Criterios de selección de equipo de perforacion

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Criterios de selección de perforadoras en Minería Subterranea MSc. Carlos Reátegui Ordoñez

Índice

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

Introducción Tiempo de ciclo Métodos de perforación Sistemas de montaje Velocidad de penetración Características generales y de diseño Operaciones básicas y práctica operativa Criterios técnico económicos de selección Mantenimiento de equipos Seguridad y prevención de accidentes Impacto de la selección de la perf. en costos totales Optimización operativa

Numero diapositiva 3 65 72 98 116 129 156 163 189 194 205 211

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1. Introducción

Objetivo

Al final del presente curso- taller, los participantes tendrán las mejores herramientas técnicas, conceptuales y de diseño para poder decidir sobre el método y equipo de perforación que incremente la productividad de las operaciones en mina.

• La perforación de roca es un procedimiento fundamental para arrancar el material en la minería subterránea. • La perforación tiene una gama de aplicaciones extensa y variable, por eso hoy se tiene distintos equipos diseñados para tratar con distintas maneras de perforar roca. • La perforación de rocas en minería subterránea se efectúa principalmente para: – Labores de Preparación y desarrollo – Labores de producción

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1. Tipos de Unidades

Clasificación de equipos Perforadoras ligeras

Perforadoras de avance o desarrollo

Perforadoras de producción

Perforadoras para trabajos específicos

• Perforación horizontal o inclinada • Perforación vertical hacia arriba • Perforación vertical hacia abajo

• Perforación de frontones y túneles • Sistemas de perforación de piques y chimeneas (Raise Boring, Blind hole, Alimak)

• • • •

Perforación de tajos horizontales Perforadoras de tajos verticales Perforadoras radiales Perforadoras taladros largos (DTH)

• Empernadoras • Perforadoras continuas de túneles • Perforadoras diamantinas

Tipos de perforadoras livianas

JACK HAMMER

JACK LEG

STOPER

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Jack Hammer • Utilizada para la perforación vertical o inclinada hacia abajo. • Avance mediante el peso propio de la perforadora.

• CONSUMO DE AIRE: 50 – 100 l/s • DIAMETRO PERFORACION: 22 – 45 mm • LONGITUDES: 400 – 640 mm

Características principales • Peso: 17kg a 23 kg • Frecuencia: 2040 a 2100 golpes por minuto • Rotación: 130 a 170 rpm

VENTAJAS:

Para rocas duras no muy permeables

Desventajas

Alto nivel sonoro

Desvió de la perforación por la flexibilidad del varillaje

Jackleg • Perforadora con pata de avance que puede ser usada para realizar taladros horizontales e inclinados, se usa mayormente para la construcción de galerías, subniveles, rampas

Características principales • Especificaciones Longitud de la perforadora 686.00 mm Peso de la perforadora 33.00 kg Carrera del pistón 73.25 mm Carrera útil del pistón 66.70 mm Frecuencia de impacto 2250.00 golpes/min Peso de la Pata 15.00 kg Carrera de la pata de avance 270.00 mm Ø interior del cilindro de avance 67.00 mm Consumo de aire (620 kPa/90 psi) 4.90 m3

Ventajas:

• Fácil de usar • Útil para perforación de tiros cortos • Rápida mantención • Bajo precio • Adaptable a cualquier tipo de roca • Se adopta a cualquier tipo de terreno

Desventajas:

• Peligro al no controlar bien la válvula de circuito de aire • No recomendable para tiros largos • perforación ruidosa, contacto directo con el polvo y agua • Limitante con la altura de la sección

Stopper • Perforadora que se emplea para la construcción de chimeneas y tajeo en labores de explotación (perforación vertical hacia arriba).

Características principales • Especificaciones Diámetro del cilindro 79.40 mm Carrera del pistón 73.25 mm Carrera útil del pistón 66.70 mm Frecuencia de impacto 2250.00 gol/min Longitud de la perforadora 1549.00 mm Peso incluyendo la pata de avance 40.80 kg Diámetro interior del cilindro avance 69.80 mm Consumo de aire (620 kPa/90 psi) 4.90 m3

Tipos de perforadora avance y desarrollo

JUMBO

RAISE BORING

ALIMAK

BLIND HOLE

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JUMBOS • Son vehículos donde se colocan 1 o mas perforadoras hidráulicas que pueden ser operadas por una sola persona en la cabina o a control remoto. • Estos están diseñados para perforar horizontalmente tanto en frontones como en tajeo. • El accionamiento de las bombas hidráulicas de las perforadoras puede ser mediante energía eléctrica o generada por un motor diesel.

