Perforación y Voladura I-Tema_11

20
PERFORACIÓN Y VOLADURA I Calidad que se acredita internacionalmente ASIGNATURA PRIMERA UNIDAD TEMA Nº 11 – PERFORACION ROTATIVA CON TRICONOS DOCENTE: Ing. Benjamín Manuel Ramos Aranda Huancayo, 2015

description

Descripción de la perforación con máquinas rotativas con triconos.

Transcript of Perforación y Voladura I-Tema_11

  • PERFORACIN Y VOLADURA I

    Calidad que se acredita internacionalmente

    ASIGNATURA

    PRIMERA UNIDAD

    TEMA N 11 PERFORACION ROTATIVA CON TRICONOS

    DOCENTE: Ing. Benjamn Manuel Ramos Aranda

    Huancayo, 2015

  • Asignatura: Perforacin y Voladura I

    MATERIAL DE ESTUDIO:

    TEMA N 11 PERFORACION ROTATIVA CON TRICONOS

    PERFORACION ROTATIVA CON TRICONOS.

    Compilado y adaptado de:

    LPEZ JIMENO, Carlos; LPEZ JIMENO, Emilio; GARCA BERMDEZ, Pilar. Madrid: Ed. Entorno Grfico Manual de Perforacin y Voladura de Rocas.

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

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

    la Universidad Continental

  • Captulo 4./

    ./

    PERFORACION ROTATIVA CON TRICONOS../

    .../

    ../ 1. INTRODUCCION La aperturaen EstadosUnidos de grandesexplota-ciones de carbn a cielo abierto, con espesores derecubrimientoque alcanzabanhasta40 m,y la apari-cinenelmercadodeunexplosivoagranelbaratoydegran eficiencia energtica como el ANFO, fueronacontecimientosque impulsarona los fabricantesdeperforadorasa disear equipos de gran capacidad,

    .../

    Hasta1949,la mayorpartedelos barrenosparavola-duraeranrealizadosmedianteperforadorasa rotoper-cusin y slo en el caso de rocas muy blandas eraaplicablela perforacina rotacinmediantebocas decorteo trpanos..../

    --'SALA DE MAQUINAS

    .../

    MASTll

    ../

    .../

    .../

    COMPRESOR ~:AUXILIAR

    CADENA DEELEVACION y EMPUJE

    ./

    .../

    GATO -DELANTERO

    --'

    MOTOR DE ElEVACION

    y EMPUJE \\

    \L TABLERO DE

    PERFORACION

    ../

    BASTIDOR--'

    '- ORUGAS.../

    ../Figura 4.1. Componentesprincipalesde unaperforadorarotativade accionamientoelctrico (Marion).

    J 73

  • capacesdealcanzarelevadasvelocidadesde penetra-cin.

    Simultneamente,secomenzarona utilizardeformageneralizadaen la mineralasbocasdenominadastri-conos, desarrolladasen el campodel petrleodesde1907,y a aplicarel airecomprimidocomofluidodeevacuacinde los detritusformadosdurantela perfo-racin.

    Los dimetrosde losbarrenosvaranentrelas2"y las171/l"(50a444mm),siendoel rangodeaplicacinmsfrecuenteenmineraacieloabiertode6"a 121/4"(152a311mm).Dimetrosmayoresestnlimitadosa minascon unaelevadaproduccin,ypordebajode6"casinose empleandebido a los problemasde duracin delos triconosa causa del reducidotamaode los coji-netes.

    Este mtodode perforacines muyverstil,ya queabarcaunaampliagamade rocas,desdelasmuyblan-das,donde comenzsu aplicacin,hastalas muydu-ras,dondehandesplazadoaotrossistemas,comoeselcaso de la perforacin trmica (Jet Piercing) en lastaconitas.

    Dado que la perforacinrotativacon triconos es lamsextendida,este captuloestenfocado hacia losgrandesequiposcapacesdeejercerelevadosempujessobre la boca, ya que las unidadesque trabajancontrpanosson mssencillas de diseo y de menoren-vergadura.

    Las perforadorasrotativasestnconstituidasesen-cialmentepor una fuente de energa,una bateradebarraso tubos,individualeso conectadasenserie,quetransmitenel peso,la rotacinyelairedebarridoa unaboca con dientesde acero o insertos de carburo detungstenoque actasobre la roca. Fig. 4.1.

    2. MONTAJE Y SISTEMAS DE PROPULSION

    Haydos sistemasde montajepara las perforadorasrotativas:sobre orugas o sobre neumticos.Los fac-toresque influyenen la eleccinde un tipo u otro sonlas condiciones del terrenoy el grado de movilidadrequerido.

    Si la superficiedetrabajopresentafuertespendien-tes,desniveleso baja capacidadportante,el montaje'sobreorugasesel msindicado,yaqueproporcionala

    "mximaestabilidad,maniobrabilidady fl

  • /Tambin existen perforadorasdiesel-elctricasdi-seadaspara minas de gran produccin sin infraes-

    / tructurade energaelctrica.

    CARRlJSeLTuseRI' DE"Re COMPRIMIDO

    /

    /

    /

    Figura4.3. Esquemadeaccionamientodeuna

    perforadoradiese!conunmotornico./

    /

    Losequiposelctricostienenunoscostesdemante-nimientode un 10a un 15%msbajosque los de

    / accionamientodiese!.stos ltimos,son elegidoscuandoalrededordelasexplotacionesnosedisponedeadecuadainfraestructuradesuministroelctricoocuandola mquinavamontadasobrecamin.

