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Área Minería y Metalurgia
EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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TABLA DE CONTENIDOS
1. GENERALIDADES DE LA PERFORACIÒN ...................................................................... 3
1.1 PROPIEDADES FISICAS DE LA ROCA QUE AFECTAN LA PERFORACION ........... 3
1.2 FUNDAMENTOS DE LA PERFORACION ..................................................................... 9
1.3 METODOS DE PERFORACION ................................................................................... 10
Perforación Rotopercutiva .............................................................................................. 10
Perforación con Martillo en Cabeza (OTH) .................................................................... 13
Perforación con Martillo en Fondo (DTH)...................................................................... 17
Perforación rotativa ......................................................................................................... 21
1.4 TRICONOS .................................................................................................................... 24
Elementos constitutivos y criterios de diseño ............................................................. 25
Metalurgia de los materiales del tricono ....................................................................... 29
Tipos de triconos ............................................................................................................. 31
Selección del tipo de tricono .......................................................................................... 33
Efectos de los parámetros de operación sobre los triconos ...................................... 33
Selección de toberas ....................................................................................................... 34
Evaluación de los triconos gastados ............................................................................ 34
Código IADC (international association of drilling contractors) ................................ 37
1.5 TIPOS DE MAQUINARIA DE PERFORACION ............................................................ 40
Perforación Manual .......................................................................................................... 40
Perforación Mecanizada .................................................................................................. 41
2. PERFORACION EN MINERA A CIELO ABIERTO .......................................................... 51
2.1 DISEÑO DE MALLAS DE PERFORACION ................................................................. 51
2.2 PROCESO DE PERFORACÍON ................................................................................... 53
2.3 RIESGOS PRESENTES EN LA OPERACIÓN DE PERFORACION ........................... 55
2.4 EQUIPOS DE PERFORACION ..................................................................................... 57
2.5 PLANIFICACIÓN CORTO PLAZO ............................................................................... 59
2.6 REPORTES DE PERFORACION ................................................................................. 62
2.7 COSTOS DE PERFORACION ...................................................................................... 61
2.8 MANTENCIÓN MECÁNICA .......................................................................................... 67
Pauta de Mantención DM - 50 ......................................................................................... 69
3. PERFORADORA PIT VIPER – 351 .................................................................................. 71
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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3.1 DESCRIPCCION GENERAL ........................................................................................ 71
3.2 CARACTERISTICAS DE DISEÑO PV 351 .................................................................. 73
3.3 COMPONENTES MECANICOS PV-351 ..................................................................... 75
4. MINERÍA SUBTERRANEA ............................................................................................... 84
4.2 MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN ................................................................................... 84
4.3 CUT AND FILL .............................................................................................................. 86
4.4 ROOM AND PILAR ....................................................................................................... 89
4.5 BLOCK CAVING ........................................................................................................... 92
4.6 SUBLEVEL CAVING..................................................................................................... 94
5. JUMBO DE AVANCE ........................................................................................................ 63
5.1 CLASIFICACIÓN DE LA PERFORACIÒN SEGÙN EL TIPO DE TRABAJO ............. 64
Perforación de Banqueo ................................................................................................. 64
Perforación de Avances de Galerías y Túneles ............................................................ 64
Perforación de Producción ............................................................................................. 65
Perforación de Chimeneas y Piques .............................................................................. 67
Perforaciones con sostenimiento de Rocas ................................................................. 68
Funcionamiento ............................................................................................................... 69
Velocidad de perforación ................................................................................................ 71
Acero de perforación ....................................................................................................... 72
5.2 PARTES PRINCIPALES DE UN JUMBO..................................................................... 77
5.3 RENDIMIENTO DEL JUMBO DE AVANCE ................................................................. 79
Condiciones para obtener un buen rendimiento .......................................................... 80
5.4 MANTENIMIENTO DEL EQUIPO ................................................................................ 82
Calendario de mantenimiento ........................................................................................ 82
Mantenimiento Periódico de la Perforadora Jumbo .................................................... 82
Ajuste de Mantenimiento en Casos Particulares ......................................................... 84
6. CONCEPTOS BÁSICOS EN DESARROLLOS HORIZONTALES .................................. 86
6.1 NOMENCLATURA DE LOS TIROS ............................................................................. 86
6.2 INVERSIÓN Y COSTOS DE DESARROLLO ............................................................... 93
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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1. GENERALIDADES DE LA PERFORACIÒN
1.1 PROPIEDADES FISICAS DE LA ROCA QUE AFECTAN LA PERFORACION
Para la realización de una buena perforación se requiere reconocer de la mejor manera
el terreno al cual se tiene sometido el equipo de perforación, es de ahí que en este
apartado se referencian conceptos geológicos y geotécnicos que permiten la
caracterización de las zonas de trabajo en base a las propiedades físicas de las rocas.
Las principales propiedades físicas de la roca influyen de forma directa en el método de
perforación elegido para el desarrollo de las labores, además, Las propiedades de la
roca también influyen directamente sobre las variables de perforación (empuje, velocidad
de rotación y velocidad de perforación) limitando los metros perforados a una buena
caracterización del terreno y una buena elección de accesorios que permitan superar
estas limitantes. Las propiedades de la roca relacionados son:
Dureza
Es la resistencia de una capa superficial a la penetración en ella de otro cuerpo más
duro, siendo la escala de Mohs el método de clasificación de la dureza. La composición
de los granos de mineral, la porosidad y la humedad son algunos de los factores que
influyen directamente sobre la dureza de la roca.
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Clasificación de la roca según su resistencia y dureza
Clasificación
Dureza Mohs
Resistencia a la
compresión (MPa)
Muy dura
+7
+ 200
Dura
6 – 7 120 – 200
Medio dura
4,5 – 6 60 – 120
Medio blanda
3 – 4,5 30 – 60
Blanda
2 – 3 10 – 30
Muy blanda
1 - 2 -10
Resistencia
Se llama resistencia mecánica de una roca a la propiedad de oponerse a su destrucción
bajo una carga exterior, estática o dinámica. La resistencia depende fundamentalmente
de su composición mineralógica.
A continuación, se muestra una serie de características y factores externos que influyen
en esta propiedad y que permite clasificarla:
Factores que influyen en la resistencia de la roca
Factores que influyen en la resistencia de la roca
Factores
característica Variante
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Geomecanica de la roca
Resistencia máxima a la compresión. Resistencia a la tracción.
Fragilidad de la roca. Defectos locales. Cohesión entre partículas.
Composición mineralógica
Porcentajes de minerales dispuestos en la roca. A mayor cantidad de cuarzo mayor resistencia.
Cuarzo 500 Mpa. Ferromagnéticos y aluminisicato 200 > 500 Mpa. Calcita 10> 20 Mpa.
Porosidad
Reduce el número de contactos entre partículas.
A mayor porosidad menor resistencia
Tamaño de los cristales
A mayor tamaño del mineral menor resistencia.
Influencia del tamaño afecta cuando los cristales son menores a 0.5 mm.
Tipo de cementación
Compactación de la litología.
Resistencia mayor con cemento silicio y menor con cemento arcilloso.
Profundidad de la roca.
Cambia el grado de metamorfismo.
Variación en las Mpa de la roca.
Resistencia de la roca anisotropicas.
Sentido de acción de la fuerza.
Es mayor en sentido perpendicular que en paralelo a las estructuras que acompaña.
Elasticidad
La mayoría de los minerales constituyentes de las rocas tienen un comportamiento
elástico-frágil, que obedece a la Ley de Hooke, y se destruyen cuando las tensiones
superan el límite de elasticidad.
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Según el carácter de deformación, en función de las tensiones provocadas para cargas
estáticas, se consideran tres grupos de rocas:
Las elasto-frágiles o que obedecen a la Ley de Hooke.
Las plástico-frágiles, a cuya destrucción precede la deformación plástica.
Las altamente plásticas o muy porosas, cuya deformación elástica es
insignificante.
Las propiedades elásticas de las rocas se caracterizan por el módulo de elasticidad "E"
y el coeficiente de Poisson "y". El módulo de elasticidad es el factor de proporcionalidad
entre la tensión normal en la roca y la deformación relativa correspondiente.
Los valores de los módulos de elasticidad en la mayoría de las rocas sedimentarias son
inferiores a los de los minerales correspondientes que los constituyen.
Plasticidad
Como se ha indicado anteriormente, en algunas rocas, a la destrucción le precede la
deformación plástica. Esta comienza en cuanto las tensiones en la roca superan el límite
de elasticidad. En el caso de un cuerpo idealmente plástico tal deformación se desarrolla
con una tensión invariable. Las rocas reales se deforman consolidándose al mismo
tiempo: para el aumento de la deformación plástica es necesario incrementar el esfuerzo.