•

Pueden estar montados sobre rieles o sobre ruedas.

• La sección de trabajo va desde los 6 a 210 metros cuadrados dependiendo de la cantidad de perforadoras instaladas sobre la unidad móvíl.

Capacidad de excavación con múltiples perforadoras

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BAJO PERFIL

FRONTEO

Perforación mecanizada para minería subterránea

TALADROS LARGOS

EMPERNADO RES TUNELERIA

RAISE BORING • Es un procedimiento constructivo para la ejecución mecanizada de piques o chimeneas entre dos niveles dentro de una mina o en un proyecto de ingeniería civil. • El procedimiento, desarrollado en la década de los 50 en Estados Unidos, consiste básicamente en perforar un barreno piloto y luego ensanchar la perforación hacia arriba mediante una cabeza escariadora.

• Se perfora con diámetros habituales entre 2 y 3 m, a unas profundidades de 100 a 200 m, aunque se han llegado a 6 m de diámetro y más de 1000 m de profundidad.

Características de operación Diámetro piloto desde 121/4 “ a 15”. Diámetro chimenea desde 1.5 a 6.0 m. Empuje escariado 1920 kN.

Rendimientos  Nominal 12 – 20 m/día.  Operacional 4 -6 m/turno (depende de la roca)

• Entre las ventajas de este sistema o Alta seguridad y buenas condiciones de trabajo o Productividad mayor que con con explosivos (por ejemplo, método VCR o Alimak), o El perfil liso de las paredes, la sobre excavación inexistente o Posibilidad de realizar excavaciones inclinadas.

• En cuanto a los inconvenientes, o Inversión elevada o El costo de excavación unitario es alto o Poca flexibilidad en dimensiones y cambios de dirección. o Dificultades en rocas en malas condiciones y la necesidad de personal especializado.

• Video RB

Sistema ALIMAK • Se emplea, desde 1957, en la perforación de chimeneas donde no es posible el acceso superior necesitando un nivel de trabajo en el subsuelo. •

Es un método flexible y económico. Consta de los siguientes elementos: • • • •

jaula, plataforma de trabajo, motores de accionamiento, carril guía y elementos auxiliares.

• La elevación de la plataforma se realiza a través, de un carril guía curvado empleando motores de aire comprimido, eléctricos o diesel. • La fijación del carril a la roca se lleva a cabo con pernos de anclaje, y tanto las tuberías de aire como de agua necesarias para la perforación, ventilación y el riego se sitúan en el lado interno del carril guía para su protección.

• Las fases en la construcción de la chimenea son las siguientes: o perforación y carga de los barrenos (operación realizada con perforadora neumática) o descenso de la plataforma y voladura (cada vez que hay una voladura, hay que retirar la plataforma) o ventilación y riego

o elevación de la plataforma y “desatar” el techo

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BLIND HOLE • Este método consiste en el uso de máquinas electrohidráulicas para la excavación de chimeneas mineras en forma ascendente. • Lo que se hace para la realización de las chimeneas es perforar el tiro guía y se realiza el ensanchamiento de la chimenea al diámetro que se necesite.

• El material excavado cae por gravedad al nivel de la máquina y será guiado por un colector para prevenir riesgos.

• El empuje se obtiene de los sistemas hidráulicos de bombas de alta presión y la rotación de un motor eléctrico de unos 250 HP que va con la transmisión inmediatamente bajo el escariador.

• Para alcanzar la altura de excavación se adicionan en el cuerpo de la máquina, a nivel de piso barras especiales, estabilizadas, que permiten ir avanzando en altura con el desarrollo de la chimenea.

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• El equipo perforador de tres elementos principales:

la

maquina

contiene

– Set de barras: Está compuesto por tubos de perforación y estabilizadores, ambos construidos con acero fundido. Las barras poseen centros huecos que permiten que un fluido (por lo general agua), sea encaminado desde la maquina a la broca piloto para remover la roca triturada durante la operación. El estabilizador tiene como función disminuir al mínimo la desviación del orificio piloto y así mantener el diámetro total del orificio piloto. – Cortador de rocas: Está compuesto por las unidades de brocas tricónicas. que tienen la función de cortar la roca mediante compresión la cual es ejercida desde el set de barras.

