMAN, J. J., and ROLSETH, M. C.: "Jet Piercing».Surgace Mining. AIME. New York, 1968.

- MOHANTY, B., and MCFARLANE, P.: "Water-Jet Orillingands Its Applications in Mining and Blasting». Trans. of theInstitution of Mining and Metallurgy. April, 1986.

- PLA, F. et al.: «Curso de Perforación y Voladuras».Fundación Gómez Pardo. 1978.

- STENMARK, E.: «Equipos y Métodos Alimak para Mineríay Obras Subterráneas». Alimak, 1982.

- TRIRUMALAI, K.: «Thermal Orilling of Blastholes». MiningEngineering Handbook. SME. 1973.

121