La plasticidad depende de la composición mineral de las rocas y disminuye con el
aumento del contenido de cuarzo, feldespato y otros minerales duros. Las arcillas
húmedas y algunas rocas homogéneas poseen altas propiedades plásticas. La
plasticidad de las rocas pétreas (granitos, esquistos cristalinos y areniscas) se manifiesta
sobre todo a altas temperaturas
Abrasividad
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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La abrasividad es la capacidad de las rocas para desgastar la superficie de contacto de
otro cuerpo más duro, en el proceso de rozamiento durante el movimiento. Los factores
que elevan la capacidad abrasiva de las rocas son las siguientes:
La dureza de los granos constituyentes de la roca. Las rocas que contienen
granos de cuarzo son sumamente abrasivas.
La forma y tamaño de los granos. Los más angulosos son más abrasivos que
los redondeados.
La porosidad de la roca. Da lugar a superficies de contacto rugosas con
concentraciones de tensiones locales.
La heterogeneidad. Las rocas poliminerales, aunque éstos tengan igual
dureza, son más abrasivas, pues van dejando superficies ásperas con
presencia de granos duros, por ejemplo, los granos de cuarzo en un granito.
Esta propiedad influye mucho en la vida de los útiles de perforación
Porcentaje de cuarzo en rocas
Tipo de roca
Contenido en
cuarzo (%)
Tipo de roca Contenido en
cuarzo (%)
Anfibolita
0 – 5 Mica neis 0 – 30
Anortosita
0 Mica esquisto 15 – 35
Diabasa
0 – 5 Norita 0
Diorita
10 – 20 pegmatita 15 – 30
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Gabro
0 Filita 10 – 25
Neis
15 – 50 cuarcita 60 – 100
Granito
20 – 35 arenisca 25 – 90
Grauvaca
10 – 25 Pizarra 10 – 35
Caliza
0 – 5 Pizarra grano fino 0 – 20
Mármol
0 taconita 0 – 10
Textura
La textura de una roca se refiere a la estructura de los granos de minerales
constituyentes de ésta. Se manifiesta a través del tamaño de los granos, la forma, la
porosidad, etc. Todos estos aspectos tienen una influencia significativa en el rendimiento
de la perforación. Como los granos tienen forma lenticular, como en un esquisto, la
perforación es más difícil que cuando son redondos, como en una arenisca.
También influye de forma significativa el tipo de material que constituye la matriz de una
roca y que une los granos de mineral. En cuanto a la porosidad, aquellas rocas que
presentan una baja densidad y son consecuentemente más porosas tienen una menor
resistencia a la trituración y son más fáciles de perforar.
Estructura
Las propiedades estructurales de los macizos rocosos, tales como esquistosidad, planos
de estratificación, juntas, diaclasas y fallas, así como el rumbo y el buzamiento de éstas
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afectan a la linealidad de los pozos, a los rendimientos de perforación y a la estabilidad
de las paredes de los taladros.
1.2 FUNDAMENTOS DE LA PERFORACION
Dentro de las operaciones unitarias existentes en mina (perforación, carguío, transporte
y servicios mina), perforación es la primera etapa en ser aplicada para la explotación del
yacimiento.
Definiéndose como la acción que a través de medios mecánicos tiene como objetivo
generar una cavidad, con la distribución y geometría adecuada dentro de los macizos y
varían según su aplicación. La roca fragmentada es extraída de los pozos a través un
accionamiento mecánico o hidráulico de la máquina de perforación. La estructura básica
de la maquinaria que se caracteriza, es la siguiente:
La Perforadora: Es la fuente de energía mecánica.
El Varillaje: El medio de transmisión de la energía producida por la perforadora.
La Boca: Es el artefacto que mantienen el contacto directo con el macizo rocoso,
trasmitiéndole toda la energía producida por la perforadora para generar el
fracturamiento.
El Fluido de Barrido (Aire o Agua): Es el que efectúa la limpieza y evacuación del
detrito producido por la perforación.
Tabla 1. Perforación según su aplicación
Mecánicos
Percusión Rotación Rotopercusión
Térmicos
Soplete Plasma Fluido caliente Congelación
Hidráulicos
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Chorro de agua Erosión Cavitación
Sónicos
Vibración de alta frecuencia
Químicos
Microvoladura Disolución
Eléctricos
Arco eléctrico Inducción magnética
Sísmicos
Rayo láser
Nucleares
Fusión Fisión
1.3 METODOS DE PERFORACION
Perforación Rotopercutiva
Es un método muy utilizado en minería subterránea y trabajos menores en minería a
cielo abierto como el precorte.
La energía requerida para fragmentar la roca, se basa en un principio básico donde a
través de un pistón se golpe el adaptador de la culata, logrando que se produzca una
onda de tensión que se traslada a lo largo del taladro hasta llegar al fondo (Bit).
Teóricamente la onda tiene una forma rectangular. Su longitud es dos veces la del pistón
(Figura 4), mientras que su altura depende de la velocidad del pistón al momento del
impacto y también la relación entre el área del pistón y el acero de perforación.
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La perforación a rotopercutiva se basa en el funcionamiento de cuatro conceptos
básicos, que en su accionamiento conjunto producen el proceso de perforación (Figura
5), definiéndose como:
Percusión
Los impactos producidos por el golpe o del pistón originan unas ondas de choque que
se transmiten a la boca a través del varillaje en el martillo en cabeza) o directamente
sobre ella (en el martillo en fondo).
La energía liberada por el golpe del martillo de puede estimar a partir de la siguiente
expresión:
𝐄𝐜 = 𝟏
𝟐 𝐦𝐩 𝐱 𝐕𝐩𝟐 o 𝐄𝐜 = 𝐩𝐦 𝐱 𝐀𝐩 𝐱 𝐥𝐩
𝑚𝑝 = Masa del Piston
𝑉𝑝 = Velocidad máxima del pistón
𝑝𝑚 = presión del fluido de trabajo (aceite o aire) dentro del cilindro (30% a 40% menor
que la presión de trabajo nominal o del compresor)
𝐴𝑝 = Superficie de la cara del pistón
𝑙𝑝 = Carrera del pistón
Rotación
Con este movimiento se hace girar la boca para que los impactos se produzcan sobre la
Roca en distintas posiciones.
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Cuando se perfora en bocas de pastillas las velocidades de rotación más usuales
oscilan entre 80 y 150 r/min con unos ángulos entre indentaciones de 10° a 20°.
En el caso de bocas en botones de 51 a 89 mm las velocidades deben ser más
bajas, entre 40 y 60 r/min, que proporcionan ángulos de giro entre 5° y 7°.
Empuje
Para mantener en contacto el útil de perforación con la roca se ejerce un empuje sobre
la sarta de perforación.
Barrido
El fluido de barrido permite extraer el detrito del fondo del barreno, es totalmente
relevante que se evacuen los detritos debido a que su excesiva acumulación afecta en
el desgaste de identaciones del Bit y genera un mayor consumo de energía.
La velocidad de barrido de puede estimar a partir de la siguiente expresión:
Empuje Insuficiente
Empuje Excesivo
Reduce velocidad de penetración
Disminuye la velocidad de
perforación
Mayor desgaste de varillas y manguitos
Dificulta desenroscado del varillaje
Aumento la pérdida de apriete del varillaje
y calentamiento del mismo
Aumenta desgaste de bocas y
desviación de los pozos
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𝐕𝐚 = 𝟗. 𝟓𝟓 𝐱 𝛛𝐫
𝛛𝐫+𝟏 x 𝐝𝐩𝟎.𝟔
𝑉𝑎 = Velocidad ascensional (m/s)
𝜕𝑟 = densidad de la roca (g/cm3)
𝑑𝑝 = Diámetro de las partículas (mm)
Acciones básicas de la perforación rotopercutiva.
Dentro de la perforación rotopercutiva se encuentran dos variantes de perforación:
Perforación con Martillo en Cabeza (OTH)
Es el sistema de perforación más clásico aplicado, en el cual dos de las acciones
básicas, Rotación y Percusión, se producen fuera del pozo.
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Martillo en cabeza (OTH)
En la perforación con martillo en cabeza también se clasifica según su funcionamiento
de perforación en neumática e hidráulica.
Perforadoras Neumáticas
Este tipo de perforadora dispone de unos engranajes cilíndricos que transmiten el
movimiento de rotación
El impacto realizado en el exterior de la perforación de un pistón de acero sobre el
varillaje, que a su vez transmite la energía al fondo del taladro por medio del bit que
fragmenta la roca. Para asegurar una sección circular en el pozo, a cada golpe el bit gira
para generar un corte nuevo en la roca virgen en el fondo del barreno. Además, es
preciso evacuar del barreno el detrito (barrido), lo que se consigue mediante la inyección
de aire o agua al fondo del taladro. Parte de la energía del impacto se pierde en la
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transmisión y en los cambios de sección del varillaje, por lo que la velocidad de
penetración de la perforación disminuirá con la profundidad del barreno. Es un sistema
que conceptualmente es similar a la perforación manual, donde un operario golpea con
una maza la cabeza de una barra.