    MOTOR ELECTRICOO HIDRAULICO

    /

    AlRE --------COMPRIMIDO

    /

    //1

    SISTEMA DEELEVACION y EMPUJE

    4. SISTEMAS DE ROTACION

    Conelfindehacergirarlasbarrasytransmitirelpar,lasperforadorasllevanun sistemade rotacinmon-tadogeneralmentesobreunbastidorquesedeslizaalo largodelmstilde la perforadora.

    El sistemade rotacinDirectopuedeestarconsti-tuidoporunmotorelctricoo hidrulico.El primero,es el msutilizadoen las mquinasgrandes,puesaprovechala granfacilidadderegulacinde losmo-toresdecorrientecontinua,enunintervalodeOa100r/min.En los diseosmsantiguosse empleabaelsistemaWardLeonardyenlosmsmodernosseusanthyristoreso rectificadoenestadoslido.

    Elsistemahidrulicoconsisteenuncircuitocerradoconunabombadepresinconstanteyunconvertidordeparconel quese logravariarlavelocidadderota-cindelmotorhidrulico,situadoen la cabezade lasartadeperforacin.Estetipoestmuyextendidoenlosequipospequeosy medianos.

    Los sistemasmecnicoso indirectosson el de laMesadeRotacin,muypopularenel campodelpe-trleoperopocoutilizadoenlasmquinasmineras,yel denominadodeFalsaBarraKelly,cuyosesquemasdefuncionamientose representanen la Fig.4.4.

    SISTEMA DE

    I ELEVACION yEMPUJE/

    BARRA KELLY

    FALSA /BARRA KELLY

    -==:::Jc= ~IIID c:::=//

    (a) (b) (C)

    Figura 4.4. Sistemasde rotacin: (a) Directo, (b) Mesa de Rotacin y (c) Falsa BarraKeJly.

    / 5. SISTEMAS DE EMPUJE Y ELEVAclON

    /

    Paraobtenerunabuenavelocidaddepenetracinenla rocaes precisoun determinadoempujequede-pendetantodela resistenciadelarocacomodeldi-metrodelbarrenoquesepretendeperforar.Comoel

    /

    peso de las barras no es suficiente para obtener lacarga precisa,se hace necesarioaplicar fuerzas adi-cionalesquesuelentransmitirsecasiexclusivamenteatravsde energahidrulica.

    Existen bsicamentecuatrosistemas. Los tres pri-merosqueserepresentanen laFig. 4.5son losconoci-dos por a) Cremalleray Pin Directo, b) CadenaDirectay c) Cremalleray Pin con Cadena.

    75

  • ~: :I 'I 'I I

    , :, I,,

    , I

    : "I .I ,, ,, ,I ,

    ~a) CREMALLERA Y PION b)CAOENA OIRECTA

    ~-Br,

    j'

    I ', ,, ', ,,

    ~e) CREMALLERA Y

    PION CON CADENA

    Figura 4.5. Sistemas de elevacin y empuje.

    ElcuartosistemaFig.4.6,estconstituidoporunoodos cilindros accionados hidrulicamente.Tiene lassiguientesventajas:poco peso,absorbeimpactos,in-dica el nivelde desgasteo fatigayes fcil de reempla-zar o ajustar.

    v

    Figura 4.6. Sistema de empujepor Cilindro Hidrulico (In-gersoll-Rand).

    Estos mecanismosdeempujepermiten,ademsdesuministrar un esfuerzo.de empuje perfectamentecontrolado,izar las barrasqueconstituyenlasartadeperforacin.

    El peso de todo el conjunto de la mquinaactacomoreaccincontraelempujeaplicadoa laboca,dedonde se deduceque el peso de la perforadoradebeser superiory normalmenteel doble de la carga m-ximaque se pretendeconseguir.

    76

    Las velocidadesde elevacinde la sartasuelenserde 18 a 21 metrospor minuto, no recomendndosevaloressuperiores por problemasde vibraciones.

    6. MASTIL y CAMBIADOR DE BARRAS

    La estructuradel mstil,quesoporta las barrasy lacabezade rotacin,debe estardiseadapara resistirlas flexionesdebidasalpeso,elesfuerzodeempujeylas tensiones originadas por el par de rotacin. Losdiseos msfrecuenteshan sido de tipo reticular,de "-seccin normalo tubular.Los equipos modernosdis-ponendeunaestructuradevigascajnquepermitenelempleodemayoreslongitudesdemstily laaplicacinde altos paresde rotacin.

    Los mstilessuelenser abatiblesmediantecilindroshidrulicoso tubostelescpicos,yaque paraefectuarlos trasladosimportanteses preciso bajarel centrodegravedadde la mquina.Los tiemposdeelevacindelmstiloscilan entre 2 y 5 minutos.

    La perforacin inclinada, suele ser perjudicial porlosesfuerzosdefatigaa losquesesometeal mstilyalasbarras,ademsdeladisminucinenlacapacidaddeempujey dificultaden laevacuacinde losdetritus,tra-ducindosetodoelloenundescensode laproduccin,que en el caso de rocas duras puede llegar hasta el20%.La inclinacinse puederegularentrelos00y300,con intervalosde 5generalmente.

