UNIVERSIDAD NACIONAL DEL UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚCENTRO DEL PERÚ

SISTEMA DE PERFORACIÓN SISTEMA DE PERFORACIÓN DE ROCASDE ROCAS

FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS

1.- DEFINICIONES:

PERFORACIÓN.- Es el método mas común de penetrar la roca. Es la operación de colocar un taladro dentro de la roca.La perforación es la acción de penetrar la roca por efecto de percusión (golpe) o de rotación (fricción - giro).Es la primera operación para la voladura de rocas

TALADRO.- Es el agujero que se obtiene en la roca o mineral como resultado de la perforación. Su diámetro varia desde 7/8” hasta15” ó más.

• 2. PERFORACIÓN DE ROCAS:

Es la primera operación en la preparación de una voladura , donde se considera lo siguiente:

PROPÓSITO.-El propósito de la perforación es CONSEGUIR UN TALADRO en la roca con elementos definidos como : el diámetro , la longitudes, la alineación y estabilidad en las paredes del mismo, lo cual esta destinado a alojar el explosivo y sus accesorios.

PRINCIPIOS MECANICOS .-Se basa en principios mecánicos de PERCUSION Y ROTACION cuyos efectos de golpe, fricción y giro o rotación producen el astillamiento y trituración de la roca.

EFICIENCIA.- Consiste en lograr la máxima penetración al menor costo .La idea es llegar al 100% pero en la practica oscila entre 70% y 80% y a veces hasta 90%.

PARAMETROS A VENCER .- Durante la perforación debemos vencer dos parámetros en la roca :

a. DUREZA.- Es la resistencia al corte , además influye en la velocidad de penetración.

b. ABRASIVIDAD.- Influye en el desgaste de las rocas asimismo en el diámetro final del taladro.

• Los sistemas de penetración de rocas que han sido desarrolladas y clasificados por orden de aplicación son:

3.1.SEGUN EL METODO MECANICO .-

a. Percusión.-En la perforación por percusión o impacto o fuerza de avance , la energía cinética se transmite desde un pistón a la culata del barreno e inserto en forma de onda de choque.

b) Métodos rotativos: se subdividen en dos grupos, según si la penetración en la roca se realiza por trituración (triconos) o por corte (brocas especiales). El primer sistema se aplica en rocas de dureza media a alta y el segundo en rocas blandas. En este tipo de perforación no existe la percusión.

c) Perforación rotopercutiva: corresponde al sistema más clásico de perforación de rocas, utilizado desde el siglo XIX. En este tipo de perforación se emplea la acción combinada de percusión, rotación, empuje y barrido, ya sea en equipos manuales para labores menores (pequeña minería y obras civiles de poca envergadura) o mecanizados ( principalmente en minería subterránea de gran escala; en: minas subterráneas de Codelco) y en obras civiles de gran envergadura, como la construcción de una caverna o túnel carretero.

• 3.2.SEGÚN EL MÉTODO TERMICO: SOPLETES O LANZA TERMICA

PLASMA

FLUIDO CALIENTE

CONGELACION

• 3.3. SEGÚN EL METODO HIDRAULICO:

Significa el uso de un fluido no comprimible (aceite mineral)

para accionar los mecanismos de impacto , de rotación , de avance y de

posicionamiento de las perforadoras que se desplazan a través de una

viga que empalma a un brazo telescópico, entre ellas tenemos:

• CHORO DE AGUA

• EROSION

• CAVITACION

• 3.4.SEGÚN EL METODO SONICO :

Vibración de alta frecuencia

• 3.5.SEGÚN EL METODO QUIMICO :

Microvoladura

Disolución

• 3.6.SEGÚN METODOS ELECTRICOS :

Arco eléctrico

Inducción eléctrica

• 3.7.SEGÚN METODOS SISMICOS :

Rayo laser

• 3.8.SEGÚN METODOS NUCLEARES :

Fusión

Fisión

• SEGÚN EL TIPO DE MAQUINARIA :

a) Perforación manual: en este tipo de perforación se usan equipos ligeros operados por perforistas. Este método se utiliza en trabajos de pequeña envergadura, donde, principalmente por dimensiones, no es posible usar otras máquinas o no se justifica económicamente su empleo.

b) Perforación mecanizada: en una perforación mecanizada, los equipos van montados sobre estructuras llamadas orugas, desde donde el operador controla en forma cómoda todos los parámetros de perforación.