Los equipos más comunes en este método son:
Jack Hammer
Jack Leg
Stoper
Un martillo accionado por aire comprimido consta básicamente de:
Un cilindro cerrado con una tapa delantera que dispone de una abertura axial
donde va colocado el 28 elemento porta varillajes, así como un dispositivo
retenedor de las varillas de perforación.
El pistón que con su movimiento alternativo golpea el vástago o culata a través
de la cual se transmite la onda de choque a la varilla.
La válvula que regula el paso de aire comprimido en volumen fijado y de forma
alternativa a la parte anterior y posterior del pistón.
Un mecanismo de rotación, bien de barra estriada o de rotación independiente.
El sistema de barrido que consiste en un tubo que permite el paso del aire hasta
el interior del varillaje.
Parámetros de funcionamiento de un martillo neumático
Relación diam.piston/diam.barreno
15 – 1,7
Carrera del pistón (mm)
35 - 95
Frecuencia de golpe (golpes/min)
1500 - 3400
40 - 400
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Velocidad de rotación (r/min)
Consumo relativo de aire
(m^3/min.cm.diam)
2,1 – 2,8
Las longitudes de perforación alcanzada por este tipo de perforadoras no suele superar
los 35 metros, debido a las importantes pérdidas de energía producidas en el recorrido
de la onda de tensión en el varillaje.
Perforadoras Hidráulicas
Una perforadora hidráulica consta básicamente de los mismos elementos constructivos
que una neumática.
La diferencia más importante entre ambos sistemas es en que en lugar de utilizar aire
comprimido, generado por un compresor accionado por un motor diesel o eléctrico, para
el accionamiento del motor de rotación y para producir el movimiento alternativo del
pistón, un motor actúa sobre un grupo de bombas que suministran un caudal de aceite
que acciona aquellos componentes.
Algunos equipos más comunes en este método son:
Boomer E1 – Dh
Boomer L2 D
Simba 1354
Parámetros de funcionamiento de martillos hidráulicos (López Jimeno).
Presión de trabajo (Mpa)
15 – 1,7
Potencia de impacto (Kw)
35 - 95
Frecuencia de golpe (golpes/min)
1500 - 3400
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Velocidad de rotación (r/min)
40 - 400
Consumo relativo de aire
(m^3/min.cm.diam)
2,1 – 2,8
Par máximo (Nm)
100 - 1800
La perforación hidráulica presenta mejoras en comparación a la neumática, tal como
se presenta en la tabla .
Ventajas y Desventajas de la perforación hidráulica (OTH)
Ventajas
Desventajas
Menor consumo de energía
Mayor inversión Inicial
Menor coste de accesorios de
perforación
Mantenciones más costosas
Mayor capacidad de perforación
Mayor elasticidad de operación
Mayor facilidad para la automatización
Perforación con Martillo en Fondo (DTH)
Son perforadoras en las que, a diferencia de los martillos en cabeza, el elemento que
proporciona la percusión o martillo va situado en el interior del taladro e incorpora
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únicamente el mecanismo de percusión (los elementos que proporcionan la rotación y el
empuje son del todo independientes y están situados en superficie)
Martillo en Fondo (DTH)
Las restricciones que impone el martillo en fondo, en cuanto al diámetro de pistón, son
mayores en los pequeños diámetros de perforación. Por ello puede afirmarse que los
martillos en fondo de mayor diámetro son más efectivos que los de pequeño diámetro.
Igualmente puede decirse que para diámetros de perforación inferiores a 80 mm no
existen martillos en fondo con un rendimiento aceptable. Sin embargo, no todo son
desventajas para el martillo de fondo. Este sistema tiene también importantes ventajas
en comparación con el martillo de cabeza neumático, como son:
Velocidad de perforación prácticamente constante e independiente de la
profundidad. Sin embargo, con el martillo en cabeza se pierde aproximadamente
entre un 5 y un 10% de la energía disponible en cada varilla, de forma que la
velocidad de perforación va disminuyendo con la profundidad en igual proporción.
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Mejor aprovechamiento de la energía neumática al aprovechar el escape del
martillo como aire de barrido para la evacuación del detritus.
Menor nivel de ruido.
Menor fatiga en las varillas de la sarta de perforación.
Menores desviaciones.
Desviación en la perforación con OTH y DTH.
Las velocidades de rotación aconsejadas en función del tipo de roca son relevantes para
generar un uso óptimo de los cuatro conceptos básicos que generar el funcionamiento.
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Velocidad de rotación en función del tipo de roca existente.
Tipo de Roca
Velocidad de Rotación (r/min)
Muy blanda
40 - 60
Blanda
30 - 50
Media
20 - 40
Dura
10 - 30
El método de perforación DTH presenta mejoras en comparación a los métodos OTH.
Ventajas y Desventajas de la perforación DTH
Ventajas
Desventajas
La velocidad de penetración casi
constante
Límite de diámetros ( 12 – 200 mm)
Menor desgaste de las Brocas
Riesgo de pérdida del martillo
Vida útil de las barras más prolongada
Compresores de elevado consumo energético.
Menores desviaciones de los barrenos
Menor consumo de aire
Menor decibel en el área de trabajo
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Perforación rotativa
Es el método de perforación en el cual su principio de funcionamiento se basa en hacer
rotar una herramienta junto con una gran fuerza de empuje.
Perforación Rotativa
Bajo esta denominación se agrupan todas aquellas formas de perforación en las que la
fragmentación de la roca se produce básicamente por compresión, corte o por la acción
combinada de ambos. Un empuje sobre el bit de perforación que supere la resistencia a
la compresión de la roca y un par de giro que origine su corte por cizalladura, son las
dos acciones básicas que definen la perforación rotativa.
Las perforadoras rotativas tienen un sistema de montaje sobre oruga o neumáticos,
influyendo en su elección las condiciones del emplazamiento donde se quiera perforar y
las pendientes a trabajar.
Tipo de montaje por categoría minera
Montaje
Velocidad de
Desplazamiento (km/hr)
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Gran Minería
Oruga 2 -3
Pequeña y Mediana minería
Neumático 20 -30
En la gran minería a cielo abierto la movilidad de los equipos es escasa, por lo mismo
no es de gran relevancia la velocidad en la que se desplacen los equipos para los frentes
de carguío. No asi en la pequeña y mediana minería, donde los tiempos de permanencia
de los equipos en frentes de carguío es menor debido a la menor producción.
Las unidades de funcionamiento de esta máquina son los siguientes:
Unidad de Potencia
La fuente primaria de potencia de estos equipos puede ser eléctrica o motores diésel,
los equipos que perforan diámetros superiores 8” generalmente son alimentada por
energía eléctrica mediante corriente alterna de mediano voltaje (380 – 500 Volt) y hay
perforadoras que son accionadas por un motor diésel que transmite energía eléctrica o
con un motor independiente.
Mecanismo de rotación
El torque de rotación se transmite a la herramienta por intermedio de la columna de
barras. El accionamiento del sistema lo provee un motor eléctrico o hidráulico montado
sobre el cabezal deslizante.
En los equipos de mayor tamaño, full-electric, se utiliza preferentemente un motor
eléctrico de corriente continua con su eje en posición vertical, que permite una fácil
regulación de la velocidad de rotación en un rango entre 0 a 150 rpm. Los equipos
Área Minería y Metalurgia
EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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montados sobre un camión, con unidad de potencia diesel, utilizan un motor hidráulico
que opera en circuito cerrado con una bomba de presión constante y un convertidor de
torque, que permite variar la velocidad de rotación.
Mecanismo de Empuje
Para obtener un efecto de penetración eficiente es preciso aplicar una fuerza de empuje
que depende de la resistencia de la roca y del diámetro de perforación. Prácticamente,
casi sin excepciones, esta fuerza de empuje se obtiene a partir de un motor hidráulico.
Por lo general el mecanismo de empuje está diseñado para aplicar una fuerza del orden
de un 50 % del peso de la máquina, y los equipos de mayor tamaño que operan hoy en
día alcanzan un peso de hasta 120 toneladas. El sistema, además, permite accionar el
izamiento de la columna de barras, a velocidades de elevación del orden de 20 metros
por minuto.
Mecanismo de barrido
El barrido del detritus de la perforación se realiza con aire comprimido, para lo cual el
equipo está dotado de uno o dos compresores ubicados en la sala de máquinas.
Mediante un tubo flexible se inyecta el flujo de aire -a través del cabezal de rotación-por
el interior de la columna de barras hasta el fondo del pozo. Dependiendo de la longitud
de los tiros, la presión requerida se ubica en un rango de 2 a 4 [Bar].
El éxito de la perforación rotativa depende de una serie de factores, unos directamente
relacionados con la máquina y otros que son factores externos a la misma.
Cabe resaltar:
La magnitud del empuje sobre la roca
La velocidad de rotación
El desgaste de la boca
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El diámetro del barreno
El caudal de aire necesario para la evacuación del detritus.