– El tricono guía. – Está compuesto por un conjunto de tres brocas pequeñas que están unidos en una misma barra cuya función es realizar el orificio piloto de la perforación

Tricono guía Cortador de Rocas

Set de barras

• La excavación de chimeneas con equipos Blind Hole se realiza siguiendo rigurosos procedimientos de trabajo y como la operación de los equipos se realiza a distancia, desde un panel de control, lo transforma en un método altamente seguro, ya que el personal siempre estará fuera de la línea de excavación.

• Con este método se perfora chimeneas desde 0,5 m hasta 1.5 m.

Características de operación

Diámetro piloto desde 9 a 97/8 ”. Diámetro chimenéa desde 0.6 a 1,5 m. Empuje escariado 1285 kN.

Rendimientos

Nominal 7 m/día. Operacional 0,49 m/hora (9 m/día).

Tipos de perforadora produccion

Perforadoras Horizontales

Perforadoras Radiales

Perforadoras Taladros Largos.

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Perforadoras Horizontales • En producción los jumbos permiten la mecanización de las operaciones de perforación y tienen la capacidad de posesionar perforadoras de avance para perforar barrenos según las órdenes del operario

Perforadoras radiales • Jumbo Radial o Pueden tener Perforadoras Neumáticas o Hidráulicas tipo martillo en la cabeza (OTH) o perforadoras tipo Down the Hole (DTH) o Están montadas sobre vehículos o son estacionarios, tienen carruseles que permiten el cambio de barrenos.

o Rendimiento en condiciones optimas es de 6000 a 8000 mts. mensuales barrenados.

o Utilizado principalmente en minería subterránea para realizar taladros largos en forma radial, generalmente desde una galería o labor inferior

Perforadoras de taladros largos Este tipo de perforadoras se usan para realizar taladros verticales hacia abajo y pueden ser del Martillo en la cabeza OTH o DTH. La perforadora DTH permite la perforación de barrenos mucho más largos que las perforadoras con martillo en cabeza.

Existen perforadoras neúmaticas hidráulicas tipo rock drill

tipo

track

drill

e

Tipos de perforador taladros largos

Perforadoras con Martillo en Cabeza (OTH)

Perforadora DTH.

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Perforadoras OTH • Están montados sobre vehículos de orugas • Pueden tener martillos neumáticos o hidráulicos

• Perforan diámetros entre 64-102 mm. • Contienen carruseles para barrenos y logran perforar hasta 50 m • Máxima inclinación de trabajo: 30°

Perforadoras DTH • Se usan en minería subterránea en el área de producción. • Diámetro de perforación entre 50 y 210 mm. • Montado sobre orugas , tienen una velocidad de traslado entre 1 y 3.8 km/hr • Capacidad de trabajar en zonas irregulares y vencer pendientes. • Barrido del barreno (agua o aire). • Poseen martillo en fondo . Este método de perforación está indicado para rocas duras y diámetros superiores a los 150 mm.

Wagon drill

Diseñada para perforar con martillo de fondo de 2”, 3” y 4”, en diametro de 2 ¾ “ (70 mm) hasta 5” (127 mm). 50

Perforadoras para trabajos específicos Son perforadoras altamente especializadas que sirven para para realizar tareas especificas en construcción. Veremos 3 tipos: Empernadoras (bulonadoras), que son aquellas que sirven para sostenimiento mediante pernos de anclaje Tuneleras continuas, son maquinas de construcción continua de túneles Perforadoras de exploración

Empernadoras Longitudes de bulón de 1,5 a 1,8 metros y alturas de techo de hasta 2,5 metros.

SISTEMA DE PERFORACION Lub. air consumo. (at 3 bar): 6 l/s Water consumption : 1.25 l/s Weight: 75 kg

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Longitudes de bulón de 1,5 a 3,5 metros y alturas de techo de hasta 9,5 metros.

SISTEMA DE PERFORACION • Lub. air consump. (at 3 bar): 6 l/s • Water consumption: 1.25 l/s • Weight: 75 kg

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Minería continua construcción de túneles sin perforación y tronadura (TBM)

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TUNEL BORING MACHINE (TBM) • Aéreas máximas : 70-300 m2 aprox. • Profundidad :mayores a 25 km • Diámetro : 1 - 19.5 mts

• trabajo en menor tiempo y de mayor calidad a fin de cuentas sale mas barato que hacerlo por perforación y voladura • Producen una pared de los túneles Lisa

Perforadoras de exploración En la perforación de sondaje se puede definir dos grandes rubros:

a) Diamantina, en la que al producirse la perforación lo que se extrae es un testigo de roca. b) Circulación Reversa, donde se destruye absolutamente la roca y se saca un detrito. Ocasionalmente se combinan ambos métodos en yacimientos que tienen una sobrecarga estéril donde no es necesario muestrear la primera parte del pozo, por tanto se recurre primero a la perforación con circulación reversa, que es más rápida y económica, para posteriormente continuar con la diamantina.