. SEGÚN EL TIPO DE TRABAJO

a) Perforación de banqueo: perforaciones verticales o inclinadas utilizadas preferentemente en proyectos a cielo abierto y minería subterránea (L.B.H.). Este tipo de perforación se emplea, en general, para la minería a cielo abierto y para algunos métodos de explotación subterránea, como el hundimiento por subniveles.

b) Perforación de avance de galerías y túneles: perforaciones preferentemente horizontales llevadas a cabo en forma manual o mecanizada. Los equipos y métodos varían según el sistema de explotación, pero por lo general, para minería en gran escala subterránea se utilizan los equipos de perforación llamados "jumbos", que poseen desde uno a tres o más brazos de perforación y permiten realizar las labores de manera rápida y automatizada.

c) Perforación de producción: con este nombre se conoce al conjunto de trabajos de extracción del mineral que se realiza en las explotaciones mineras. Una perforación de producción corresponde a la que se ejecuta para cumplir los programas de producción que están previamente establecidos.

d) Perforación de chimeneas y piques: se trata de las labores verticales, que son muy utilizadas en minería subterránea y en obras civiles. En ellas se emplean métodos de perforación especiales, entre los cuales destacan el Raise Boring y la jaula trepadora Alimak.

e) Perforación con recubrimiento: se utiliza por ejemplo, en perforación de pozos de captación de aguas y perforaciones submarinas.

Los componentes principales de un sistema de perforación son:

a.-PERFORADORA (Drill).-Es la fuente de energía mecánica.

b.-BARRENO o VARILLAJE(Rod).-Es el método de transmisión de esa energía .

c.-BROCA(Bit).-Es el que ejerce o aplica dicha energía sobre la roca.

d.-FLUIDO DE BARRIDO o circulación de fluido , que efectúa la limpieza y evacuación de detritus producido.

Esta circulación de fluido: limpia el taladro , controla el polvo, enfría la broca , roca y algunas veces puede ser usado para estabilizar las paredes del taladro.

Impacto Fuerza de Avance

Rotación Barrido

6.1.PARTES DE UNA MÁQUINA PERFORADORA:

Toda maquina perforadora liviana consta de tres partes principales: FRONTAL CILINDRO CABEZA

Estas tres partes van unidas entre si por por medio de dos pernos alargados con sus tuercas llamadas “tirantes”

Que estan situados a lo largo de la maquina y a ambos lados de ella.

A.-EL FRONTAL: Consta de las siguientes partes:

• LA BOCINA (Chuck):Recibe la espiga del barreno y lo hace girar.• LA GRAMPA: Con sus resortes va al extremo del frontal , es

sujetador de barreno.• EL MARTILLO: Se encuentra en el interior del frontal y es que

golpe el culatin de la espiga.• LAS DOS OREJAS: Donde se ajustan las tuercas de los tirantes.

B.-EL CILINDRO : Es la parte más alargada de la máquina y lleva:

DOS GUIAS LATERALES : Donde asientan los tirantes. LA VÁLVULA DE ESCAPE :Por donde sale el aire después de que

a hecho mover al martillo en el interior. MECANISMOS DE GOLPE Y ROTACIÓN : Que se encuentran en

el interior del cilindro.

C.-LA CABEZA :Comprende las siguientes partes :

LOS CONDUCTOS DE AIRE Y AGUA .- Con sus conecciones y cedazos

LA VÁLVULA DE MANDO .- Para poner en funcionamiento la perforadora o simplemente para “soplar”.

LA AGUJA DE AGUA .- Se introduce por el extremo libre de la cabeza .Sirve para la inyección e agua.

LAS CABEZAS DE LOS TIRANTES: Que en las STOPER aseguran el pie de avance , haciendo una sola pieza ;y en la JACK LEG aseguran la manilla o empuñadora

6.2.CLASIFICACIÓN DE LAS PERFORADORAS

Se clasifican en dos grupos , según el procedimiento de la perforación:

a. PERFORADORAS MANUALES O LIVIANAS : Su principio es el empuje y el giro , o sea utiliza la barra de punzón .Se lleva a cabo con equipos ligeros manejados a mano de los perforistas .Por ejemplo:

JACK LEG: Perforación horizontal e inclinada.

STOPER : Realiza perforación vertical hacia arriba , usadas en chimeneas , tajeos de explotación , etc.

JACK HAMMER: Perforación vertical hacia abajo utilizado en piques, pozos, echaderos , etc.