Entre los factores que no dependen de la máquina se encuentran:
Las características del macizo rocoso.
Los rendimientos dependientes del operario.
Velocidad de rotación en función de la calidad de la roca
Tipo de roca Resistencia a la
compresión (Mpa) Velocidad (rpm)
Muy blandas
200
40 - 30
1.4 TRICONOS
Los triconos son las herramientas de corte localizado en el extremo inferior de las barras
de perforación y se utiliza para triturar o cortar las estructuras rocosas y permitir la
extracción del detritus durante el proceso de perforación de los pozos de producción.
A continuación se muestra un esquema de un tricono.
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Esquema y partes de un tricono
El tricono se basa en la combinación de dos acciones:
Incrustación: Los dientes o insertos del tricono penetran en la roca debido al
empuje sobre la boca. Este mecanismo equivale a la trituración de la roca.
Corte: Los fragmentos de roca se forman debido al movimiento lateral de
desgarre de los conos al girar sobre el fondo del pozo. La acción de corte sólo se
produce en rocas blandas, en otras formaciones se da una combinación de
trituración y cizalladura debido al movimiento del tricono.
Elementos constitutivos y criterios de diseño
Los elementos constitutivos de un tricono y, consecuentemente de diseño son:
los conos o estructura de corte.
los rodamientos o cojinetes.
Cuerpo del tricono.
Conos
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
26
Son tres conos que poseen los elementos de corte, posicionados de forma especial
sobre los cojinetes, que rotan sobre pernos y constituyen una parte fundamental del
cuerpo del tricono.
Para generar el efecto de corte, estos conos se diseñan en base a unos parámetros
especiales que se nombran a continuación:
Angulo del eje del cono: es el ángulo que forman los ejes de los conos con la
horizontal. Este ángulo determina el diámetro del cono dentado de acuerdo con
el diámetro del barreno. Si aumenta el ángulo el diámetro del cono debe disminuir
y recíprocamente.
El avance del tricono en el fondo del barreno lo regula en gran parte el tamaño y
forma de los conos, es decir el perfil del mismo.
Angulo asociado al eje del cono
Descentramiento: En el caso de rocas duras, este descentramiento es
prácticamente nulo, con lo que el arranque de la roca se efectúa por trituración al
sufrir los conos un movimiento de rodadura perfecta. En rocas blandas se tiende
a que el descentramiento sea mayor, obteniéndose así la rotura de la roca por
desgarre o ripiado, ya que los conos experimentan un movimiento de
deslizamiento junto con el de rotación. En rocas de tipo medio se combinan por
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
27
igual ambos efectos de rotación y deslizamiento, obteniendo el arranque de la
roca por trituración y desgarre.
Descentramiento en rocas blandas y duras.
Angulo del cono: El ángulo del cono es inversamente proporcional al ángulo del
eje del cono, de forma que cuando éste aumenta el ángulo del cono debe
disminuir para evitar las interferencias entre los conos.
Angulo del cono en rocas blandas y duras
Longitud de los dientes: En un tricono de dientes la longitud de éstos está
definida por la profundidad de la fresa en el cono. Si el tricono es de insertos, la
longitud vendrá dada por la parte visible de los botones de metal duro.
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28
Espesor del cono: Se debe disponer de un espesor mínimo para asegurar la
resistencia estructural del cono. El espesor está determinado por el tamaño de
los cojinetes, por la profundidad de la fresa en los triconos de dientes y por la
profundidad de encastramiento en los de botones.
Cojinetes
Permite a los conos girar alrededor del cuerpo del tricono, Los tipos de rodamientos
empleados en los triconos son los siguientes:
Bolas y rodillos: la pista se posicionan de tal manera que puedan soportar
grandes cargas radiales, la pista de bolas mantiene el cono en funcionamiento y
soporta el empuje hacia el interior.
Cojinete de bolas y rodillo
Rodamientos planos a fricción: es un perno solido unido a la superficie interna
del cono que se convierte en el principal elemento del rodamiento que soporta la
carga radial.
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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Rodamiento de fricción
En los triconos de perforación de barrenos un porcentaje elevado de aire se desvía a
través de los cojinetes con objeto de refrigerar y limpiar los elementos del mismo. La
adición de aceite a la tubería de aire comprimido contribuye a mejorar la vida de los
cojinetes y, por tanto, disminuye el coste de perforación.
Cuerpo del tricono
El cuerpo del tricono se compone de tres partes idénticas denominado cabezal. Cada
cabeza contiene un cojinete integral sobre el que se inserta el cono y las toberas capaces
de dirigir el fluido de barrido hacia donde la limpieza sea más efectiva. Los triconos
actuales son de chorro (jet) que impulsan el aire entre los conos directamente al fondo
del barreno, debiendo suministrar los compresores el suficiente caudal y presión para
limpiar tanto el fondo del barreno como los conos.
Mediante soldadura controlada por ordenador se unen las tres cabezas en una unidad y
después se mecaniza la rosca donde se inserta la tubería. La rosca transmite al tricono
los esfuerzos de torsión y los axiales producidos por la perforadora a través de las
tuberías.
Metalurgia de los materiales del tricono
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
30
Uno de los éxitos conseguidos en la fabricación de los triconos ha sido el empleo de
aleaciones especiales diferentes para cada uno de los elementos que lo constituyen.
Aceros para triconos
ELEMENTOS DEL
TRICONO
PROPIEDADES REQUERIDAS
TIPO DE ACERO
Cono
Resistencia al impacto y a la abrasión.
Carbono, manganeso, níquel y molibdeno.
cabezas
Resistencia a la fatiga. Alta resistencia al impacto.
Carbono, manganeso, cromo y molibdeno.
Cojinetes de rodillos y
bolas
Alta resistencia al impacto.
Carbono, manganeso, níquel, cromo y molibdeno
Pasadores y buje guía
Resistencia al desgaste
Cromo, carbono, níquel, manganeso y silicio
Botón de empuje
Resistencia al desgaste
Carbono, wolframio, cromo, molibdeno y vanadio.
Superficie de cojinetes
Resistencia al desgaste
Cobalto, cromo, carbono, wolframio y níquel.
dientes
Resistencia a la abrasión elevada
Wolframio, carbono.
insertos
Resistencia a la abrasión elevada Resistencia al impacto.
Wolframio, carbono y cobalto.
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31
Tipos de triconos
Existen dos tipos de triconos:
Dientes de acero: se fabrica a partir de piezas forjadas de aleación de acero
con níquel, molibdeno y cromo. Los triconos con dientes de acero son los más
económicos; cuando se usan apropiadamente pueden perforar por varias horas
y se diseñan para trabajar en formaciones blandas, medias y duras.
Dientes con insertos de carburo de tungsteno: en estos triconos se introducen
insertos duros de carburo de tungsteno aplicando presión en huecos perforados
en el cono de la broca. Su tiempo de vida útil es mayor ya que esta aleación es
más resistente al desgaste durante la perforación que el acero. Este tipo perfora
desde formaciones blandas, medias, hasta duras.
Triconos muy agresivas: Para rocas suaves con una resistencia a la
compresión de hasta 100MPa.
Triconos agresivas: Para rocas suaves con una resistencia a la compresión
de 75 – 125MPa.
Triconos medias: Para formaciones de roca media con resistencia a la
compresión de 100 – 310 MPa.
Triconos duros: Para roca dura con resistencia a la compresión de 200MPa.
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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Tricono izquierdo con insertos, Tricono derecho con dientes de acero
Existen cuatro tipos de triconos, que se diferencian en el diseño y tamaño de los insertos,
en el espaciamiento de los mismos y en la acción de corte.
A. B. C. D.
A. Inserto de carburo de tungsteno de diente largo.
B. Inserto de carburo de tungsteno en forma de diente.
C. Inserto de carburo de tungsteno de forma cónica.
D. Inserto de carburo de tungsteno de forma oval.
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Selección del tipo de tricono
En la selección del tipo de tricono influyen fundamentalmente la resistencia a
compresión de la roca y su dureza. Normalmente, los usuarios envían muestras a las
compañías fabricantes de triconos para que asesoren sobre el tipo de boca a utilizar,
velocidades de penetración probables y duración en metros.
Efectos de los parámetros de operación sobre los triconos
Las principales variables de operación en la perforación rotativa son, el empuje o peso
sobre la boca y la velocidad de rotación.
Efecto del peso sobre los cojinetes: La vida de un cojinete es inversamente
proporcional al cubo del peso ejercido sobre el mismo. Pero, como en los triconos
se emplean elementos de fricción que sufren desgastes y fatigas, esta relación
no es válida y se acepta que la duración de un cojinete es inversamente
proporcional al peso elevado a una potencia que varía entre 1,8 Y 2,8.
