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CAPITULO II
SISTEMA DE PERFORACION ASIGNATURA:
PERFORACION Y VOLADURA
DOCENTE: Ing ARMANDO BOHORQUEZ HUARA
Cajamarca, 18 de Septiembre de 2012
Universidad Nacional de Cajamarca Norte de la Universidad
Peruana
FACULTAD DE INGENIERIA Escuela Acadmico Profesional de Ingeniera
Geolgica
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Introduccin
Desde hace muchos aos ha sido un afn de los ingenieros y
trabajadores en minera la exploracin y o voladura de yacimientos
minerales desarrollar mtodos de perforacin que reduzcan los costos
y den mayor productividad de tal modo que la explotacin sea
rentable y teniendo en cuenta disminuir el grado de contaminacin en
este proceso.
En este trabajo monogrfico de investigacin damos un alcance de
los mtodos de perforacin ms comunes y utilizados en el mbito de la
minera como en el de los hidrocarburos como son los de percusin,
rotacin, roto percusin y aire reverso; teniendo en cuenta que estos
mtodos son de gran ayuda en el mbito geolgico
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OBJETIVOS
Dar a conocer el funcionamiento del sistema de perforacin y
entender sus principios
Interpretar los distintos mtodos de perforacin y analizar sus
ventajas como sus desventajas
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MARCO TERICO
PERFORACIN DE EXPLORACIN
La materia que se extrae sirve con el propsito de
analizar y poder determinar
tipos, calidades y cantidades
de mineral para la eventual
explotacin del yacimiento
PERFORACIN DE PRODUCCIN
Tiene por finalidad cargar el pozo con explosivos y
generar la tronadura para
poder quebrar la roca y as
ir avanzando con la
explotacin de la mina.
SISTEMA DE PERFORACIN
Para que la perforacin se logre debe extraerse todo el material
destruido
dentro del agujero mediante la utilizacin de aire comprimido o
agua.
En este punto es donde se produce la diferencia entre lo que es
la perforacin
de exploracin y la de produccin.
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Perforacin de percusin
La tcnica de perforacin consiste en realizar un movimiento
alternativo de bajada-subida de una
masa pesada que en su cada va
fracturando o disgregando la roca,
desprendiendo de los mismos trozos
de variado tamao, que despus se
extraen por medio de una vlvula o
cuchara de limpieza
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Perforacin de percusin
Es el de un elemento metlico que golpea y deshace la formacin:
pico o trpano, y un elemento que recoge el terreno
triturado: pala o cuchara de vlvula.
Con las nuevas y potentes sondas de percusin los rendimientos
son espectaculares.
La facilidad de manejo del caber en relacin con el del varillaje
en la perforacin por rotacin es una gran ventaja, otra ventaja
es la de no necesitar este sistema lodos o mezclas
tixotrpicas
siempre nocivas al libre paso del agua por los acuferos
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Perforacin de percusin
Aplicaciones:
Entre sus aplicaciones esenciales, cuentan las de
captacin de aguas subterrneas
para suministro urbano, agrcola
e industrial.
Son en el rea de las perforaciones con fines de
recarga artificial de aguas
subterrneas, procedente de las
lluvias o de otras perforaciones
de captacin prximas.
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Perforacin ha roto-percusin
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Perforacin ha roto-percusin
Es el sistema mas clsico de perforacin de barrenos y su aparicin
en el tiempo coincide con el desarrollo
industrial del siglo XIX.
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PRINCIPIO
Perforacin ha roto-percusin
El principio de perforacin de estos equipos se basa en el
impacto de una pieza de acero (pistn) que golpea a un
til que a su vez transmite la energa al fondo del barreno
por medio de un elemento final (boca). Los equipos roto-
percutivos se clasifican en dos grandes grupos, segn
donde se encuentre colocado el martillo:
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PRINCIPIO
Perforacin ha roto-percusin
Martillo de cabeza
En estas perforadoras dos de las acciones bsicas, rotacin y
percusin, se producen fuera del barreno, transmitindose a travs de
una espiga y del varillaje hasta la boca de perforacin.