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CARACTERÍSTICAS DE TIPOS DE SONDAJES Diamantina

Circulación reversa

Segunda etapa

Primera etapa

Recupera un trozo de roca (testigo) Costo de 2 a 3 veces superior

Recupera detritos

Se utiliza tanto en superficie como en interior mina

Ha sido principalmente de superficie, por los malos resultados desde el punto de vista de la calidad de la información de la muestra cuando se ha utilizado en minas subterráneas

Rendimiento 3 veces mayor (Rápida y económica)

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SONDAJE CON DIAMANTINA La abertura en el extremo de la broca diamantada permite cortar un testigo sólido de roca que se desplaza hacia arriba en la tubería de perforación y se recupera luego en la superficie.

Estándares básicos de barras de perforación

7/8 pulgadas (EX) (Diámetro) 13/16 pulgada (AX) 1 5/8pulgadas (BX) 21/8 pulgadas (NX). La mayoría de barras de perforación son de10 pies de largo (3,048 m). Después de los primeros 10 pies de perforación, se atornilla una nueva sección de tubo en el extremo superior y así sucesivamente.

Cabezal de perforación de diamantina

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Perforadoras diamantinas Especificaciones técnicas Capacidad de profundidad Tamaño barra de perforación Par máx.

960 m

A-N

700 Nm

Velocidad máx.

1800 rpm

Altura

1470 mm

Longitud

4150 mm

Peso

1500 kg

Longitud de avance

850 m

Anchura

950 cm

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DIAMEC U8 sonda subterránea más potente avance con un cilindro hidráulico telescópico permite una perforación fiable de sondeos rectos

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Perforadoras de superficie con diamantina

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SONDAJE CON AIRE REVERSO La roca molida (cuttings) se recoge continuamente a medida que avanza la perforación y constituyen la muestra del subsuelo.

Estándares básicos de barras de perforación

Diámetro: 6" (15,2 cm) 8" (20,3 cm) 20 pies de largo (6,096 m). Cada barra es muy pesada y requiere el uso de una grúa o “winche” para levantarla y colocarla sobre el agujero de perforación

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Schramm T685WS Taladro Montado en Camión

GRAN RESISTENCIA MONTADO SOBRE CAMIÓN MOTOR EN CUBIERTA DE 760 HP (567 KW)

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Drilltech D40K EQUIPADAS CON MOTORES DIESEL DE 600 HP PROFUNDIDADES DE 600 MTS

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2. Tiempo de ciclo

En perforación subterránea se puede distinguir dos tipos de tiempos o ciclos: 1. Ciclo especifico de perforación: este es el tiempo que se demora la perforadora en realizar los taladros en el frente y se puede definir como: Ce = T posicionar +T penetrar + T cambio de barras+ T penetrar

Este tiempo de ciclo se usa en producción cuando la perforación es independiente a las otras labores unitarias.

Ciclo especifico Perforación Posicionar

Penetrar

Penetar

Cambiar barra

• Video

2. Tiempo de ciclo en labores con un frente: En este tipo de labor la perforación debe esperar que todas las operaciones unitarias siguientes sean realizadas para volver a perforar. Las labores de este tipo son: » Túneles » Galerías » Rampas » Cruceros » Sub niveles

Ciclo de perforación en frentes Perforación

Marcar puntos

sostenimiento

“desatado de roca”

Carga de taladros

Voladura

Ventilación

Acarreo y transporte

• video

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3. Métodos de perforación

• La perforación en roca esta referida a realizar un hoyo o taladro con el fin de arrancar material para construir (túneles, cámaras, pozos, etc.) o extraer materiales y minerales económicos (minería)

• Existen muchos métodos de perforación que se han desarrollado a lo largo de la historia, en el cuadro siguiente se ven los métodos usados actualmente

Métodos de perforación

Métodos no convencionales

Métodos convencionales

Rotativos

Rotación Percusión

Métodos térmicos

Escareo (perforación continua) Martillo en la cabeza (OTH)