    Auncuandoes recomendablequeseseleccioneunamquinaquepermitaperforarlos barrenosconunasolabarra,hayquepreverla necesidaddeabrirbarre-nos de mayorlongitud, lo cual obliga a que el mstillleveun sistemaportabarras,as comounmecanismodeaccionamientode las mismasparasu colocacinodesacoplamiento.

    PLACA INFERIOR

    PLACA SUPERIOR

    POSICION

    DE CARGA

    Figura 4.7. Cambiador de barras de tipo revlver.

  • Foto 4.1. Perforadorarotativasobre orugas 49 R

    (Cortesade Bucyrus-Erie).

    Los equiposdisponendesistemasdel tipo bandeja,de una a tres barrasnormalmente,o del tipo revlverquecon msdecuatrobarrastienenunacapacidaddeperforacinde 50-60metros.El accionamientoes hi-drulico en ambos sistemas.Fig. 4.7.

    Los tiempos invertidos en los cambios de barrasoscilanentrelos2y los6 minutosporcadaunadeellas.

    7. CABINA DE MANDO

    La cabinade mando,presurizadayclimatizada,con-tienetodoslos controlese instrumentosrequeridosenlas maniobras de la unidad durante la perforacin.

    Estos suelen ser los siguientes:

    - Controldel motorprincipaly cajadecambios.- Controlde elevaciny descensode la torre.- Controlde losgatosde nivelacin.- Controldevelocidadde rotacin.- Controlde empujesobreel tricono.- Controlde inyeccindeagua.- Controldelcarrusel,etc.

    Normalmente,est ubicadacerca del mstil,permi-tiendoobservartodos los movimientosrealizadosconlas barrasduranteel trabajo.

    8. SISTEMA DE EVACUACION DE LOSDETRITUS

    El aire comprimido cumple las siguientes funciones:

    - Enfriary lubricar los cojinetesdel tricono.

    - Limpiarel fondo del barrenoy- Elevar el detrito con una velocidad ascensional

    adecuada.

    El aire circula por un tubo desde el compresoralmstilydesdeste,por mangueraflexibleprotegida,ala cabezade rotacin,de donde pasaal interiorde labarra de perforacin que lo conduce hasta la boca,saliendoentrelos conos paraproducir la remocindelos detrituselevndoloshastala superficie.Si los tro-zossongrandesyelcaudaldeaireinsuficientevuelvenacaerenel fondo, producindosesu remoliendahastaalcanzarel tamaoadecuadopara ascender.La faltade aireproduceas un consumodeenergainnecesa-rio, una menorvelocidadde penetraciny un mayordesgastede la boca. Por el contrario,si la velocidadascensionales muyaltaaumentanlos desgastesenelcentralizadory en las barrasde perforacin.

    Si se conoce la densidadde la rocay el dimetrodelas partculas, pueden aplicarse dos frmulas paracalcular la velocidadascensionalmnima:

    v = 573 x ~ x d 0,6a p, +1 p

    y

    v = 2:;0 X 1/2xd 1/2a ~ p, p

    donde:

    Va = Velocidad ascensional mnima (m/min),p, = Densidad de la roca (g/cm3).dp = Dimetro de la partcula (mm).

    El oaudal de aire necesario se calcula mediante la

    expresin:

    Qa = Ab X Va = Va X (02 - d2)1,27

    77

  • donde:

    Ab = Area de la corona circular entrela pared del barreno (m2).

    Qa = Caudal del aire necesario (m3/min).Va = Velocidad ascensional (m/min).D = Dimetro del barreno (m).d = Dimetro de la barra (m).

    la barra y

    Otra frmula para la determinacin aproximada delcaudal es:

    Qa = 224 x D 3/2

    donde:

    Qa = Caudal de aire (m3/min).

    D = Dimetro del barreno (m).

    Las velocidades ascensionales recomendadas, enfuncin del tipo de roca, son las siguientes:

    TABLA 4.1

    As pues, el dimetro de las barras aconsejado, se-gn el tipo de roca que se perfore, debe ser en forma-ciones blandas 3" (75 mm) menor que el dimetro deltricono, en formaciones medias 2" (50mm) y en forma-ciones duras 11/1" (38mm),ya que a medidaque au-menta la resistencia de la roca los detritus son mspequeos.

    Con el baco de la Fig. 4.8 puede determinarse conmayor exactitud el dimetro de las barras comerciales,cnocidos el caudal de aire, la velocidad asce,nsional yel dimetro del barreno.

    Cuando la resistencia a compresin de la roca seamenor de 100 MPa, la alta velocidad de penetracinconseguida hace que los detritus no salgan del ba-rreno si no se dispone de una corona circular sufi-ciente, debiendo cumplirse:

    Area del barreno

    Area de la corona circular=2

    lo que equivalea:

    Dimetrode barraDimetrodel barreno

    =0,7

    78

    \,

    Normalmente, en las perforadoras rotativas se em-plean compresores de baja presin, 50 p.s.i. (350 kPa).Sin embargo, aumenta el nmero de equipos que utili-zan compresores de media y alta presin, 100-150 p.s.i.(700-1050 kPa), debido fundamentalmente a la mejoraen la refrigeracin de los rodamientos y a la posibilidadde emplear martillo en fondo.

    \,

    o6 97/8o 105/8

    ~ 1103/'oQ::f- 121/.w::;::!o

    15

    Figura 4.8. Dimensionamientode las barras.