Los martillos pueden ser de accionamiento neumtico o
hidrulico.
Martillo en fondo
La percusin se realiza directamente sobre la boca de
perforacin, mientras que la
rotacin se efecta en el
exterior del barreno. El
accionamiento del pistn se
lleva a cabo neumticamente,
mientras que la rotacin puede
ser neumtica o hidrulica.
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Segn los campos de aplicacin de estas perforadoras, cielo
abierto o
subterrneo, las gamas de dimetro ms comunes son:
TABLA
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Las ventajas principales, que presenta la perforacin
rotopercutiva, son:
Es aplicable a todos los tipos de roca, desde blandas a
duras.
La gama de dimetros de perforacin es amplia.
Los equipos son verstiles, pues se adaptan bien a diferentes
trabajos y tienen una gran movilidad.
Necesitan un solo hombre para su manejo y operacin.
El mantenimiento es fcil y rpido, y
El precio de adquisicin no es elevado.
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En virtud de esas ventajas y caractersticas, los tipos de obras
donde se
utilizan son:
En obras pblicas subterrneas; tneles, cavernas de centrales
hidrulicas, depsitos de residuos, etc., y de
superficie; carreteras, autopistas, excavaciones
industriales, etc.
En minas subterrneas y en explotaciones a cielo abierto de tamao
medio y pequeo.
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Fundamentos de la perforacin rotopercutiva
Percusin. Los impactos producidos por el golpeo del pistn
originan unas ondas de choque que se transmiten a la boca a travs
del varillaje (en el martillo en cabeza) o directamente sobre ella
(en el martillo en fondo).
Rotacin. Con este movimiento se hace girar la boca para que los
impactos se produzcan sobre la roca en distintas posiciones.
Empuje. Para mantener en contacto el til de perforacin con la
roca se ejerce un empuje sobre la sarta de perforacin.
Barrido. El fluido de barrido permite extraer el detrito del
fondo del barreno.
La perforacin a roto percusin se basa en la combinacin
de las siguientes acciones:
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Acciones bsicas en la perforacin rotopercutiva.
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Fundamentos de la perforacin rotopercutiva
El proceso de formacin de las indentaciones, con el que se
consigue el avance en este
sistema de perforacin, se divide en cinco instantes, tal como se
refleja en la Fig.
a) Aplastamiento de las rugosidades de la roca por contacto con
el til.
b) Aparicin de grietas radiales a partir de los puntos de
concentracin de tensiones y formacin de una cua en forma de V.
c) Pulverizacin de la roca de la cua por aplastamiento.
d) Desgajamiento de fragmentos mayores en las zonas adyacentes a
la cua.
e) Evacuacin del detrito por el fluido de barrido.
Fases de formacin de una indentacin. (Hartman, 1959).
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Perforacin con martillo en cabeza
Este sistema de perforacin se puede calificar como el ms clsico
o convencional, y aunque su empleo por
accionamiento neumtico se vio limitado por los martillos
en fondo y equipos rotativos, la aparicin de los martillos
hidrulicos en la dcada de los setenta ha hecho resurgir
de nuevo este mtodo complementndolo y amplindolo
en su campo de aplicacin.
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Perforacin con martillo en cabeza
Un cilindro cerrado con una tapa delantera que dispone de una
abertura axial donde va colocado el elemento porta barrenas, as
como un dispositivo retenedor de las varillas de perforacin.
El pistn que con su movimiento alternativo golpea el vstago o
culata a travs de la cual se transmite la onda de choque a la
varilla.
La vlvula que regula el paso de aire comprimido en volumen
fijado y de forma alternativa a la parte anterior y posterior del
pistn.
Un mecanismo de rotacin, bien de barra estriada o de rotacin
independiente.
El sistema de barrido que consiste en un tubo que permite el
paso del aire hasta el interior del varillaje.
PERFORADORAS NEUMATICAS
Un martillo accionado por aire comprimido consta bsicamente
de:
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Perforacin con martillo en cabeza
PERFORADORAS NEUMATICAS
El pistn se encuentra al final de su carrera de retroceso
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Perforacin con martillo en cabeza
A finales de los aos sesenta y comienzo de los setenta, tuvo
lugar un gran avance tecnolgico en la perforacin de rocas con el
desarrollo de los martillos hidrulicos.