Jet Pearcing

Triconos Perforación laser

Brocas de corte

sondajes

Martillo en el fondo (DTH)

Perforación con microondas

Métodos Químicos

Métodos de perforación en minería subterránea Perforación Subterránea

ENERGIA MECANICA

Rotativos

Escareo (perforación continua)

Raise BORING

Rotación Percusión

Triconos Martillo en la cabeza (OTH)

Taladros largos Perf. Neumáticas

BIND HOLE Perf. Hdraulicas TBM

Martillo en el fondo (DTH)

Perforadoras hidráulicas

Método rotación percusión • La perforación de rotación y percusión se basa en principio de golpear (percutir) un cincel (broca), empujando y girando (rotar), para que se produzca la rotura de la roca en pequeños fragmentos (detritus) que se van limpiando y se forma el hoyo.

• En la actualidad este trabajo se hace con maquinas que aceleran el proceso de penetración en la roca.

• La transmisión de la energía cinética (Ec) en perforadoras OTH se hace en forma de onda de choque atraves del varillaje , cuando la onda de choque llega a la broca se convierte en trabajo que penetra la roca.

• En el caso de perforadoras DTH la transmisión de la Energía cinética es directa, con lo cual se logra mayor penetración en rocas duras.

• Esta energía cinética de una perforadora RP se puede calcular con la siguiente fórmula: Ec= ρm* Ap * Ip Donde; ρm Presión de fluido dentro del cilindro (30% a 40% menor que la presión de trabajo nominal o del compresor) Ap Área de la cara del pistón lp Carrera del pistón ng frecuencia de impactos

•

La potencia CINETICA del martillo o perforadora es Pc = Ec * ng

• La rotación, que se produce después de cada golpe o percusión, tiene la finalidad de girar la broca con el propósito de que esta actúe en distintos puntos en el fondo del barreno. • La velocidad de rotación esta en función al tipo de roca y al tipo de broca que se utiliza. Ejemplo (brocas de 51mm a 89mm) o cuando la brocas son de tipo pastilla los rpm están entre 80- 150 y se produce un giro de 10- 20°

o Cuando son brocas de botones los rpm están entre 40-60 y se produce un giro de 5- 7°

• El empuje es necesario para que la broca siempre este en contacto con la superficie de perforación, la falta o exceso de empuje produce los siguiente efectos.

Mayor consumo Barrenos. Calentamiento de barreno.

Mayor Gasto de brocas Vibración Desviación de taladros

• El barrido o soplado de barrenos se hace con el fin de evacuar los detritus y mantener siempre libre el fondo de taladro. Este se puede hacer con aire o agua

Si el barrido es incorrecto :  Mayor consumo de energía  Atascos de la barra  Desgaste prematuro varillaje

• Para hallar el caudal de barrido se usa las siguientes formulas: 𝒗𝒂 = 𝟗. 𝟓𝟓 ∗ 𝑸 = 𝒗𝒂 ∗

𝝏𝒓 ∗ 𝒅𝒑𝟎.𝟔 𝝏𝒓+𝟏 𝑫𝟐 +𝒅𝟐

𝟏. 𝟐𝟕

Donde: va = velocidad ascencional (m/s) Q = caudal (m3/min) D = diámetro broca (m) d = diámetro barreno(m) dr = densidad de la roca (gr/cm3) dp= diametro de detrito (mm)

Velocidades de barrido con aire

Caso Practico 1 Calcular la Energía cinética (Ec) y Potencia (Pc) de un perforadora hidráulica de que tiene las siguientes características: Presión de trabajo (ρm) = 200 bar Carrera del pistón (Ip) = 80 mm Diámetro del pistón (Øp) = 60 mm Frecuencia de impacto(Ng)= 80 Hz

Solucion: Ec= ρm* Ap * Ip Para solucionar este problema debemos convertir ρm de bar a Kg-f/m², esto porque lp y Øp los expresamos en m.

60 2

Ap = 𝜋𝑟 2 = 3.1416 ∗ ( )²=

2827 mm²

1 bar = 10 197.16 kg-f/m² entonces 200 bares = 2 039 432.5 kg-f/m²

Remplazamos en Ec. Ec = (2 039432.5 kg-f/m² * 0.65) * 0.002827 m² * 0.80 m= 2298.50 kgf- m Hallamos la energía o potencia de impacto (Pi) en KW Ec = Pi = 29,43 KW. Potencia cinética Pc = Ec*ng = 2298.5 *80 = 183 880 kgf-m Si 1 kgf-m = 0.00000272 KW/hr. Pc= 0.50 KW/hr.