Efecto del peso sobre los elementos de corte: El peso excesivo produce la
rotura de los insertos y el desgaste de la estructura de corte en rocas duras. En
formaciones blandas y no abrasivas, la estructura de corte raramente limita la
vida del tricono y un empuje alto no dá lugar a daños, siempre que exista sufí-
ciente aire para limpiar el fondo del barreno.
Efecto de la velocidad de rotación sobre la vida de los cojinetes: La vida de
los cojinetes es inversamente proporcional a la velocidad de rotación.
Efecto de la velocidad de rotación sobre los elementos de corte: En
formaciones abrasivas el desgaste de los insertos aumenta con la velocidad de
rotación. En formaciones duras, una alta velocidad de rotación produce roturas
de los insertos por impacto.
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Selección de toberas
Los triconos se diseñan para que una parte del aire, que aproximadamente es un 20%,
se aproveche para la refrigeración y limpieza de los cojinetes: El resto del aire pasa a
través de unas toberas, con el fin de limpiar los conos dentados y producir la turbulencia
necesaria para iniciar la elevación del detritus a través del espacio anular.
Estas toberas disponen de unos diafragmas, los cuales pueden cambiarse de posición
para obtener las condiciones adecuadas y conseguir una limpieza efectiva en el fondo
del barreno. También, pueden utilizarse toberas recambiables para el mismo fin.
Evaluación de los triconos gastados
Un trabajo importante en la utilización efectiva de los triconos lo constituye el análisis de
las bocas gastadas, ya que la identificación de las posibles causas ayuda a corregir los
errores de operación y mejorar la selección del tipo de tricono. Los fallos de las bocas
se producen generalmente debido a tres causas:
Fallos de los cojinetes.
Fallos de la estructura de corte
Fallos del faldón.
FALLAS EN LOS COJINETES
CAUSAS POSIBLES SOLUCIONES
Velocidad de rotación excesiva Reducir la velocidad de rotación
Tipo de tricono adecuado Cambiar a otro tipo
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Aire insuficiente para refrigerar cojinetes y el varillaje,
Chequear el compresor
Bloqueo del paso del aire Chequear el conducto de aire
Empuje excesivo sobre el tricono Reducir el empuje
FALLAS DE LA ESTRUCTURA DE CORTE
Aire insuficiente para limpiar el centro del barreno.
Aumentar el volumen de aire o disminuir avance.
Elección inadecuada del tricono. Cambiar al tipo siguiente.
Excesiva velocidad de rotación. Reducir la rotación.
FALLAS DEL FALDON
Aire insuficiente para la velocidad de penetración
Aumentar el volumen de aire o disminuir avance.
Formaciones diaclasadas y abrasivas Programa para recrecer faldones.
Pandeo de la barra. Cambio de la barra.
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Desgaste de faldón del tricono y desgaste de insertos
Ilustración 2. Conos trabados,
deslizamiento, desgaste del cojinete.
Ilustración 1. Rotura de insertos. Rotura de insertos Conos trabados, deslizamiento, desgaste del
cojinete
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Código IADC (international association of drilling contractors)
El código IADC es un sistema de designación de los triconos con el que se especifica el
tipo de boca (de dientes o insertos), la formación rocosa para la que está previsto y
algunos criterios de diseño del mismo.
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Clasificaciones de triconos según código IADC.
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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La tabla permite seleccionar el tricono adecuado dependiendo las condiciones de
trabajo, reduciendo de esta manera los desgastes prematuros en las herramientas de
perforación.
A continuación se muestra un ejemplo de Código IADC
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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1.5 TIPOS DE MAQUINARIA DE PERFORACION
En la perforación podemos encontrar dos grandes clasificaciones según el tipo de
trabajo empleado, destacando los siguientes:
Perforación Manual
Es utilizada en áreas de trabajo reducidas ya que por sus condiciones de infraestructura
no es posible ingresar maquinaria de mayor tamaño o el empleo de esta no está
justificado económicamente, esta es operada manualmente por el perforista a cargo.
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Perforadora manual RH, Atlas Copco.
Perforación Mecanizada
Los equipos de perforación van montados sobre estructuras de alto tonelada y
resistencia, donde se emplaza una cabina controladora para el manejo y control de los
parámetros de perforación. Las perforadoras pueden tener un desplazamiento a través
de neumáticos y orugas.
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Perforadora mecanizada Flexiroc L8, Atlas Copco.
Los tipos de trabajo ejercidos por las perforadoras son variados, aplicándose en el
campo de minería a cielo abierto o subterráneo, para el desarrollo de diferentes tareas.
Perforación mecanizada según tipo de trabajo
Perforación de Banqueo
Es utilizado comúnmente en operaciones de minería a Cielo Abierto en la generación de barrenos verticales.
Perforación de Avance
Es utilizado comúnmente en operaciones de Minería Subterránea en la generación de Barrenos Horizontales, en el avance de galerías y túneles.
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Perforación de Producción
Es utilizado en los frentes de explotación de la mena, para posteriormente el material fragmentado ser llevado al chancador 1.
Perforación de Chimeneas
Es utilizado en Minería Subterránea u Obras Civiles, mediante la aplicación de métodos de perforación tales como:
Blind Hole Raise Boring Jaula Alimak Entre otros.
Perforación de Rocas con Recubrimiento
Es empleado en macizos rocoso cubiertos con materiales sin consolidar (Agua, Barro, Arena, etc…), aplicando recubrimiento de las barras para la perforación.
Sostenimiento de rocas
Es empleada en Minería Subterránea, Obras Civiles y Minería a Cielo Abierto, para la prevención de la caída de roca, diferentes métodos de sostenimiento de roca tales como:
Pernos Helicoidales Split set Swellex cables
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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2. PERFORACION EN MINERA A CIELO ABIERTO
2.1 DISEÑO DE MALLAS DE PERFORACION
El diseño de mallas de perforación es efectuada en base a ecuaciones matemáticas y
criterios de experiencia en terreno sobre la voladura de rocas.
Es necesario comprender conceptos claves aplicados en el diseño de perforación
definidos a continuación:
Burden: la distancia más corta al punto de alivio al momento que el barreno
detona.
Espaciamiento: es la distancia entre taladros de una misma fila.
Taco: Distancia considerada para tapar el pozo.
Pasadura: Es una sobre perforación a la altura teórica del banco.
Los pozos de perforación pueden ser diseñados de acuerdo a su categoría
dentro de la planificación de la malla de perforación, existiendo:
Precorte: Genera una línea de debilidad que protege el banco del golpe de las
ondas de campo cercano producidos por la tronadura.
Buffer: Pozos de amortiguación previos a la línea de pozos de Precorte.
Producción: Pozos de primera línea que son los determinantes para
fragmentar la roca mineralizada y obtener la granulometría óptima.
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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Diseño descriptivo de los parámetros en una malla de perforación
Se deben aplicar formulas básicas preliminares de acuerdo al lugar de trabajo para el diseño de
la malla de perforación, definiendo las siguientes:
Diámetro
𝐃 = 𝐇/𝐊
D: Diámetro (pulg) H: Altura del Banco (m) K: 1,2 – 1,7
Burden
𝐁 = (𝟐𝟎 𝐚 𝟒𝟎)^𝐃
B: Burden D: Diámetro (pulg)
Espaciamiento
𝐒 = (𝟏 𝐚 𝟐)^𝐁
S: Espaciamiento B: Burden (pulg)
Taco
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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𝐓 = (𝟐𝟑 𝐚 𝟑𝟎)^𝐃 T: Taco D: Diametro
Pasadura
𝐉 = (𝟎, 𝟐 𝐚 𝟎, 𝟑)^𝐁 J: Pasadura B: Burden
Los diseños pueden ser aplicados a planes mensuales o semanales.
Plan mensual de perforación mina Los Bronces.
2.2 PROCESO DE PERFORACÍON
El proceso de perforación es ejecutado por los operadores una vez entregada la planificación de
las mallas de perforación (Figura).
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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Diagrama del proceso de planificación de perforación
En el proceso de la perforacion es relevante destacar la clasificacion de los factores que influyen
en su desarrollo para una operación optima.
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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Diagrama del proceso de ejecución de la perforación.
2.3 RIESGOS PRESENTES EN LA OPERACIÓN DE PERFORACION
Los riesgos siempre están presentes en todo proceso productivo, estos riesgos se
pueden clasificar y encontrar en cada operación, estos riesgos pueden ser prevenidos
junto con un plan de desarrollo de operación seguro.
Se desarrolla un plan de acción para cada riesgo probable en cada etapa del proceso
previo, ejecución y posterior a la perforación.
