Tema: equipos de perforación, sus principales características y usos Introducción Dentro de las operaciones mina, una de especial interés por cuanto determinará la producción de la faena es la perforación. Esta etapa define el primer paso de la secuencia de extracción. Según el mejoramiento continuo, es de vital importancia la correcta elección de los equipos para esta etapa, pues toda decisión en esta etapa afectará las posteriores. En una faena minera, la perforación ocupa entre el 6% al 8% de los costos operacionales. En la elección de la perforadora, deben considerarse tanto los aceros de perforación (entiéndase tricono, barras, shank adapter, etc...) así como también el tipo de perforadora montada en oruga o neumático. Todo esto previa definición de la faena, es decir si será utilizada en minería subterránea o a rajo abierto. En nuestro caso sólo nos enfocaremos en las perforadoras utilizadas para faenas de extracción a cielo abierto y subterráneo. Equipos de perforación en la minería de hoy Antiguamente hace ya cientos de años los equipos de perforación se trataban simplemente de una cuña y un mazo, con solo esas dos herramientas se hacían perforaciones que difícilmente superaban el metro, de esa práctica diaria que hacían los antiguos mineros se conoció el sentido de la rotopercucion, el mismo principio que emplean las maquinas en la actualidad. Hoy en día estamos rodeados de maquinas, como dije en la introducción nos centraremos en solo las perforadoras que tienen uso en la minería, por eso dividiremos este informe en dos partes las cuales serán: Perforadoras de uso en minería de cielo abierto Perforadoras de uso en minería subterránea En este informe daremos a conocer las principales características de cada perforadora, su funcionamiento y el uso que le pueden dar las compañías mineras en sus faenas, otro punto importante es que la mayoría de las maquinas a mostrar son de un solo fabricante que en este caso es atlas copco por la sencilla razón de que la mayoría de los modelos disponibles son de este fabricante Equipos de perforación de cielo abierto Hay muchos diseños diferentes de perforadoras para aplicaciones de superficie, pero todos han de ser a la vez productivos y económicos. Las perforadoras trabajan en entornos rigurosos, caracterizados por calor o frío, agua y grandes cantidades de residuos de perforación. A pesar de que normalmente se realiza un esfuerzo considerable para protegerlas del entorno en el que trabajan, un fallo prematuro de una perforadora puede arruinar la productividad. En esta parte del informe nos centraremos en 3 perforadoras de cielo abierto las cuales son: DM-45 DM-M3 PV-351 Pero antes de ver cada modelo mostraremos las partes de una perforadora de cielo abierto. Descripción de equipos de perforación Las perforadoras en general se dividen en 4 partes: 1. 2. 3. 4. Undercarridge (orugas) Sala de maquinas Torre de perforación Cabina de perforación Descripción de perforadora diesel: Torre de perforación Sala de maquinas Cabina de operador Tren de rodado SALA DE MAQUINAS: En la sala de maquinas es donde se genera la energía hidráulica de perforación, neumática para el barrido y sistema hidráulico para funciones auxiliares. TORRE DE PERFORACION: La torre de perforación es la encargada de aplicar la energía a la roca, rotación, pull-down y aire. CABINA DE PERFORACION: Desde este punto el operador selecciona todos los movimientos, tanto para traslado del equipo como las funciones de perforación. TREN DE RODADO: Es utilizado para el traslado y posicionamiento del equipo. Descripción perforadoras eléctricas: Sala de maquinas Carrete de cable Motor eléctrico que activa las bombas hidráulicas y permite la perforación Componentes de la