Si, 1 kgf-m = 0.009806 KW

Método rotativo de perforación • Este método utiliza solo la rotación para romper la roca, para logar esto se necesita que el empuje sea muy considerable. • El empuje mínimo (lb.) esta en función a la resistencia a la compresión de la roca (RC en Mpa.) y al diámetro de la broca (D en pulg.) Em = 28,5 * RC* D

• Este gran empuje se puede obtener del peso de la perforadora o un sistema hidráulico capaz de presionar la broca lo suficiente para que escarie la roca.

• La perforación se realiza con brocas diseñadas para cada aplicación. En minería se usa los triconos, que son un sistema de tres brocas cónicas que actúan (rotan) independientemente generando mejor penetración en la roca. Brocas para perforación rotativa

• La velocidad de rotación está en función a la dureza de la roca y el tipo de triconos (Dientes de acero o insertos de carburo)

Caso practico 2 • Se quiere determinar el empuje mínimo necesario para perforar una roca de 210 Mpa de resistencia a la compresión con una perforadora rotativa con broca de 4 pulgadas. solución: Em = 28,5 * RC* D Em = 28,5 * 200* 4 Em =

22, 800 Lb.

Sistemas constructivos con perforación

Selección del método de perforación • El criterio mas usado para definir el método de perforación se basa en:

– La Resistencia a la compresión de las rocas – Diámetro del taladro

Selección del método de perforación

• Sin embargo la selección también debe considerar las variables: – – – – – –

Métodos de explotación Capacidad de mecanización de las operaciones. Técnicas de perforación y voladura Costos Capacidad de automatización Mantenimiento, etc.

Método de explotación vs. método de perforación

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4. Sistemas de montaje

• Los sistemas de montaje de perforadoras en minería subterránea están directamente relacionados con los usos y necesidades de perforación. • Se utilizan vehículos de ruedas, de orugas y sobre ríeles. También plataformas, ski´s y otros montajes especiales.

• Se puede clasificar el montaje de la siguiente manera:

Sistema de Montaje de Perforadoras

Móviles

Sobre Ruedas

Neumáticos

Rieles

Fijos

Sobre Orugas

Sobre Plataformas

Montajes Especiales

Sistema de montaje móvil : Jumbo

Perforadora Unidad de potencia Sistema hidráulico

corredera Brazo de perforación

Carrete

Chasis Tren de potencia

• Partes principales del chasis

• Partes principales tren de potencia

• Unidad de potencia

• Brazo de perforación

• Correderas o deslizadoras

• Carrete

• Sistema hidráulico

• Sistema eléctrico

• Circuitos de agua y aire

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Deslizadera y perforadora Carrete del cable

armario

cabina canasto Motor

Sistemas móviles: track drill y rock drill Pluma o castillo

Deslizadora Perforadora neumática

Carrusel de barras

Motor neumático

brazo

Sistema hidráulico

orugas

Sistemas fijos

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5. Velocidad de penetración

• La velocidad de penetración en roca depende de muchos factores externos como:

Mecanización de la perforación

Propiedades físicas de las rocas Habilidad del perforista

Potencia de la perforadora

Distribución de tensiones

Estructura interna de la roca.

Características geológicas

Longitud y Diámetro del taladro

Características de perforación

• Estos factores hacen que el calculo de la velocidad de perforación sea complicado. • Todos los fabricantes de perforadora elaboran ábacos para poder tener una aproximación a la velocidad de penetración con ciertos supuestos geológicos. • También se han planteado formulas empíricas, estas generalmente se usan para el diseño y requerimiento de perforadoras.

Velocidad de perforación para perforadoras Rotación Percusión

30 KW

Propiedades

geológicas

40 KW

Propiedades de la perforadora

• La formula empírica para hallar la velocidad de penetración en perforadoras RP es: 𝑷𝒊

VP =𝟑𝟏 ∗ (𝑫𝟏.𝟒 ) Donde : Pi potencia impacto en KW D diámetro de taladro en mm

Caso Practico 3 • Calcular la velocidad de penetración en roca dura y suave de un martillo hidráulico que tiene las siguientes características: Presión de trabajo alcanzada (ρm) Presión de trabajo alcanzada (ρm) Carrera del pistón (Ip) Diámetro del pistón (Øp) Frecuencia de impacto(Ng) Diámetros de la broca

