SESION 2-1 - FUNDAMENTOS DE PERFORACION

CURSO
PERFORACIÓN Y VOLADURA
DE ROCAS EN MINERÍA
SUBTERRÁNEA
Ing. Christian Flores Vargas
SESION 1 - 14 Mayo 2022
CONTENIDO
MODULO I : PERFORACIÓN DE ROCAS
2.5 Hr
Fundamentos Básicos de
Perforación
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
Perforación:
✓La perforación es una actividad dentro del ciclo de minado muy importante, ya que
juntamente con la voladura, nos permite realizar trabajos de avance y de
producción, hasta llegar a obtener lo buscado, la perforación influye de manera
notable en la fragmentación y granulometría de la roca, influyendo para esto, el
diseño de la malla y la distribución correcta de los taladros.
✓La perforación es la primera operación en la preparación de una voladura, su
propósito es abrir hoyos en la roca para alojar el explosivo y sus iniciadores; se
basa en los principios mecánicos de percusión y rotación, cuyos efectos de golpe y
fricción, producen el astillamiento y trituración de la roca en un área equivalente al
diámetro del BIT (broca) hasta la longitud del barreno utilizado.
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
Perforación:
✓La perforación del frente es muy importante en la ejecución de un túnel, de ésta
depende en alguna medida el rendimiento de avance por disparo, si la perforación
no es óptima, el rendimiento se verá afectado incrementándose el tiempo de
ejecución y costo.
✓Las mallas de perforación por lo general no tienen un estándar, se realiza un diseño
distinto para cada frente de avance, o para las filas de producción y por lo general
se va corrigiendo a medida que se va avanzando las labores; además la falta de
control en la perforación y el no cumplimiento de las mallas, originan sobreexcavación y/o sub-excavación, perjudicando así el rendimiento y la productividad
de los avances.
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
Nomenclatura de Mallas de Perforación en Labores de Avance:
En función a la ubicación de los
mismos;
así
ubicaremos
los
siguientes tipos de taladros:
1. Arranque
2. Auxiliares o ayudas
3. Cajas
4. Corona
5. Zapateras
Gráfico de distribución de
Taladros en un frente de avance.
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
Nomenclatura de Mallas de Perforación de Producción:
FILAS DE PRODUCCION
CARA LIBRE
1
3
2
4
5
6
7
8
9
11
10
12
Sub Nivel
9.0 m
Chimenea Slot
Nivel base
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
Sistemas de Perforación
1. Perforación por Percusión
2. Perforación por Rotación
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
Perforación por Percusión:
1. Potencia de Percusión
2. Perforación Neumática
2.1. Perforadora con Martillo de Cabeza
2.2. Perforadora con Martillo de Fondo
2.3. Perforación con sistema ODEX
3. Perforación Hidráulica
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
1. Perforación por Percusión:
En esta forma de perforación, la fragmentación de la roca se produce
básicamente por impacto sobre la misma roca.
Los sistemas de percusión son utilizados en algunos equipos viejos de
perforación por ejemplo en la perforación de pozo con cable
suspendido, que básicamente consisten en un trépano o martillo
suspendido de un cable, se deja caer sobre el fondo del pozo.
En estos sistemas, la velocidad de perforación es proporcional a la
potencia de percusión (producto de la energía de impacto por la
frecuencia de golpes).
L
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
1. Potencia de Percusión
La energía generada por el mecanismo de impacto del martillo que debe
transmitirse a la roca.
Esta energía se consigue con la fuerza de empuje suministrada por un motor
o cilindro de avance que debe adecuarse al tipo de roca y diámetro de
perforación
▪ Cuando la potencia es insuficiente, la velocidad de penetración es
menor y produce un mayor desgaste en los elementos de perforación
▪ Cuando la potencia es muy alta, también se produce un mayor desgaste
en los elementos de perforación, generando mayor vibración y
desviación del taladró
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
1. Potencia de Percusión
E = ½ M x V2
V=
E = Pm x A
L = longitud de la carrera
N = frecuencia del impacto
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
2. Perforación Neumática:
En la perforación neumática, es aire comprimido a una
determinada presión la que entrega la energía, normalmente la
presión de aire se encuentra entre 7 y 25 bar.
Se produce de 2 formas:
▪ Que la percusión se produzca a fuera del taladro y se transmita
a través de las barras (martillo en cabeza)
▪ Que la percusión se realice en el fondo, golpeando el pistón
directamente sobre la roca (martillo de fondo)
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
2.1 Martillo en Cabeza
✓ Son perforadoras cuyo martillo está diseñado para trabajar
mediante aire a 7 - 8 bar de presión máxima.
✓ Se debe tener en cuenta que la energía de impacto viene dada
por el producto de tres factores: presión efectiva, área y carrera
del pistón).
✓ El martillo en cabeza, incorpora también el mecanismo de
rotación que a su vez puede ser independiente o no del de
percusión en función de los tamaños y diseños.
✓ El empuje lo proporciona el motor de avance (neumático) que a
su vez acciona una cadena a la que va enganchado
✓ El conjunto generalmente queda montado sobre un chasis que
sirve de portador para el resto de elementos que proporcionan
todos los movimientos de posicionamiento y traslación.
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
2.2 Martillo de Fondo
✓ 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 únicamente el mecanismo de percusión.
✓ Los elementos que proporcionan la rotación y el empuje son del todo
independientes y están situados en superficie.
✓ El chasis y los restantes elementos son similares a los mencionados para las
perforadoras de martillo en cabeza, e incluyen también el compresor y la
cabina para el operador.
✓ Las restricción principal de este sistema esta en función al diámetro de
perforación, por ello puede afirmarse que los martillos en fondo de mayor
diámetro son más efectivos que los de pequeño diámetro.