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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Acciones preventivas a la perforación
Tarea en
Perforación
Evento no deseado
Medidas de control
Traslado a plataforma de perforación
Colisión
Estar autorizado y poseer las competencias exigidas para conducir en el área mina rajo
Revisión plataforma
Choque
Cumplir y respetar reglamento de tránsito interior mina rajo
Revisión perforadora
Atropello
Realizar chequeo del vehículo antes de utilizarlo (AFRS)
Traslado perforadora entre pozos
Desbarrancamiento
Aplicar técnicas de manejo a la defensiva en todo momento
Traslado perforadora en
interior rajo mina
Golpeado por caídas de rocas
por transitar cerca de pared de banco
Evaluar condición de pared de talud,
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
57
previo al inicio del trabajo
Perforación
Caída mismo nivel por hielo o
superficie de trabajo irregular
Mantener control de la superficie y estar atento a condiciones del entorno. Prohibición de correr y hablar por teléfono celular
Abastecimiento de agua,
combustible y aceros de
perforación
Exposición a altura geográfica
Mantener 100% del personal de P&T con exámenes vigentes
Cambio de aceros y
accesorios de perforación
Exposición a sílice
Dar a conocer los riesgos de sílice a personal de P&T
2.4 EQUIPOS DE PERFORACION
Los equipos de perforación son supervisados por coordinadores y jefes de turno, junto
con una empresa externa que presta servicios de perforación, disponiendo en la mina
diferentes modelos de perforadoras de acuerdo al trabajo.
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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Equipos de perforación en mina Los Bronces
Flota
Motor
Marca
Modelo
Anglo American
Eléctrico
Bucyrus – Caterpillar
HR49
HR59
HR49-R2
Diésel
Pit Viper – Atlas
Copco
PV 271
PV 351
Servicio Externo Diésel
Sandvik
DK32
DK33
Atlas Copco
ROC15
ROC16
ROC18
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
59
ROC19
ROC20
2.5 PLANIFICACIÓN CORTO PLAZO
Con el propósito de validar la factibilidad del cumplimiento del programa de producción
de Largo Plazo, se debe desarrollar un plan minero a nivel de corto plazo, el cual
presenta las diferentes alternativas operacionales que permitan asegurar la producción
para los próximos años. Para ello, se puede subdividir cada banco de las fases en macro-
polvorazos, lo que permite posicionar en forma coordinada cada unidad de carguío,
otorgando además una mayor selectividad al manejo de los materiales, tanto en calidad
como en cantidad. Dichos polvorazos se pueden clasifican en:
- Polvorazo de Rampa (1);
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
60
- Polvorazo de Producción (2, 3, 4);
- Polvorazo de Extremos (5, 6), y
- Polvorazo de Cierre o Control de Pared (7, 8).
En general, en las faenas mineras, el tonelaje de los polvorazos de producción fluctúa
entre 300 y 600 kt. En tal perspectiva, de acuerdo al ejemplo expuesto, se definió para
este análisis un tonelaje estimado de 470 kt, lo que implica aproximadamente una
tronadura semanal para cada equipo de carguío.
En cuanto a los polvorazos de cierre, su tonelaje depende en gran medida de la longitud
a tronar, ya que el ancho ha sido definido en 35 m. Así, para una longitud de 200 metros,
el tonelaje asociado alcanza aproximadamente 272 kt.
En la Figura se ilustra la secuencia de explotación de un banco completo, en la cual se
aprecian los conceptos expuestos anteriormente.
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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2.6 REPORTES DE PERFORACION
Los reportes de perforación entregados a los supervisores y jefes de turno una vez
finalizada la operación de la máquina de perforación, es de suma importancia que los
datos sean fidedignos, este reporte informa al personal del área sobre la operación que
se ejecutó mostrando sus parámetros de funcionamiento y la productividad lograda en
el día.
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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Este reporte es manual escrito en cada fin de turno.
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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Ejemplo de reporte de fin de turno.
Disparo Nº
Pozo RPM Presión Metros Inicio Final Diferencia
Traslado
entre
pozos
Mts
Relleno
Mts
Rotura Observaciones
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Perforadora Nº : Operador : Tricono en uso :
Fecha : Grupo : 1 2 3 4 Turno : A B Cambio Tricono :
Plano de Perforación : SI NO Cavidades : SI NO Fase :
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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2.7 COSTOS DE PERFORACION
En mina los Bronces la operación unitaria de perforación representa solo el 8% de los
costos mina, para una perforadora diésel se considera un valor aproximado de 3521
US$, tienen una vida útil de 76000 Horas.
También existen gastos asociados a la perforación
8%9%
12%
45%
17%
9%
Costos
Perforación Tronadura Carguio
Transporte Servicios Mina Staff Mina
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Aceros
Acero Costo [US$/m]
Tricono 4,1
Barra Patera 0,14
Barra Seguidora 0,14
Amortiguador 0,6
Adaptador Superior 0,06
Adaptador Inferior 0,02
Anillo Guia 0,97
Total 6,04
El costo de perforación total se determina en base a la siguiente ecuación:
𝐂𝐨𝐬𝐭𝐨 𝐏𝐞𝐫𝐟𝐨𝐫𝐚𝐜𝐢ó𝐧 𝐓𝐨𝐭𝐚𝐥
=Costo de la broca de perforacion
𝑀𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠+
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜 𝑝𝑜𝑟 ℎ𝑜𝑟𝑎
𝑀𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 ℎ𝑜𝑟𝑎
30%
25%14%
13%
12%
2%2%2%
Gastos
Staff y Operadores Repuestos Aceros
Mantencion Combustible Lubricante
Otros Materiales Otros
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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Rendimiento Equipos
A continuación se muestran los parámetros de perforación (Informe PDA 2006) de
acuerdo a las características de las rocas y experiencia de la División Andina Codelco.
Los valores considerados para efecto de cálculos de costos y consumos son los
siguientes:
Las siguientes tablas muestran el rendimiento de equipos de perforación diésel y
eléctrica de División Andina Codelco. Para sus cálculos se consideran índices
operacionales de Disponibilidad, Utilización y Factores Operaciones.
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
64
Costos Horarios
Los costos horarios considerados para cada tipo de equipos se presentan en las
siguientes tablas, en estos costos no se incluye la mano de obra ni el costo fijo de
mantención que son agregados como costos anuales para el caso División Andina
(Informe PDA 2006).
Los precios considerados para los insumos relevantes fueron:
• Petróleo: 0.280 US$/lt
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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• Energía: 0.036 US$ kw/h
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Precio Equipos
En la tabla que se presenta a continuación se incluyen los valores de adquisición de los
equipos, en los casos que dice “ESTIM” corresponde a valores que no han sido cotizados
especialmente para División Andina Codelco (Informe PDA 2006).
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
67
2.8 MANTENCIÓN MECÁNICA
Existen distintas clases de mantenimiento, sin embargo la terminología que se utiliza
para describir los distintos procedimientos de mantenimiento ha resultado un poco
confusa por la ambigüedad de los términos. Las definiciones más utilizadas,
describiendo al mismo tiempo las distintas clases y los partes de control más habituales
en el mantenimiento minero más frecuentes e importantes.
A) Mantenimiento por corrección de avería o correctivo. La máquina está en servicio
hasta que no pueda desempeñar su trabajo normal. Una vez corregida la avería que
produjo su parada no se la volverá a prestar atención hasta que no se produzca otro
fallo. Existen algunos casos en los que este procedimiento puede estar justificado, como
es el caso de las pequeñas canteras y obras públicas de corta duración, pero en general
resulta caro y comprometido por no poder garantizarse, a medio plazo, ni las
producciones ni los costos horarios por tonelada de una mina mediana o grande.
B) Mantenimiento programado. Consiste en la vigilancia e inspección de los puntos
más débiles en unos períodos de tiempo predefinidos y que si no se realizan pueden dar
Área Minería y Metalurgia
EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
68
lugar a una avería. Entre los diferentes tipos de mantenimientos programados destacan
el preventivo y el predictivo.
C) Mantenimiento preventivo. Por medio de unas inspecciones periódicas se conoce
el estado de la máquina y se programan las correcciones necesarias para ser realizadas
en los momentos más oportunos y antes de que se lleguen a producir las averías.
D) Mantenimiento predictivo Es esencialmente un refinamiento del mantenimiento
preventivo. Está basado en unas técnicas de inspección o de reconocimiento no
destructivo que miden el progreso de los desgastes a lo largo del tiempo y, a través de
extrapolaciones realizadas automáticamente por los ordenadores, predice el punto y
momento del fallo de una forma más precisa y correcta que una fijación estadística del
momento de sustitución, como ocurre en los programas normales de mantenimiento
preventivo. Básicamente se realizan por el control con grandes programas de ordenador
que no solo prevén los momentos y los elementos necesarios, sino que también
coordinan con los almacenes y suministradores de piezas para lograr una perfecta
coincidencia en tiempo de las operaciones de sustitución de conjuntos.
E) Mantenimiento con proyecto o ingeniería preventiva. También llamado D.O.M.