Una perforadora hidrulica consta bsicamente de los mismos
elementos constructivos que una neumtica.
La diferencia ms importante entre ambos sistemas estriba en que
en lugar de utilizar aire comprimido, generado por un compresor
accionado por un motor diesel o elctrico, para el gobierno del
motor de rotacin y para producir el movimiento alternativo del
pistn, un motor acta sobre un grupo de bombas que suministran un
caudal de aceite que acciona aquellos componentes.
PERFORADORAS HIDRAULICAS
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Perforacin con martillo en fondo
Estos martillos se desarrollaron en 1951 por Stenuicky desde
entonces se han venido utilizando con una amplia
profusin en explotaciones a cielo abierto de rocas de
resistencia media, en la gama de dimetros de 105 a 200
mm, aunque existen modelos que llegan hasta los 915
mm.
La extensin de este sistema a trabajos subterrneos es
relativamente reciente, ya que fue a partir de 1975 con los
nuevos mtodos de Barrenos Largos y de Crteres
Invertidos cuando se hizo popular en ese sector.
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Perforacin con martillo en fondo
En la actualidad, en obras de superficie este mtodo de
perforacin est indicado para rocas duras y dimetros
superiores a los 150 mm, en competencia con la rotacin,
debido al fuerte desarrollo de los equipos hidrulicos con
martillo en cabeza.
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Perforacin con martillo en fondo
El funcionamiento de un martillo en fondo se basa en que el
pistn golpea directamente a la boca de perforacin.
El fluido de accionamiento es aire comprimido que se suministra
a travs de un tubo que constituye el soporte y hace girar al
martillo.
La rotacin es efectuada por un simple motor neumtico o hidrulico
montado en el carro situado en superficie, lo mismo que el sistema
de avance. Fig.
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Sistemas de Avance
Para obtener un rendimiento elevado de las perforadoras las
bocas deben estar en contacto con la roca y en la
posicin adecuada en el momento en que el pistn
transmite su energa mediante el mecanismo de impactos.
Para conseguir esto, tanto en la perforacin manual como
en la mecanizada, se debe ejercer un empuje sobre la
boca que oscila entre los 3 y 5 kN, para los equipos de
tipo pequeo, hasta los mayores de 15 kN en las
perforadoras grandes
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Sistemas de Avance
Los sistemas de avance pueden ser los siguientes:
Empujadores.
Deslizaderas de cadena.
Deslizaderas de tornillo.
Deslizaderas de cable.
Deslizaderas hidrulicas.
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Sistemas de Avance
DESLIZADORES DE CADENA
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Perforacin por rotacin
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Introduccin
Hasta 1949, la mayor parte de los barrenos para voladura eran
realizados mediante perforadoras a roto percusin y slo en el caso
de rocas muy blandas era aplicable la perforacin a rotacin mediante
bocas de corte o trpanos.
La apertura en Estados Unidos de grandes explotaciones de carbn
a cielo abierto, con espesores de recubrimiento que alcanzaban
hasta 40 m, y la aparicin en el mercado de un explosivo a granel
barato y de gran eficiencia energtica como el ANFO, fueron
acontecimientos que impulsaron a los fabricantes de perforadoras a
disear equipos de gran capacidad, capaces de alcanzar elevadas
velocidades de penetracin.
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Introduccin
Simultneamente, se comenzaron a utilizar de forma generalizada
en la minera las bocas denominadas
triconos, desarrolladas en el campo del petrleo desde
1907, y a aplicar el aire comprimido como fluido de
evacuacin de los detritus formados durante la
perforacin.
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Introduccin
Los dimetros de los barrenos varan entre las 2"y las 171 /l" (50
a 444 mm), siendo el rango de aplicacin ms
frecuente en minera a cielo abierto de 6" a 121 /4"(152 a
311 mm). Dimetros mayores estn limitados a minas con
una elevada produccin, y por debajo de 6" casi no se
emplean debido a los problemas de duracin de los
triconos a causa del reducido tamao de los cojinetes.