torre de perforación: Cabezal de rotación Sistema de avance Carrusel porta barras Como vimos anteriormente en la figura una de las partes importantes de la torre de perforación es el cabezal de rotación el cual está compuesto en forma general de la siguiente manera: Sistema de engranaje El ángulo de inclinación de las perforadoras es de 30°, en escala de 5 en 5. conducido por motores hidráulicos Reducción de engranaje recto Velocidad variable Motores de desplazamiento variable Modelo estándar de las perforadoras Como pueden ver en las perforadoras de cielo abierto esta todo lo que se necesita para perforar sobre el chasis, los gatos hidráulicos sirven para nivelar y sostener la perforadora cuando esta está trabajando, tienen bombas hidráulicas que hacen funcionar el sistema de engranaje para la rotación de la barra y permite su funcionamiento para el sistema de avance también, cuenta con un compresor integrado que generalmente es de tornillo para hacer la tarea de evacuar el detritus. Ahora que sabemos los componentes básicos de una perforadora estamos en condición de entender las diferencias entre los siguientes modelos. Perforadora DM-45 El modelo DM-45 de Atlas copco es una perforadora montada sobre orugas, utiliza un motor diesel para impulsar el compresor y el sistema hidráulico, ocupa un sistema multipass en la perforación y su uso en las faenas es para pozos de tronadura, en la cabina del operador usa sistema eléctrico sobre los controles hidráulicos. Características principales: MÉTODO DE PERFORACION DIÁMETRO DE PERFORACION PULL-DOWN PULL-BACK SINGLE PASS MÁXIMA PROFUNDIDAD PESO DE LA MAQUINA ROTATORIA y DTH 5 7/8” – 9” 149mm – 229mm 45000 lbf 22000 lbf 27 pies 170 pies 200000 N 98000 N 7.7 m 52 m 95000 lb 41 ton Cabina de DM-45 CABEZAL DE ROTACION: 2 MOTORES DE ROTACION TORQUE DE 7200 LBS/PIE PRESION DE ROTACION 4500 PSI RELACION DE GIRO 15:1 Esta es una perforadora de mediano rango de perforación, como dice en la tabla es una perforadora que utiliza el sistema de rotación empleando para esa tarea los triconos de diámetro adecuada, pero también se puede adaptar y utilizar el sistema Down the hole utilizando para ellos bits de perforación. Rotativa DTH Perforadora DM-M3 La DM-M3 es una perforadora montada sobre orugas, cabezal hidráulico y perforación en multi-pasos, El bastidor es fabricado y soldado por AC, El acero es ASTM A572 de baja aleación, en viga doble “T”; 24” x 146 lbs/ft. (61 cm x 217 kg/m).Se utilizan refuerzos radiales para evitar esfuerzos adicionales al utilizar refuerzos triangulares, La DM-M3 usa tres gatos de nivelación, dos en lado de perforación de 7” x 60” (17.8 cm x 152.4 cm) diámetro y uno en lado opuesto de 8” x 72” (20.3 cm x 182.9 cm) diámetro, Un soporte de barras hidráulico es utilizado para alinear la barra de perforación durante el cambio y usado también en la perforación angular. La DM-M3 usa enfriadores separados para aceite hidráulico y compresor y otro para el refrigerante del motor diesel, ambos enfriadores reciben aire a temperatura ambiente en vez de aire caliente. La cabina está térmicamente aislada y presurizada, montada sobre amortiguadores de goma y equipada con vidrios tinteados, asiento giratorio suspensión ajustable y dos puertas con chapa de seguridad, todas las funciones están controladas desde la cabina por el operador. Características principales: MÉTODO DE PERFORACION DIÁMETRO DE PERFORACION PULL-DOWN PULL-BACK SINGLE PASS MÁXIMA PROFUNDIDAD PESO DE LA MAQUINA ROTATORIA y DTH 9 7/8” - 12 ¼” 251mm – 311 mm 90000 lbf 41500 lbf 37 pies 240 pies 400000 N 185000 N 11.3 m 73 m 230000 lb 104 ton • Dos motores hidráulicos • Rango de velocidad: 0 200 rpm, variable. • Torque to 10,183 ft-lbs (13,805 Nm). • Relacion de