(Designing Out Maintenance). Consiste en trabajar y estudiar sobre aquellos puntos o
zonas de las máquinas o sistemas que originan las anomalías más frecuentes con objeto
de diseñarlos de una nueva forma o con un material que reducen éstas y por tanto el
tiempo y volumen del mantenimiento y su costo. Es el proceso más ingenieril y empieza
por el croquizado de todas las piezas del equipo y su posible nacionalzación o
construcción de las partes en el país de la operación minera o en el propio taller. En
general en las minas es siempre necesario reforzar el diseño de algunas de las partes
de las máquinas con mayor uso o desgaste, de acuerdo con las especiales
características de la roca que tiene cada mina.
F) Mantenimiento de reacondicionamiento sistemático. Se ocupa de remozar o
recomponer aquellas máquinas o componentes que por su elevada utilización u horas
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
69
de trabajo están en tales condiciones que hacen muy difícil poder conseguir un adecuado
funcionamiento correcto de los mismos. Es también denominado Mantenimiento
General, Recostrucción Hiperanual o "Rebumping" para volver a reacondicionar las
máquinas de muy larga vida, como en el caso de las grandes perforadoras, excavadoras
o Dragalinas. Es muy utilizado en el mantenimiento de la aviación comercial y en los
barcos de guerra.
Pauta de Mantención DM - 50
A continuación se muestra un Check List de una mantención mecánica en terreno de
una perforadora DM-50.
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
70
EQUIPO : Horometro : FECHA :
Ok Regular Malo Corregido
1 INSPECCIONAR ESTADO DE ESCALERAS DE ACCESO
2 INSPECCIONAR ESTADO DE PLATAFORMA
3 INSPECCIONAR ESTADO DE RADIADOR
4 INSPECCIONAR ESTADO DE PROTECCIONES DE RADIADOR
5 INSPECCIONAR ESTADO DE SOPORTES DE RADIADOR
6 INSPECCIONAR ESTADO DE BOMBA DE AGUA
7 INSPECCIONAR ESTADO DE ENFRIADORES DE ACEITE
8 INSPECCIONAR ESTADO DE BASTIDORES
9 INSPECCIONAR ESTADO DE MOTORES DE TRASLACION-ROTACION
10 INSPECCIONAR ESTADO DE ESTRUCTURA DE TORRE POR SOLDADURA.
11 INSPECCIONAR ESTADO DE CABLES DE TORRE
12 INSPECCIONAR ESTADO DE SOPORTE DE ESTANQUE DE ACEITE HIDRAULICO
13 INSPECCIONAR ESTADO DE SEPARADOR DEL COMPRESOR
14 INSPECCIONAR ESTADO DE PASADORES DE CILINDROS DE LEVANTE DE LA TORRE.
15 INSPECCIONAR ESTADO DE POLEAS DE CABLES
16 INSPECCIONAR ESTADO DE PORTA FILTROS DE AIRE
17 INSPECCIONAR ESTADO DE BARANDAS (PASAMANOS)
18 INSPECCIONAR ESTADO DE CADENAS DE RODADO
19 INSPECCIONAR DUCTO, FILTROS Y ABRAZADERAS DE COMPRESOR
20 INSPECCIONAR NIVEL DE GRASA EN DEPOSITO (PETROPLATE GRADO 1)
21 INSPECCIONAR ESTADO DE RODILLOS DE RODADO
ITEM 2 INDIQUE OTROS ELEMENTOS QUE NO ESTAN CONSIDERADOS EN ESTA PRE INSPECCION
1 INSPECCIONAR EJE PIVOTE DEL BASTIDOR " SOLDADURA. "
2 CHEQUEAR NIVELES DE HIDRAULICO,COMPRESOR,PTO,MANDOS.
3 CHEQUEAR POSIBLES FUGAS DE LUBRICANTE, PROGRAMAR O CREAR BACKLOGS.
4 DRENAR AGUA DE ESTANQUE DE COMPRESOR
5 VERIFICAR NIVELES.
ITEM
SI NO SI NO SI NO
01/06/2003.
ITEM 1
OBSERVACIONES Y/O COMENTARIOS
INSPECCION A MOTOR DIESEL
DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO
PAUTA DE MANTENCION DM 50
SISTEMA
Inspeccionar estructura del equipo en general por fisuras, evaluar, chequear niveles visualmente y programar en transcurso del día si requiere
atención el equipo o en la mantención de 50Hrs. si requiere atencion de inmediato comunicar al jefe de Operaciones.
Estado
PRE MANTENCION MECÁNICA CHECK-LIST.
NOTA DE SEGURIDAD:"PRECAUCIÓN": NO INICIE EL CHECK-LIST HASTA ASEGURARSE DE QUE LA MAQUINA SE ENCUENTRA SIN ENERGIA Y TOTALMENTE AISLADA.
INSPECCION DE TERRENO
USE SIEMPRE SU CANDADO LOCK-OUT EN EL PUNTO DE BLOQUEO.
AVISE SU SALIDA E INGRESO AL EQUIPO AL LIDER MINA.
Describir los trabajos pendientes o por ejecutar e identificar la ejecución de un Backlogs por los trabajos NO ejecutados en la PM
PENDIENTE SE GENERA BACKLOGEJECUTADO
EN LO POSIBLE INVOLUCRE AL OPERADOR EN SU INSPECCION
NOMBRE Y FIRMA RESPONZABLE NOMBRE Y FIRMA JEFE DE TURNO
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EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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3. PERFORADORA PIT VIPER – 351
3.1 DESCRIPCCION GENERAL
Nomenclatura: PV 351 – 35 cm diámetro, 1 pasada
La perforadora diesel Pit Viper 351 de Atlas Copco Drilling Solutions es un perforadora de
pozos de voladura de dirección de cabeza superior, instalado en una oruga, que está
diseñado para una perforación giratoria de agujeros de 10 5/8” a 16” (270 mm a 406.4 mm)
de diámetro con profundidades de 65 pies (19.8 m) en paso simple. Un carrusel estándar,
que sostiene dos varillas adicionales de 35 pies (10.66 m), incrementa la capacidad de
profundidad a bordo a 135 pies (41.15 m). El sistema de alimentación de cable impulsado
hidráulicamente tiene capacidad para 125,000 libras (38,100 kg) de carga de punta. El peso
total de la máquina es de aproximadamente 380,000 libras (115,824 kg).
Perforadora Pit Viper – 351
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72
Las funciones de perforación reciben alimentación hidráulica. El aire comprimido se utiliza
para limpiar el agujero. Un motor diesel impulsa las bombas hidráulicas y el compresor.
Los sistemas que soportan las funciones de perforación y propulsión del perforador están
controlados por componentes:
Neumáticos
Hidráulicos
Eléctricos.
Descripción técnica general de la perforadora Pit Viper - 351
Series de productos
Large-range drilling rigs
Método de perforación
Rotativa – Single Pass
Diámetro del barreno
270 - 406 mm
Empuje hidráulico
534 kN
Tracción hidráulica
267 kN
Peso sobre la broca
56700 kg
Profundidad en una pasada
19.8 m
Profundidad máxima de barreno
41.1 m
Peso estimado
175 - 188 t
Diámetro del barreno
270 - 406 mm
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73
3.2 CARACTERISTICAS DE DISEÑO PV 351
El perforador Diesel PV351 utiliza una carrocería tipo excavadora dirigida directamente por
un sistema de engranaje del planetario y dos motores hidráulicos. Una horquilla de
oscilación de “viga en movimiento” permite que el perforador se propulse sobre un terreno
disparejo con menos tensión de torsión en el marco principal.
El perforador PV351 utiliza un motor diesel conectado directamente a una caja de
engranajes de dirección de bomba hidráulica en un extremo y el compresor de aire
conectado directamente al otro extremo. La caja de cambios de dirección de la bomba, el
motor diesel y el compresor de aire están montados sobre un “generador flotante”. Éste es
un marco independiente que fortalece el marco principal y “flota” para mantener la
alineación adecuada del sistema de transmisión.
Las funciones de perforación reciben alimentación hidráulica. El aire comprimido se utiliza
para limpiar el agujero. Un motor diesel impulsa las bombas hidráulicas y el compresor. Los
componentes hidráulicos y eléctricos controlan los sistemas que soportan las funciones de
perforación del perforador.
El perforador diesel PV351 incorpora:
cuatro (4) gatos de nivelación para mantener el perforador a nivel y estable mientras
se está perforando. La torre está construida con tubería de acero soldado.
Un cambiador de varilla perforadora tipo carrusel se encuentra instalado en la torre
y sostiene dos (2) piezas de 35 pies (10.67 m) de largo. Dos cilindros hidráulicos
bajan y suben la torre.