PICK HAMMER: Son picadoras que se utiliza para hacer patillas , para romper pavimentos ,etc.

Drifter Drifter

Stoper Stoper Jack leg Jack leg

Jack hammer

Jack hammer

Pick hammer

Pick hammer

tipostipos

Clasificación de perforadoras según en procedimiento de perforación :

FABRICANTES MODELOS IMPACTOS/MIN

PESO: lbs

ATLAS COPCO PUMA BBC-16W 2300 59

LION BBC-24W 2050 64

LEOPARD BBC- 35WTH

2250 69

PANTHER BBD-40W 3000 50

FALCON BBD-46WS 3000 85

TOYO LEG DRILL TY-24DL 52

STOPER TY-280-JS 110

SHENYANG LEG DRILL YT-27 57

COMPAIR HOLMAN

GARDNER DENVER

MONTABERT

HUASCARÁN

INGERSOLL RAND

B.-PERFORADORAS MECANICAS O PESADAS:

TRACK DRILL(T/D) VAGONETAS DE PERFORACION

- stope wagon

- upper drill JUMBOS DE PERFORACION : (1,3,5 BRAZOS)

-neumáticos

-hidraúlicos

-electrohidraúlico

-Down the hole drilling(DTH) SIMBAS

C.-PERFORADORAS PESADA PARA MINERIA SUPERFICIAL:

- Track drill

- Perforadora de tajo abierto

Gatos hidráulicos Tren de orugas (o sobre neumáticos) Cable eléctrico.Chasis o plataforma Sala de máquinasCastillo o mástil perforadorColumna de perforaciónCabeza motriz o motor hidráulicoVarilla de perforaciónEstabilizadorBroca ticónica Cabina

7.1 DEFINICIÓN.- Son varillas de acero que transmiten la energía

mecánica de la perforadora hacia las rocas a fin de ser aplicada en el terreno o roca.

7.2 OBJETIVO.- Los barrenos son varillas de acero que tienen por objeto transmitir el golpe de la máquina al terreno (energía mecánica) donde se realiza la perforación , produciéndose el taladro del mismo , debido a que el extremo del barreno esta provisto de una o más filos cortantes de mayor dureza que la roca.

7.3.TIPOS DE BARRENOS:Los barrenos pueden ser de diferentes tipos según:

A.-EL ACERO USADO :Su usan barrenos de acero del tipo hexagonal, hueco de 7/8 pulgadas de diámetro de cara a cara ;el hueco esta en el centro .

B.-SEGÚN EL DISPOSITIVO DE CORTE: Pueden ser:

a.-BARRENOS INTEGRALES :Cuando el vástago y el dispositivo de corte forman una sola pieza.

b.-BARRENOS CON BROCA DESCARTABLE :

Cuando el vástago y el dispositivo de corte son piezas independientes.

7.4.PARTES DEL BARRENO : A.-ESPIGA :Es la parte del barreno que entra a la bocina de

una máquina perforadora , cuyo extremo llamado “culatín” recibe los golpes del martillo ;la longitud de la espiga debe ser 4 ¼ (pulgadas)

B.-EL COLLAR O CUELLO ; Que es una prominencia o anillo y que sirve para mantener el barreno en una sola posición dentro de la bocina de la máquina.

C.-EL VÁSTAGO : Es la parte mas larga del barreno y esta comprendida entre el collar y el dispositivo de corte .

D.-EL DISPOSITIVO DE CORTE : Que puede ser una pastilla dura y resistente (aleación de carburo de tungsteno y cobalto) es fijada en el acero ; o una broca que entra a presión cuyos filos cortantes están en forma de cruz, botones, etc.

DATOS TÉCNICOS DE ACERO DE PERFORACIÓNDATOS TÉCNICOS DE ACERO DE PERFORACIÓN

m n p

L

DONDE:

L = Longitud total de la barra integral

m = Longitud del culatin

n = Longitud que abarca la grampa de la perforadora

P = Longitud efectiva máxima de perforación

Orificio de Orificio de BarridoBarrido+/- 6,5mm +/- 6,5mm (1/4”)(1/4”)CarburizadoCarburizado

Núcleo interiorNúcleo interior

Capa Exterior Capa Exterior CarburizadaCarburizada

Hexágono RecortadoHexágono Recortado

ConoCono Sección de BarraSección de BarraSuperficie de ImpactoSuperficie de Impacto

Culatin - 108mmCulatin - 108mm(4-1/4”)(4-1/4”)

CollarínCollarín