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
2.3 Perforación con Sistema ODEX
Es empleado para atravesar materiales alterados que requieres de
un recubrimiento necesario para revestir el taladro o sondeo y es
usual emplear técnicas de perforación y entubado simultáneo
(ODEX: Overburden Drilling with Eccentric Drilling).
1. La broca o escariador gira
para abrir el diámetro y
permitir la colocación de un
tubo después del
acoplamiento
2. Al alcanzar la
profundidad, se invierte el
sentido y se retrae el
escariador para retirar la
broca y proceder con el
entubado
3. Se coloca el
entubado y este
debe ser aislado
por un agente
sellante
4. La perforación
continua hasta alcanzar
nuevamente la
profundidad deseada y
repetir el sistema
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
3. Perforación Hidráulica
Las perforadoras de martillo en cabeza hidráulico, funcionan con
aceite hidráulico a 100-250 bar de presión.
Esta presión, que es de 15 a 35 veces superior a la del aire que
alimenta los martillos neumáticos, permite en los martillos
hidráulicos que el área de trabajo del pistón sea muy pequeña y
prácticamente reducida a un insignificante resalte del mismo, por lo
que adquiere un perfil longitudinal casi rectangular y muy estilizado.
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
3. Perforación Hidráulica
La perforación hidráulica presenta ventajas sobre la neumática, como son:
✓ Menor consumo energético: se dice que es aproximadamente 1/3 de la energía
neumática y puede tener aún hasta un 25% menos de potencia instalada y lograr un
mejor rendimiento de los equipos hidráulicos en comparación con los neumáticos.
✓ Mayor capacidad de perforación: debido a la transmisión de energía, las velocidades
de penetración son 50 - 100% mayor
✓ Mejora de las condiciones ambientales: generan menor ruido y menor emisión de
polvo o nube de gases:
✓ Permite un mayor grado de automatización de los equipos: se les puede adaptar
sistemas de cambio de barras o sistemas anti-atasque.
✓ El carácter de fluido incompresible que tiene el aceite, le permite, a diferencia de lo
que sucede con el aire, detectar cualquier cambio de las condiciones de trabajo
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
Clasificación y Propiedades de las rocas que afectan a la
Perforación:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Dureza
Resistencia
Elasticidad
Plasticidad
Abrasividad
Textura
Estructura
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
Clasificación y Propiedades de las rocas que afectan a la Perforación:
1. Dureza:
➢ Es la resistencia de una capa superficial a la penetración de una cuerpo mas
duro
➢ Es la principal característica a superar durante la perforación, pues cuando se
logra la penetración, el resto de las acciones se desarrollan con mayor facilidad
➢ La dureza de las rocas se clasifican según la escala de Mohs.
CLASIFICACION
Muy Dura
Dura
Media Dura
Media Blanda
Blanda
Muy Blanda
DUREZA DE
MOHS
RESISTENCIA A LA
COMPRESION
(Mpa)
mas de 7
6a7
4a6
3a5
2a3
1a2
mas de 200
120 a 200
60 a 120
30 a 60
10 a 30
menor a 10
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
Clasificación y Propiedades de las rocas que afectan a la Perforación:
2. Resistencia:
➢ Es la propiedad de oponerse a su destrucción bajo una carga exterior, estática o
dinámica
➢ La resistencia de las rocas depende de la composición mineralógica, siendo el cuarzo
el mas solido de los elementos, sus resistencia supera los 500 MPA, mientras que los
silicatos son de menor resistencia (200 a 500MPA) y la calcita (10 a 20 MPA).
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
Clasificación y Propiedades de las rocas que afectan a la Perforación:
3. Elasticidad:
➢ La propiedades elásticas se caracterizan por el modulo de
elasticidad E y el coeficiente de Poison
➢ Se clasifican en 3 grupos:
▪ Las Elesto-fragiles
▪ Las plástico-frágiles
▪ Las altamente frágiles y muy porosas
➢ El modulo de elasticidad es el factor de proporcionalidad
entre la tensión de la roca y la deformación relativa,
depende fundamentalmente de su composición
mineralógica, porosidad, tipo de deformación y de la carga
aplicada
➢ El modulo de Poison es el factor de proporcionalidad entre
las deformaciones longitudinales y las deformaciones
transversales.
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
Clasificación y Propiedades de las rocas que afectan a la Perforación:
4. Plasticidad:
➢ La plasticidad depende de la composición mineral
de las rocas y disminuye con el contenido de
cuarzo, feldespato y otro minerales duros.
➢ Las arcillas y algunas rocas homogéneas poseen
altas propiedades plásticas
➢ Algunos minerales como granitos y esquistos
cristalinos se manifiestan a altas temperaturas
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
Clasificación y Propiedades de las rocas que afectan a la Perforación:
5. Abrasividad:
➢ Es la propiedad de las rocas que les permite desgastar la superficie de contacto
de otro cuerpo mas duro, en el proceso de rozamiento durante el rozamiento.
➢ Los factores que elevan la capacidad abrasiva de las
rocas son las siguientes:
▪ La dureza de los granos que conforman la
roca, las rocas con contenido de cuarzo, son
mas abrasivas.
▪ La forma de los granos, los mas angulosos son
mas abrasivos que los redondeados
▪ El tamaño de los granos
▪ La porosidad de la roca
▪ La heterogeneidad
Fundamentos Básicos de Perforación de Rocas
Clasificación y Propiedades de las rocas que afectan a la Perforación:
6. Textura:
➢ Se refiere a la estructura de los granos de los minerales.
➢ Se manifiesta a través del tamaño de los granos, la forma la porosidad, etc.
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