Parámetros medioambientales de funcionamiento
Altitud
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1. Alta - Sobre 6000 pies (1828.8 metros) 1. Nominal - Nivel del mar a 6000 pies
(1828.8 metros)
Rendimiento
1. Resistente - Roca dura 2. Normal - Roca suave 2. Ligero - Arena y grava
Temperatura ambiente
1. Caliente- Sobre 125° F (52° C) 2. Nominal- Entre los límites de 125° F (52° C) máximo y 15° F (-9° C) mínimo. 3. Frío- Entre los límites de 15° F (-9° C) y -30° F (-35° C). 3. Extremadamente frío - Debajo de -
30° F (-35° C)
Servicio
1. Excelente - Bancos bien preparados, Programa de mantenimiento programado, Entrenamiento avanzado para operadores y mecánicos. 2. Nominal - Buenas condiciones de funcionamiento, Mantenimiento normal, Entrenamiento básico para operadores y mecánicos. 3. Deficiente - Malas condiciones de funcionamiento, Mantenimiento limitado, Entrenamiento limitado para operadores y mecánicos.
Tipo de aplicación
1. Construcción - Aplicación nominal 2. Agregados - Aplicación liviana
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3. Oro, cobre y hierro - Aplicación resistente 4. Carbón - Aplicación nominal 5. Pozos de agua - Aplicación liviana
6. Aceite y gas - Aplicación nominal
Layout de perforadora Pit Viper – 351
3.3 COMPONENTES MECANICOS PV-351
Marco principal
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El perforador diesel Blasthole PV351 utiliza un marco principal fabricado con soldaduras,
que está diseñado por Drilling Solutions y construido de una viga en I de brida amplia de 30
pulg (762 mm), que pesa aproximadamente 326 lb/pies (47.8 kg/m). El peso de la soldadura
es de 49,700 lb (22,543.9 kg).
Marco principal
Sistema de propulsión y carrocería
El perforador diesel PV351 utiliza una carrocería tipo excavadora dirigida directamente por un
sistema de engranaje del planetario y dos motores hidráulicos. Una horquilla de oscilación de “viga
en movimiento” permite que el perforador se propulse sobre un terreno disparejo con menos tensión
de torsión en el marco principal.
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Sistema de propulsión y carrocería
Accesorios y herramientas de la tubería de la perforación giratoria
1. Cabeza giratoria
2. Rueda auxiliar (también llamado elemento separador secundario), que se utiliza
con o sin el amortiguador secundario
3. Amortiguador secundario
4. Varilla perforadora
5. Varilla o estabilizador de arranque (opción)
6. Cable y montacargas auxiliar
7. Gancho de elevación
8. Llave de interrupción
9. Llave de horquilla deslizante (tabla)
10. Buje de rodillo (se encuentra dentro del buje centralizador de la tabla)
11. Buje centralizador de la tabla (sobre la tabla)
12. Broca auxiliar
13. Punta Tricónica
14. Canasta de puntas (se encuentra dentro del buje centralizador de la tabla,
después de mover el buje de rodillo, cuando instala o retira la broca tricónica).
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Área Minería y Metalurgia
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Accesorios de tubería de perforación
Torre, Carrusel y Varilla
Un grupo de poleas en la parte superior e inferior de la torre sostienen los cables de
alimentación. El ensamble de la torre cuenta con una cabeza giratoria conducida por
hidrostática y sistemas de alimentación de perforación hidráulica. El sistema de
alimentación consiste de la cabeza giratoria, dos cilindros de alimentación hidráulica y un
cable de alimentación conectado a las placas de montaje que están conectadas al
envolvente de la cabeza giratoria.
La torre está diseñada para sostener la cabeza giratoria mientras sube y baja la tubería de
perforación. Ésta está construida para soportar el torque que ejerce la cabeza giratoria
durante la operación de perforación.
Torre, Carrusel y Varilla
Área Minería y Metalurgia
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Cabezal Giratorio
La cabeza giratoria (también llamada cabeza de poder o cabeza superior) se utiliza para
girar la broca y agregar y retirar la varilla perforadora de la tubería de perforación.
La tubería de perforación está conectada directamente a la cabeza giratoria y toda la
presión de rotación y alimentación se ejerce a través de la cabeza giratoria.
Dos motores hidráulicos activan la rotación de la cabeza giratoria. La pantalla de
perforación, ubicada en la pantalla de la computadora central en la cabina del operador,
mostrará la cantidad de presión hidráulica que se aplica a los motores de la cabeza giratoria
en forma de velocidad de rotación. Las velocidades de rotación que varían de 0 a 160 rpm
se pueden obtener utilizando esta cabeza giratoria.
Cabeza Giratoria, Pit Viper -351
Sistema de Transmisión
Consta de un motor diesel directamente conectado a un compresor de aire en un extremo
y a la dirección de la bomba hidráulica en el otro extremo. Este ensamble completo del
generador está instalado en su propia base secundaria, la cual a su vez está instalada sobre
Área Minería y Metalurgia
EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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el marco del equipo. La configuración del tren de dirección en línea maximiza la eficiencia
mecánica. La base secundaria “flotante” separada aísla los componentes de las cargas por
Impacto de propulsión y de perforación y ayuda a mantener la alineación entre éstos.
Generador diésel
Compresor de aire
Todos los compresores de aire que se utilizan en los perforadores PV351 son de diseño de
tornillo giratorio asimétrico sumergido en aceite. Los bujes de rodillo cónico se utilizan para
manejar cargas radiales y axiales. El equipo estándar para el compresor de aire incluye
depuradores de aire separados en tres etapas e instrumentación y controles completos. El
sistema de lubricación incluye un enfriador de aceite, válvula de desviación, filtro de aceite,
bomba de aceite y receptor de aire de combinación y tanque separador de aceite. Se
proporciona un sistema de apagado de seguridad para una descarga alta de la temperatura
del aire.
Área Minería y Metalurgia
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Compresor y Depuradores de aire
Sistema hidráulico
Todas las funciones de perforación y propulsión se activan hidráulicamente. El sistema
hidráulico consiste de un depósito hidráulico de 360 galones (1360.8 litros), bombas
hidráulicas instaladas en una caja de engranajes de dirección de la bomba y varias válvulas,
cilindros, tubos, mangueras y filtros. Un enfriador de aceite hidráulico asegura temperaturas
bajas del aceite para maximizar la eficiencia del sistema y la vida del componente.
Las dos bombas principales suministran potencia hidráulica a cualquiera de las funciones
de perforación (rotación y alimentación del perforador) o funciones de tramo (propulsión).
La bomba de dirección del ventilador suministra aceite a los motores del ventilador. Las
bombas dobles de circuitos auxiliares suministran aceite a todas las otras funciones a través
de las válvulas de 7 y 9 carretes.
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Sistema hidráulico
Área Minería y Metalurgia
EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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4. MINERÍA SUBTERRANEA
4.2 MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN
Cuando la razón estéril mineral resultante para realizar la explotación del cuerpo
mineralizado es demasiado alta para los intereses económicos, es necesario utilizar
métodos de extracción subterráneos, cuyos sistemas de explotación variarán dependiendo
del tipo de roca, mineralización, parámetros económicos, etc. Los métodos de explotación
subterráneos pueden clasificarse en tres grandes grupos:
1. Auto-soportados: también conocidos como métodos de caserones abiertos o soportado
por pilares, comúnmente aplicado para minería no tan selectiva (ya que deja pilares para
mantener la estabilidad del caserón). Ejemplos de este tipo son: Room and Pillar, Stope
and Pillar, Shrinkage Stopping, Sublevel Stoping, etc.
2. Soportados artificialmente: en este caso los caserones necesitan ser rellenados para
generar el soporte. Estos métodos son de alto costo y generalmente están asociados a
yacimientos en que se necesita ser muy selectivo, por ejemplo en la minería de vetas de
oro. Dentro de este grupo se encuentran los métodos de Cut and Fill, Bench and Fill,
Shrinkage, Vertical Crater Retreat, etc.
3. De hundimiento: estos métodos son utilizados en minería poco selectiva, no tienen
soporte como en los casos anteriores. Se basa en la socavación del material del cuerpo
mineralizado mediante la creación de un corte en la base de la zona a minar, el mineral cae
rellenando la cavidad generada cada vez que esté es en el ciclo productivo. El hundimiento
puede ser natural o inducido dependiendo de la calidad de la roca en que se encuentra el
cuerpo mineralizado. Algunos métodos de hundimientos son: Block/Panel Caving, Sublevel
Caving, Longwall Mining, etc.
Área Minería y Metalurgia
EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN
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Los criterios de selección para utilizar algún método en particular dependen de muchos
factores, sin embargo la mineralización presente en el yacimiento es uno de los más
fundamentales. La forma que tiene el cuerpo mineralizado y la distribución de leyes
determinará si se tratará de un método masivo o alguno más selectivo, además se debe
hacer un balance en cuanto a costos y la dilución esperada, sin dejar de lado características
del macizo rocoso tales como estructuras de debilidad, continuidad de la mineralización,
hundibilidad y dureza de la roca. La selección del método también debe tener en cuenta
objetivos productivos y restricciones inherentes para la realización de la construcción de la
mina (por ejemplo explotar en lugares donde no está permitido deformar la superficie del
terreno mediante hundimiento o construcción de un rajo).
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La tabla siguiente muestra los cost