    9. SARTA DE PERFORACION

    La sartade perforacinFig. 4.9estformadapor elacoplamientode rotacin,lasbarras,el estabilizadoryel tricono.

    ~PLAMIENTO~ "00""'"BARRA

    \,

    ESTABILIZADOR

    ~TRICONO

    Figura 4.9. Sar'tade perforacin.

    VELOCIDAD VELOCIDAD

    TIPO MINIMA MAXIMA

    DE ROCA(m/min) (pies/ (m/min) (pies/

    min) min)

    Blanda 1.200 4.000 1.800 6.000Media 1.500 5.000 2.100 7.000Dura 1.800 6.000 2.400 8.000

    "2200 -

    e1000 g

    800

    600

    400

    200

  • 9.1. Acoplamiento de rotacin

    Este elemento transmite el par de rotacin desde lacabeza hasta la sarta que se encuentra debajo.

    9.2. Barra

    La longitud de las barras depende de la longitud delbarreno. Sirven para transmitir el empuje sobre la bocay para canalizar por su interior el aire comprimidonecesario para la limpieza del barreno y enfriamientode los cojinetes. Suelen estar construidas de acero conun espesor de 1"(25 mm) y en ocasiones de hasta 11/2"(38 mm). Las roscas ms usadas en los acoplamientosson del tipo API, BECO, etc.

    9.3. Estabilizador

    Va colocado encima de la boca de perforacin, Fig.4.10,Y tiene la misin de hacer que el tricono girecorrectamente segn el eje del barreno e impida que seproduzca una oscilacin y pandeo del varillaje de per-foracin.

    Las ventajas derivadas de su utilizacin son las si-guientes:

    - Menores desviaciones de los barrenos, sobre todo

    cuando se perfora inclinado.

    .r

    Figura 4.10. Estabilizadorde rodllos.

    - Mayor duracin del tricono y aumento de la veloci-dad de penetracin, debido a un mejor aprovecha-miento del empuje.

    - Menor desgaste de los faldones, de la hilera perit-rica de insertos y de los cojinetes.

    - Mayor estabilidad de las paredes del barreno, de-bido a que las barras de perforacin no sufren pan-deo.

    - Mejora de la carga de explosivo.

    El estabilizador debe tener un dimetro prximo aldel barreno, normalmente 1/8" (3 mm) ms pequeoque el tricono.

    Existen dos tipos de estabilizadores, de aletas y derodillos.

    Los estabilizadores de aletas son de menor coste,

    pero requieren un recrecido de material antidesgaste,originan una disminucin del par de rotacin disponi-ble y una mala estabilizacin en terrenos muy durosdespus de perforar los primeros barrenos.

    Los estabilizadores de rodillos con insertos.de car-

    buro de tungsteno requieren un menor par de rotacin,tienen un mayor coste y son ms eficientes que los dealetas.

    9.4. Perforacin en una pasada (Single Pass)

    La utilizacin de mstiles altos de hasta 27 m, quepermiten la perforacin de cada barreno en una solapasada sin maniobras de prolongacin de la sarta,tiene las siguientes ventajas:

    - Se elimina la colocacin de barras, que suponeunos tiempos muertos de 2 a 6 minutos por cadauna.

    - Se reducen los daos a las roscas.

    - Aumenta la produccin del orden de un 10 a un15%.

    - Facilita la limpieza del barreno.

    - Permite un flujo continuo de aire a travs de laboca, lo que es especialmente interesante en ba-rrenos con agua.

    - Disminuyen las prdidas en la transmisin de es-fuerzos de empuje y rotacin al no disponer deelementos de unin entre las barras.

    Los inconvenientes del varillaje de pasada simpleson:.~

    - Los mstilesmsaltosproducenmayorinestabili-dad, especialmente con cabeza de rotacin.

    ~ Se requiere un mejor anclaje trasero del mstil.

    - Se precisan mayores cuidados cuando se trasladala pedoradora.

    - La cadena de transmisin del empuje requiere un

    mejor diseo.

    9.5. Amortiguadorde impactos y vibraciones

    Desde1967, se han desarrollado una serie de siste-mas de absorcin de impactos y vibraciones que hanpermitido obtener las siguientes ventajas:

    - Reducir el coste de mantenimiento de la perfora-

    79

  • dora,aldisminuirlosimpactosaxialesydetensintransmitidosal mstil.

    - Aumentar la velocidad de penetracin, pues seconsigue un mejor contacto entre el tricono y laroca, posibilitandoel uso del binomio empuje/ve-locidad de rotacin msadecuadoa la formacinrocosa.

    - Aumentarla vida del tricono, debido a la amorti-guacinde los impactoscclicos transmitidosa loscojinetes,rodamientosy a la estructurade corte.

    - Disminuirel nivelde ruido en la cabinadel opera-dor, por la eliminacinde contactodirectodel me-tal entre la cabezade rotaciny la barra.

    AMORTIGUADOR

    ~ t::::I

    r~

    Figura4.11. Posicin de un amortiguadorde impactos.

    La utilizacinde estoselementoses muyadecuadaen los siguientes casos: terrenos fracturados,alter-nanciade capasdurasyblandasy formacionesduras.

    Los tipos deamortiguadoresde impactosutilizadosson:

    - Amortiguadorhorizontal.

    - Amortiguadorvertical.- Amortiguadordenitrgeno.