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Introduccin
Este mtodo de perforacin es muy verstil, ya que abarca una
amplia gama de rocas, desde las muy blandas,
donde comenz su aplicacin, hasta las muy duras, donde
han desplazado a otros sistemas, como es el caso de la
perforacin trmica (Jet Piercing) en las taconitas.
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Introduccin
Dado que la perforacin rotativa con triconos es la ms extendida,
este captulo est enfocado hacia los grandes
equipos capaces de ejercer elevados empujes sobre la
boca, ya que las unidades que trabajan con trpanos son
ms sencillas de diseo y de menor envergadura.
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Introduccin
Las perforadoras rotativas estn constituidas esencialmente por
una fuente de energa, una batera de
barras o tubos, individuales o conectadas en serie, que
transmiten el peso, la rotacin y el aire de barrido a una
boca con dientes de acero o insertos de carburo de
tungsteno que acta sobre la roca. Fig. 4.1.
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Componentes principales de una perforadora rotativa de
accionamiento elctrico (Marion).
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Perforacin diamantina
Los sondeos con recuperacin de testigo son caros pero
proporcionan gran informacin geolgica. Los precios
son de alrededor de US$ 100 ( 110) por metro
perforado. La herramienta de corte es un tubo hueco con
una corona de diamante en la cabeza, siendo los
dimetros ms comunes: 2.17 - 6.35 cm. Se pueden
perforar hasta 10 m por hora.
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Perforacin diamantina
La herramienta gira y corta un testigo de roca (testigo) a
medida que profundiza. Dicho cilindro de roca queda
contenido dentro del tubo portatestigo. A medida que se
profundiza, se van agregando varillas al sistema. El
problema
es que cuando el portatestigo est lleno (3 m), hay que
retirar
el varillaje que se ha ido agregando progresivamente. Cuando
se han perforado muchos metros, por ejemplo, ms de 100,
toma tiempo recuperar el tubo portatestigo, y recordemos, el
tiempo es dinero. Para remediar esto se puede utilizar un
tubo
portatestigo conectado con un cable a superficie (wireline
core
barrel), pero en ese caso, el dimetro del testigo ser
inferior.
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Perforacin diamantina
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Perforacin aire reverso
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PERFORACION AIRE REVERSO
El sondaje por aire reverso utiliza como fluido principal, para
el barrido de los detritus, aire comprimido, el que es
dirigido hacia el fondo del pozo a travs de barras de
doble pared, y permite recuperar los ripios u
detritus producidos en el fondo con un mnimo de
contacto con las paredes del pozo (poca contaminacin)
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PERFORACION AIRE REVERSO
La perforacin con aire reverso es fundamentalmente diferente de
la de diamantina, tanto en trminos de equipo y toma de
muestras.
La principal diferencia es que la perforacin de aire reverso
crea pequeas astillas de roca en lugar de un testigo slido.
Otras diferencias importantes son en la tasa de penetracin y el
costo por metro perforado.
El aire reverso es mucho ms rpido que la perforacin diamantina,
y tambin mucho menos costosa.
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PERFORACION AIRE REVERSO
Esquema de sondaje de aire reverso con cabezal de tricono,
mostrando el flujo de
aire comprimido a travs de las barras de doble cmara.
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Note como el aire/agua entra por un sistema interno de doble
pared (flechas descendentes)
y regresa con los cuttings a superficie por el interior (flechas
ascendentes),
lo que evita la contaminacin que suele producirse en el sistema
percusin-rotacin
PE
RF
OR
AC
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AIR
E R
EV
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SO
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Conclusiones
Los sistemas de perforacin son de suma importancia para todo
sondaje geolgico, pues nos brinda informacin
tanto estructural como geolgica
Cada mtodo de perforacin tiene su propio campo de aplicacin
Se dio a conocer el funcionamiento del sistema de perforacin y
entender sus principios
Se interpret los distintos mtodos de perforacin y analizar sus
ventajas como sus desventajas