giro 14.81:1 Compressor Standard: CAT 3508 @ 850 HP - 1900 cfm a 110 psi (53.8 m3/min a 758 kpa) • Un rodado “tipo excavadora”, “CAT 350 especial”. Utiliza 4 rodillos superiores y 12 rodillos inferiores y zapatas de tres barras reemplazables. Los controles son eléctricos sobre las válvulas hidráulicas, distribuidos por zonas de acuerdo a su función Perforadora pit viper 351 La perforadora Pit Viper, tiene el objetivo de satisfacer la demanda de perforación en grandes diámetros desde 10 5/8" hasta 16" (269 - 406 mm). Fue diseñada con el propósito de ofrecer nuevas aplicaciones y soluciones tecnológicas en minería a cielo abierto, Escuadras de refuerzo con radio en su chasis cuenta con: Cuatro gatos de nivelación • 10” diámetro interior x 72” carrera • Gatos traseros, conectados hidráulicamente para minimizar torsiones en la estructura principal Tanques de agua y combustible montados dentro de la estructura principal. • 900 Gal. Tanque de Agua • 2 x 600 Gal. Tanques de combustible. En su diseño se consideraron todos los conceptos técnicos que han permitido se destaque en el mercado de perforadoras de superficie, fabricada de acero tubular rectangular con soldadores certificados , cuenta con motores hidráulicos para el tensado de los cables de avance, cilindros hidráulicos para el tensado de los cables de levante lo que asegura un exacto alineamiento del cabezal de rotación lo que mejora la vida útil de los cables, la potencia de la maquina puede provenir de un motor eléctrico o diesel . Características principales: MÉTODO DE PERFORACION DIÁMETRO DE PERFORACION PULL-DOWN PULL-BACK SINGLE PASS MÁXIMA PROFUNDIDAD PESO DE LA MAQUINA ROTATORIA DE SINGLE PASS 10 5/8” - 16” 270 mm – 406mm 115000 lbf 75000 lbf 65 pies 135 pies 511000 N 334000 N 19.8 m 41.1 m 415000 lb 188 ton - Relación de giro 15 : 1 - Presión de rotación 4500 psi - 2 Motores de rotación 14 in³/rev. c/u desp. Variable - Torque 19000 lbs-pie @ 87 RPM 10300 Lbs-pie @ 162 RPM Bombas principales para control de propulsión, avance y rotación Compresor de aire de hasta 3800cfm, el mayor en perforadoras fabricadas, 110 psi para mejorar la vida útil del tricono Avance impulsado por energía hidráulica, 358 hp de fuerza en cada oruga, 20% de pendiente máxima y con una velocidad de 1.77km/h vista desde la cabina del operador: Cabina del operador Equipos de perforación de minería subterránea Los equipos de perforación subterránea son muy especiales, deben ser diseñados de tal manera que se puedan mover dentro de una labor subterránea, por esa razón son diseñados de muy baja altura, con una plataforma o chasis muy flexible para poder maniobrar dentro de la labor, deben ser lo mínimamente contaminante por que en una labor subterránea el aire escasea, la mayoría de las maquinas vienen con un compresor integrado como lo vimos en las maquinas perforadoras de cielo abierto, no vienen montadas en orugas sino que en ruedas etc. Podemos decir que en la minería subterránea hay una amplia gama de perforadoras, hay maquinas para perforar de forma radial, horizontal, de fortificación para Split-set, de exploración, pero en este informe nos centraremos en dos modelos, quizás las que sean necesarias para llevar a cabo una mina subterránea, dejaremos fuera las maquinas de exploración o de fortificación por que quizás eso requiera de un tema especial y no ser visto de manera rápida, los modelos a ver son los siguientes: Boomer Simba Pero antes de ver los modelos mencionados veremos en forma general como se componen las maquinas de perforación subterránea, estas se dividen en 4 partes: 1. 2. 3. 