    A. Amortiguador horizontal

    Funciona como una unidadflexibley comprimible,que reducela vibracinverticaly transversal.Los en-sayosde campohan mostradoun aumentode lavelo-cidad de penetracindel 5% en rocas blandasy del20% en rocas duras, con un aumentode la vida deltricono del 25%.Unacaractersticade estesistemaesque slo tiene dos elementosde desgaste.

    B. Amortiguadorvertical

    Estetipo ensambla18segmentoselsticosmonta-dosverticalmente,queproducenun amortiguamientosimilaral tipo horizontal,Fig. 4.12.

    c. Amortiguadores de nitrgeno

    Estesistemautilizanitrgenoa presin.Sus mayo-res inconvenientesson el alto coste de adquisicinymantenimiento.

    9.6. Ensanchadores de barrenos

    Estaes una prcticainteresanteya que posibilitaelempleodecolumnasdeexplosivoasimilablesacargas

    CONTRATUERCA DE LA ABRAZADERADEL CABLE DE RETENCION

    DIAMETRO

    LONGITUD

    CABLE DERETENCION

    Figura 4.12. Amortiguadorverticai(8. J. Hughes Inc.).

    80

  • esfricas. Las ventajas del sistema de recmaras,frente al convencional de barrenos uniformes, puedenresumirse en:

    - Menor volumen de roca perforada.

    - Mayor rendimiento de perforacin.

    - Menores tiempos de maniobras.

    - Menor volumen de retacado, y

    - Perfil de escombro ms apto para excavadora.

    !

    Figura 4.13. Sistemadeensanchede barrenos.

    10. ELEMENTOS AUXILIARES

    10.1.. Eliminacin del polvo 'fi'Durante la perforacin se crea una gran cantidad de

    polvo que si no es eliminado, adems de afectar a lasalud del personal, puede crear problemas de mante-nimiento en la perforadora. La supresin del polvopuede hacerse por dos procedimientos:

    - Sistema hmedo.

    - Sistema seco.

    El sistema hmedo consiste en aadir una pequeacantidad de agua con o sin espumante al aire de ba-rrido. El polvo formado en el fondo del barreno esapelmazado y sale al exterior junto con los detritus deperforacin.

    Este sistema tiene la ventaja de su gran simplicidad,pero presenta algunos inconvenientes:

    - Reduce la vida del tricono entre un 15 y un 20%.

    - Si se abusa del caudal de agua se forma una papillaespesa y abrasiva de difcil elimnacin que causaun gran desgaste en la sarta de perforacin.

    - En climas fros origina problemas operativos.

    El sistema seco consiste en un colector de polvoformado por un conjunto de ciclones y filtros, tiene laventaja de su gran eficiencia y de no afectar a la vidade los triconos. Cuando se encuentra agua durante laperforacin es poco efectivo y requiere un mayormantenimiento.

    La cabina y la sala de mquinas suelen estar pre-surizadas para evitar la entrada de polvo.

    10.2. Nivelacin

    Cuando la mquina est en situacin de perforar seapoya sobre los gatos de nivelacin que se encuen-tran anclados al bastidor, y cuya altura se regula desdela cabina. Cada perforadora suele disponer de tres acuatro gatos y en esa operacin se invierte alrededorde 1 minuto.

    El empleo de un gato hidrulico en cada esquina dela mquina es la configuracin que proporciona lamejor distribucin de cargas, reduciendo los esfuerzosde torsin al conjunto, las vibraciones al mstil y lasaveras en general. Fig. 4.14.

    o1'---"

    ~-"r .,"--",-I 'r-' 1I I ' ,I I ! I, , II : I

    '. I

    CILINDRO HIDRAULlCO

    CUBIERTA

    ~igura 4.14. Gato hidrulico.

    10.3. Estabilidad

    Para obtener una alta productividad, las perforado-ras deben ser capaces de desplazarse con el mstil ysarta de perforacin en posicin vertical. Por esto, losequipos deben estar diseados de tal forma que elcentro de gravedad, aun cuando la unidad se est des-

    81

  • plazando,seencuentrelo msbajoposibleycentradocon respectoal trende rodaje.Cuando las perforado-rasvanmontadassobreorugasstaspuedensobredi-mensionarsepara aumentarla estabilidady disponerde un contrapesoparaequilibrarmejor el conjunto.

    10.4. Capacidad para remontar pendientes

    Los equipossobre orugasson capacesde remontarpendientesmantenidasdel 10 al 12%y alcanzarpen-dientesmximasdel20%duranterecorridoscortos.

    10.5 Inyeccin de aceite o grasa

    La inyeccin de aceite al aire de barrido produceuna lubricacin suplementariade los rodamientosdel tricono, consiguindoseuna mayorduracin delmismo.

    Si el caudal es excesivo,se puede producir un ta-ponamientode los pasos de aire en los rodamientosy un fallo prematurode los mismos, as como unapelmazamientodel polvoque puedeimpedirsu fcilevacuacin.

    Cuando se empleancompresoresde paletasse havisto que la vida de los triconos aumentasignificati-vamente,debido a que el aire lleva consigo una pe-quea cantidadde aceite.Por esto, si los compreso-res que montan las perforadorasson de tornillo serecomiendainyectaraceiteal aire de barrido.

    MEZCLA DEAIRE / AGUA

    ./ y ACEITE

    -TANQUEACEITEDE 1.0001.