Solucion: Ec= ρm* Ap * Ip Determinamos Ap = 3.1416 (30/2)² = 706.86 mm

= =

180 bar para roca suave 150 bar para roca dura = 450 mm = 60 mm = 102 Hz = 45 mm a 64 mm

• Roca suave Convertimos presión a kg-f/m²= 180 bar * 10 197.16 = 1 835 489.2 kg-f/m² Ap = 𝐴 = 𝜋𝑟 2 = 2827 mm² = 0.002827 m²

Remplazamos en Ec. Ec = (1 835 489.2 kg-f/m² * 0.65) * 0.002827m² * 0.450 m = 1518 kg-f.m Convertimos esta energía a Kw si, 1 Kkgf-m = 0.009806 Kw Ec = Pi = 15 KW.

• Roca Dura Convertimos presión a kg-f/m²= 150 bar * 10 197.16 = 1 529 574 kg-f/m² Ap = 𝐴 = 𝜋𝑟 2 = 2827 mm² = 0.002827 m²

Remplazamos en Ec. Ec = (1 529 574 kg-f/m² * 0.65) * 0.002827m² * 0.450 m = 1264 kg-f .m Convertimos esta energía a Kw si, 1 Kkgf-m = 0.009806 Kw Ec = Pi = 13 KW

Remplazamos los valores en la formula y construimos la gráfica para cada diámetro de broca: 𝑷𝒊

VP =𝟑𝟏 ∗ (𝑫𝟏.𝟒 ) diámetro de la broca 45 48 51 54 57 60 63 66

Velocidad perforación Roca suave Roca Dura m/min m/min 2.25 1.95 2.06 1.78 1.89 1.64 1.75 1.51 1.62 1.40 1.51 1.31 1.41 1.22 1.32 1.14

2.40 velocidad perforación en m/min.

•

2.20 2.00 1.80 1.60 1.40 1.20

1.00 45

48

51

54

57

diametro en mm

60

63

66

Velocidad de penetración en perforadoras rotativas con triconos • La formula empírica para hallar la velocidad de perforación con perforadoras rotativas es VP

𝟔𝟑.𝟗 ∗𝑬´ ∗𝑵 =( 𝟐 𝟎.𝟗 ) 𝑹𝑪 ∗ 𝑫

Donde: E’ = Empuje en kg N = la velocidad de rotación en rpm RC= resistencia a la compresión de la roca en Mpa D diámetro de la broca en mm

El empuje E se calcula en base a: 𝑬=

(𝑬𝒎 + 𝑬𝒎𝒂𝒙) 𝟐

Donde Em = 28,5*RC* D EMax = 2 *Em E en lb. D en pulg. y RC en Mpa.

Una regla practica cuando las perforadoras utilizan su peso bruto (PB) para aplicar el empuje ( o pull down):

E = 0.65 PB

Caso practico 4 • Determinar la velocidad de penetración de una perforadora rotativa que usa una broca tricónica de 100 mm para las siguientes rocas: Tipo de roca

Resistencia a la compresión (Mpa)

Velocidad de rotación (RPM)

Suave

140

100

Media

180

60

Dura

210

40

• Solución DATOS

diametro diametro tipo de roca suave medio dura

100 mm 3.94 pulgadas Mpa 140 180 210

RPM 100 60 40

determinamos E tipo de roca

suave medio dura

Em 15709 20197 23563

Emax. 31417 40394 47126

Determinamos Velocidad de Perforación

suave medio dura

55.2 m/hr. 25.8 m/hr. 14.7 m/hr.

E (lb.) 23563 30295 35344

E (kg.) 10688 13742 16032

• Sin embargo esta VP es cuando no existe tiempos muertos y la disponibilidad de la perforadora es 100%, en la realidad esto no es así, entonces si la disponibilidad es 80% tenemos la velocidad media de perforación: 𝐕𝐌 = 𝟐 𝐕𝐏 𝟎.𝟔𝟓 Determinamos Velocidad de Perforación y la velocidad media VP VM

suave medio dura

55.2 25.8 14.7

m/hr. m/hr. m/hr.

27.13 16.53 11.49

m/hr m/hr m/hr

129

6. Características generales y de diseño

Perforadoras Ligeras Son aquellas maquinas que tienen un peso tal, que puede ser operadas por una sola persona, generalmente usan aire comprimido para funcionar, es decir son neumáticas. Son de fácil operación y mantenimiento, permiten perforar en zonas estrechas o de difícil acceso. Debido a su bajo requerimiento de energía permiten una buena relación de costo por metro perforado.