4. Sistema de rodado Brazos de perforación Cabina del operador Sala de maquinas Maquina de perforación subterránea: Estos son los brazos de perforación, accionados por las bombas hidráulicas para empuje y movilidad y por el compresor para impulsar el aire y el agua Esta es la cabina de perforación, de aquí se hacen las maniobras de la maquina, en algunos modelos la cabina es externa, es manejada por joystick por el operador a un par de metros de distancia Carrete de cable eléctrico Motor diesel Sistema de rodado, las mayoría de las maquinas son con neumáticos. Boomer L2-D Esta máquina perforadora es para el uso de avance en los túneles, explotación y desarrollo, hay de uno, dos y tres brazos, hay en versión eléctrica - diesel, es una maquina muy versátil, muy exacta en los diagramas de tiro, fácil y rápida de maniobrar gracias a que está montada en ruedas. Características principales: Área de cobertura Diámetro de perforación Profundidad de la perforación Presión hidráulica Agua utilizada aire Rotación torque Peso de la maquina 104 m2 88 mm 4968 mm 200 bar 1.1 l/s 6 l/s 340 rpm 640 N M 23600 kg Bombas hidráulicas, 2 unidades separadas, una para cada brazo con una presión máxima de 250 bar 2 brazos con perforadoras cop 1838 Compresor de tornillo atlas copco 5 GAR, de máxima capacidad de 26 l/s Estas perforadoras en los brazos permite un ángulo de elevación hacia arriba de 75° y hacia abajo de 45°, hacia los lados permite una oscilación de 45° y un ángulo de giro de su chasis de 38° Simba M6-C Las simbas son maquinas perforadoras capaces de perforar radialmente los 360°, controlado por computadora y un sistema de avance de 3.7 m de largo, perfora hoyos de 51 mm hasta 89 mm de diámetro, tiene un chasis articulado con motor diesel de baja emisión, tracción en las 4 ruedas y dirección articulada para maniobrar fácilmente, su uso se basa en el levantamiento de techo, ventilación etc. Características principales: Diámetro de perforación Profundidad de la perforación Presión hidráulica Agua utilizada aire Rotación torque Peso de la maquina 95 mm a 178 mm 51000 mm 250 bar 50 l/ min 8 l/s 107 rpm 3900 N M 20900 kg Estas maquinas son capaces de perforar en los 360°, al igual que la boomer esta máquina se desplaza por las labores con su motor diesel, una vez instalados conecta su cable de electricidad con una sub estación y con la electricidad hace funcionar las bombas hidráulicas, estas bombas hidráulicas le dan la fuerza a los brazos y al sistema de avance de la perforadora. Cabina de operador con joystick electrónicos y pantallas a color de diagramas Sistema eléctrico de 63000 watt de poder Perforadora cop 54, con un carrusel de 27 barras mas la barra inicial. Compresor de tornillo atlas copco 5 GAR, de máxima capacidad de 26 l/s Este tipo de perforadoras tiene un brazo que se puede mover 45° grados hacia adelante de su horizontal y 30° grados hacia abajo con respecto a su horizontal, 360° con respecto a su vertical y el chasis puede girar 41° en su traslado. Conclusión He tratado de resumir lo más posible las principales características de las maquinas perforadoras, como vimos anteriormente son muy parecidas una de la otra, quizás su mayor diferencia se basa en el diámetro de la perforación, la profundidad, por que los otros detalles son mínimos, nos dimos cuenta que existen perforadoras diesel e hidráulicas pero el verdadero corazón de la perforadora se basa en las bombas hidráulicas, dicho de otra forma las bombas hidráulicas son como el corazón de la perforadora y la sangre seria el aceite hidráulico respectivamente, en fin, vimos en este informe múltiples detalles que enseña en término medio el funcionamiento y uso de una perforadora cielo abierto y subterránea. Bibliografía www.atlascopco.cl manual de operador pit viper 351 elaborado para minera spence presentación de inducción de instructores de atlas copco