  • zo
  • El lmite de la velocidad de rotacin est fijada por eldesgaste de los cojinetes, que a su vez depende delempuje, de la limpieza del barreno y de la temperatura;y por la rotura de los insertos que es provocada por elimpacto del tricono contra la roca, siendo la intensidadde ste proporcional al cuadrado de la velocidad derotacin.

    11.3. Desgaste de la boca

    Cuando se utilizan triconos de dientes, la velocidad

    de penetracin disminuye considerablemente con-forme aumenta el desgaste de la boca.

    La Fig. 4.19, muestra cmo para un tricono a mitadde uso, la velocidad de penetracin puede reducirse deun 50 a un 75% con respecto a la obtenida con untricono nuevo.

    Z 1,0-o3

  • ./donde:

    ./ HP, = Potencia de rotacin (HP).N, = Velocidad de rotacin (r/min)T, = Par de rotacin (lb-pies).

    ./ El par de rotacin aumentacon el empujesobre eltriconoy laprofundidaddelbarreno.Normalmente,lasperforadorasse disean con una capacidad de parcomprendidaentre 10y 20 libras/piepor libra de em-puje.

    Cuando no se conoce el par necesario,la potenciade rotacinse puedecalcular a partirde la siguienteexpresin:

    ./

    ./

    ./ HP, = K x N, x D 2,5X E1.5

    donde:./

    HP, = Potencia de rotacin (HP).N, = Velocidad de rotacin(r/min)D = Dimetrode perforacin(pulg)E = Empuje (miles de libras por pulgada de

    dimetro).Constantede la formacin(Tabla 4.4).

    ./

    K./

    TABLA 4.4./

    ./

    ./

    ./

    ./

    ./

    11:14,~UJ...,12.::;Cl.~:;UJ 10.UJo

    w 5,oo

  • 140

    120

    Q.~ 100

    UJ

    :580el.::UJ 60

    40

    20

    o10 14 15 16 17 18 19

    DIAMETRO DE BARRENO (pulg)

    12 1311

    Figura4.23. Empujesobrela bocaen funcindeldimetroydel tipo de roca (1 kip =4,448kN).

    C. Compresor

    Loscompresores que se utilizan en la actualidad sonbsicamente de dos tipos: de paletas y de tornillo. Elrango de capacidades va desde los 7 a los 70 mJ/min

    aproximadamente. Tanto el tamao de estos equiposcomo eltipo son opcionales en la mayora de los casos.

    Los compresores de tornillo trabajan a una presingeneralmente superior a los de paletas, tienen un di-seo ms simple y compacto que los otros y unamayor disponibilidad mecnica.

    D. Tipo de tricono

    Uno de los aspectos ms importantes de la perfora-cin rotativa es la eleccin adecuada del tricono, ya

    que en caso contrario se tendr:

    - Velocidad de penetracin menor que la ptima.- Reducida duracin del tricono y, por lo tanto, un

    coste por metro perforado mayor.

    12. VELOCIDAD DE PENETRACION!fi'

    La velocidad de penetracin depende de muchosfactores externos: caractersticas geolgicas, propie-dades fsicas de las rocas, distribucin de tensiones yestructura interna. Esto hace que la determinacin dela velocidad de penetracin durante el desarrollo de unproyecto sea una tarea difcil para el ingeniero proyec-tista, pero necesaria ya que la decisin que se tome va aincidir decisivamente en el resto de las operaciones.

    Existen dos procedimientos para la determinacinde la velocidad de penetracin:

    1. Recogida de muestras representativas y realiza-cin de ensayos a escala por las casas fabricantes detriconos. Estas emiten un informe en el que se indican:

    86

    "- Tipo de tricono recomendado.

    - Empuje y velocidad de rotacin aconsejadas.- Velocidad de penetracin estimada y

    - Duracin prevista del tricono.

    "

    "La fiabilidadde los resultadosdependede la repre-

    sentatividadde las muestrasenviadasy, en general,son conservadoresaefectosdeclculo de producciny costes,puesen las pruebasno setieneen cuentaelefecto de las discontinuidadesy el relleno de stas.

    ".

    2. Clculo de la velocidad de penetracin a partir dela resistencia a compresin simple de la roca.

    Este procedimiento se basa en la utilizacin de fr-mulas empricas propuestas por diversos investiga-dores.

    "

    "

    12.1. Ensayos sobre muestras\..

    Existen dos procedimientos conocidos por Micro-bit e

  • //

    brela muestracon presionescrecientese incrementosde500lb,hastaun mximode5.000- 6.000lb. Foto4.3,determinndoseeldenominadoesfuerzoumbralEu'"

    El empujeque es necesarioaplicarsobreel triconovale:

    /E = Eu x le

    /

    /

    ':Jgl~g

    B,co A - MARMOL

    ARENISCA40.0 CALIZA

    YESO

    B- DOLOMIAPIZARRA DURA

    C- GRANITOCUARCITA /Vil/

    a 20.0:,.c-;;;~ 10.0a. 9.0- 8.0Z 7.0o ~OU '.0~ 4.0f--w '.0zwa. 20ooU 10 9o 0.9 .-' O., ,.W 07> O.,

    O,04

    ,o'.

    7/10. 'o'

    -SJt/ I B/

    O,. ./

    O.,

    ~ v

  • En 1967,despusde un trabajode investigacinrealizadoen explotacionesde mineralde hierroenCanad,A.Bauery P. Calderpropusieronlasiguienteexpresin:

    EVP =K x log RClog E3 -

    12

    donde:

    VP = Velocidaddepenetracin(pies/hora).K = Factorquedependedelarocayvaraentre1,4Y

    1,75pararocascon resistenciaa compresincomprendidasentre15.000y 50.000librasporpulgadacuadrada.

    E = Empuje(librasporpulgadadedimetro).RC = Resistenciaa compresin(libraspor pulgada

    cuadrada).

    En 1971,Bauer modific la frmula introduciendootravariable,como es la velocidadde rotacin:

    VP =r61- 28 10g10RC]x ~ x ~~ O 300donde:

    Velocidadde penetracin(pies/hora).

    Resistenciaa compresin(milesde librasporpulgadacuadrada).

    ~ = Empuje unitario (miles de libras por pulgada deO dimetro).

    N, = Velocidad de rotacin (r/min).

    VP =

    RC -

    Esta frmula da buenos resultadosen el rango deresistenciasa compresin citado.

    En la Fig.4.25,se da un nomogramaparael clculode la velocidadde penetracinen funcin de la resis-tencia a compresin.

    70

    ! 601'i '"'"f-::i50~~o;g40:g'">

    30

    20

    45678'0 234567

    RESISTENCIA A COMPRESION li' Lb/p,'o')

    Figura 4.25. Estimacinde la VelocidaddePenetracinapartirdela Resistenciaa Compresin(Bauery Calder).

    88

    R. Prailleten 1978dedujolasiguientefrmulaemp-rica:

    VP = 63,9 x E x N,

    RC2 X 0,9

    donde:

    VP = Velocidad de penetracin (m/h).E = Empuje (kg).N, = Velocidad de rotacin (r/min ).RC = Resistencia a compresin de la roca

    (MPa).O = Dimetro del tricono (mm).

    Estafrmulatiene unamayorfiabilidadentodos losrangosde resistenciasde lasrocas,y permitecalcularen una operacin en marchael valor de RC.

    Por ltimo, las casas fabricantes de triconos hanconstruidobacosmuysencillosdondeenfuncindelempujesobreel tricono y la resistenciaa compresinde la roca, se calcula la velocidad de penetracinpara una velocidad de rotacin constante de 60r/min.Fig.4.26.

    Eci"o

    E~"-'"'"ii

    zoU

    I '/ (f !-,]"RESISTENCIAA VCOMPRESION2

    , o .

  • ../cnicade los equipos quesesupone del 80%.Se cal-cula mediantela expresin:

    --'VM =2 x VpO.65

    "../ donde:

    VM = Velocidadmediade perforacin(m/h)../ VP = Velocidadde penetracin(m/h).

    Otraformamsexactadecalcular"VM" esteniendo

    ./ en cuentalos tiemposindividualesno productivos,comentadosanteriormenteen el captulo de perfora-cin rotopercutiva.

    ./

    " 13../

    CALCULO DEL COSTE DE PERFORACION

    Elcostedeperforacinpormetroperforadosecal-" culaconlasiguientefrmula:./

    C - CA +CI +CM + Ca + CE+CL CT- + BVM

    ./

    donde:

    ../ Costes Indirectos

    CA = Amortizacin(PTA/h)."Cl = Interesesy seguros (PTA/h).

    ../

    Costes Directos

    ./ CM = Mantenimiento(PTA/h).Ca = Mano de obra (PTA/h).

    " CE = Energa(PTA/h).CL = Engrasey lubricacin (PTA/h).

    ./ CB = Boca, estabilizadory barra (PTA/m).VM = Velocidad de perforacinmedia(m/h)."

    ./

    " 13.1. Amortizacin

    La vidaoperativadeestasmquinasse puedeesti-marentre50.000y 100.000h paralas perforadoras

    " elctricasy de 16.000a 30.000h paralas unida~es./ diesel-hidrulicassobrecamin.Paracalcularel coste

    de amortizacinse divideel preciode adquisicinmenosel valorresidualporel nmerode horaspre-

    " visto../

    ../

    CA = Preciodeadquisicin- Valor residualHoras de vida./

    ./13.2. Intereses, seguros e impuestos.

    La mayorpartede lamaquinariasecompracondi-neroprestadoy por tantodebentenerseen cuenta

    ./ los intereses,ademsde loscostesdesegurose im-

    ./

    puestos que el equipo origina. Para calcularlos seempleala frmula:

    N + 1 .d ..", o/ (1 S- x PrecIo a qUlslclon x /0 ntereses+e-

    2N guros+lmpuestos)Cl =

    Horas de trabajo al ao

    N =nmerode aosdevida.

    13.3. Mantenimiento

    Representalos costesde reparacinde averasy elmantenimientopreventivo.Se puede estimar multi-plicandoel preciode la mquinapor 5 x 10- 5 enperforadoraselctricaso por6 x 10-5en lasunida-desdiese!.

    13.4. Mano de obra

    Corresponde al coste horario del perforista, inclu-yendo cargassociales, vacaciones,etc., y tambineldel ayudanteen los casos en que se precise.

    13.5. Energa

    Estecostepuedeser deenergaelctricao diesel,yse calcula a partirde las especificacionesde los mo-tores.

    13.6. Aceites y grasas

    Se determinaa partirde losdatossuministradosporel fabricante,referidosa cambiosde aceite,sistemashidrulicos y capacidadesde los crtereso depsi-tos. Suele estimarseentre un 15y un 20% del costede energa.

    13.7. Velocidad media.Se determinade acuerdocon lo expuestoen el ep-

    grafe 12de estecaptulo.

    13.8. Boca, estabilizadory barra

    Constituyeunade laspartidascrticas,debidoporunlado a la faltade informacinpreviade los tcnicosyporotroasu importancia,yaquesu pesosobreelcostedelmetroperforadooscilaentreel15ye140%delcostetotal,segn la durezade la roca.

    La duracin de un tricono se puedeestimara partirde la ecuacin:

    28.140 X 01,55xE-1,67VIDA (m) = x 3 x VP

    Nr

    89

  • donde:

    D = Dimetro(pulg).E = Empuje sobre la boca (miles de libras).N, = Velocidad de rotacin (r/min).VP = Velocidad de penetracin (m/h).

    Las barras y estabilizadores suelen tener na vidamedia de 30.000 y 11.000 m, respectivamente.

    13.9. Ejemplo de aplicacin

    En unaexplotacin minerase disponede unaperforadoraelctricaconunempujetilde70.000lbqueperforaunarocaconunaresistenciaa compre-sinde75MPaconundimetrode9"(229mm).Losdatosrealesdeoperacinson:

    Empujesobrela boca:39.000librasVelocidaddepenetracin:34m/hVelocidadderotacin:60rlmin

    El precio de adquisicindel equipoes de 185MPTA,Y sedeseacalcularelcostepormetrolinealperforado.

    Laspartidasqueconstituyenel costetotalson:

    185.000.000 PTA = 3.700 PTA/h (sin valorCA = 50.000 h residual)

    BIBLlOGRAFIA

    - BAUER, A.: Drillingand Blasting.Bucyrus Erie. 1979.- BERNAOLA, J.: Prediccin de la Velocidadde Perfora-

    cin a Percusin medianteEnsayo de LaboratoriosobreMuestrasde Roca. Tesis Doctoral E.T.S. IngenierosdeMinas de Madrid. 1984.

    - CHITWOOD, B., and NORMAN, N. E.: BlastholeDrilling,Economics: a Look at theCost Behindthe Cost.E/M. J.June 1979.

    -"'CHUGH, C. P.: Manualof Drilling Technology~',1985.- HERRANZ, F.: Perforacin Rotativaen Mineria a Cielo

    Abierto. N.P. 1973.- LAUWELL, G. W.: The Pro's and Con's of RotaryBlast-

    hole Design.Mining Engineering.June-July. 1978.- LOPEZ JIMENO, C. y E.: La perforacin rotativacon

    Triconos.Canterasy Explotaciones.Enero,1990.- LOPEZ JIMENO, E.: Implantacinde un Mtodode Cl-

    culo de Voladurasen Banco.Tesis doctoral.E.T.S. Inge-nieros de Minas de Madrid. 1986.

    - MANRUBIA, F., et al.: Criteriosparala Seleccinde unaPerforadorade Rocas. Industria'Minera. 1986.

    90

    '-

    1; x 185 x 106 PTA x 0,2

    CI = 4.300 h = 4.660 PTA/h

    CM = 185 X 106x 5 X 10-5 = 9.250 PTA/hCo = 2.600 PTA/hCE = 185 kWIh x10 PT A/kW = 1.850PTA/hCL = 0,2 X CE = 370 PTA/hCostes Indirectos = CA + CI = 8.360 PTA/h

    "--

    "--

    "--

    Costes Directos = CM + Co + CE + CL =14.070PTA/h

    VM = 2 x 34.65= 19,8 m/h '--

    28 140x91.55X39~1,67Vida tricono ~ . x 3x34=3.174m

    60 '-.

    - 525.000 = 165,4 PTA/m (Tricono)CBl - 3.174

    \....

    C = 315.000 = 28,6 PTA/m (Estabilizador)B2 11.000

    "-.

    C = 350.000 =11 6 PTA/m (Barra)B3 30.000 '

    CB = CBl + CB2 +CB3 = 206 PTA/m "-.

    8.360 +14.070 + 206 = 1.339 PT A/mCT 19,8 \....

    '--

    '--

    "-

    - MARTIN, J. W.,etal.: SurfaceMiningEquipment.1982.- MORALES, V.: LaSelecciny el FuncionamientodeTri- "-

    conos. Potencia.Marzo 1985.- MORELL, R. J.: MiningEngineeringHandbook- Drilling

    Machines.AIME. 1973.. - NELMARK, J. D.: LargeDiameterBlasthole Drills. Mi- "-

    ning Congress Journal. August. 1970.BlastHoleDesign&Applications.AMF. February,1983.Inclined Hole Drilling with Large Blasthole Drills CanSometimes be Used. Mining Engineering. September, "-1984.

    - PLA, F., et al.: Cursode Perforaciny Voladuras.Fun-dacin Gmez-Pardo.1978.

    - PRAILLET, R.: Consideracionesdeun Fabricantede M- "-quinas de Perforacin.Canterasy Explotaciones.Sep-tiembre,1984.

    - WILLlAMSON, T. N.: SurfaceMining - RotaryDrilling.AIME. 1968.

    '-.

    "-

    '--

    '--