Partes principales de una perforadora Neumática mango

Válvula reguladora paso de aire grapa

Porta barreno

Barreno integral

Perforadoras de avance o desarrollo La necesidad operativa de incrementar las secciones, velocidad de producción e incremento de diámetros llevaron a que se mecanice la perforación, es decir, a que se introduzcan perforadoras montadas sobre vehículos o sistemas de perforación. Los sistemas constructivos de perforación involucran perforadoras diseñadas para construir labores verticales como piques y chimeneas, y tiene un alto grado de mecanización.

Perforadoras hidráulicas –

La diferencia principal con las neumáticas es que usan una serie de bombas para introducir un caudal de aceite lograr el movimiento del pistón y la rotación del varillaje, esto permite mayor potencia de trabajo.

–

Existen muchos modelos y están fabricadas de acuerdo al uso, las partes principales se ven en la siguiente diapositiva

Sellos Culata

Válvula de fluidos

bocina

Partes principales de perforadora hidráulica

Sistema de transmisión potencia

Pistón

Motor hidráulico

La perforación hidráulica supone un avance tecnológico con respecto a la neumática porque:

o

Se logra mayor presión con menor perdida de potencia en el trabajo, con esto se reduce el consumo de energía a 1/3 en comparación de los sistemas neumáticos.

o

Menor costo de accesorios de perforación (aceros), debido a que se usan pistones mas largos y de menor sección, se estima que la vida útil de los aceros se puede elevar hasta en 20%

o

Se incrementa la velocidad de penetración entre 50% a 100% con respecto a las perforadoras neumáticas

o

Mejores condiciones ambientales y de seguridad, se genera menor ruido debido a que no existe escape de aire.

o

Mayor versatilidad en la perforación debido a que se puede regular la presión y velocidad de la maquina.

o

Mayor facilidad de mecanización de las operaciones de perforación (cambio automático de varillaje, perforación con múltiples martillo y un solo operador, operaciones remotas, etc.)

Características principales

• Especificaciones Presión de Trabajo Frecuencia de impacto Potencia de impacto Frecuencia

75 a 250 bares 2000 a 6000 golpes/min 6 a 80 KW 60 a 180 Hz.

Varillaje de para perforadoras hidráulicas

Jumbos para trabajos específicos • Jumbos de avance y tajeo horizontal: • Estas maquinas se usan en: o Desarrollo de galerías, cruceros, rampas. o Tajos donde se perfora horizontalmente

• Se deben diseñar las labores de acuerdo a las dimensiones y área de cobertura de la máquina

Largo del brazo Longitud del barreno

altura

Longitud del Jumbo

• Jumbos para túneles:

– Son máquinas de mayores dimensiones que están equipadas con varias perforadoras hidráulicas, además suelen ser articuladas, con los que se logra mayor movilidad dentro del túnel

• Jumbos de bajo perfil

• Estas maquinas son de menor altura que los convencionales y se usan en labores donde no se pueden excavar secciones mayores a 20 m2

147

Perforadoras de Producción La perforación de producción esta ligada al método de explotación del yacimiento. Los equipos y el grado de mecanización de estos están en función directa al diseño geométrico de las labores de extracción de los minerales.

En los yacimientos estrechos (vetas), se usan perforadoras manuales, en los tajos donde el banqueo se hace perforando horizontalmente se usan Jumbos, en otros métodos donde las dimensiones del yacimiento lo permiten se usan perforadoras radiales, rock drill o perforadoras tipo DTH.

Jumbos radiales • Son perforadoras que pueden realizar taladros largos desde un galería en forma radial o paralela, algunas características básicas Para galerías pequeñas a medianas diámetros de perforación en el rango de 48 a 127 mm. Carruseles con capacidad de 17+1 barras para perforación mecanizada de hasta 32 m. Para galerías medianas a grandes en el rango de diámetros de perforación de 89 a 165 mm, adaptado para equipar martillos en fondo y carrusel con capacidad de 35+1 barras para perforación mecanizada de hasta 63 m.

150

Perforadoras para taladros largos • Son perforadoras montadas sobre orugas generalmente tipo rock drill (con martillos hidráulicos) o track drill (martillos neumáticos). • Estas están diseñadas para perforar horizontal o con una leve inclinación (menor a 30°) en bancos hacia abajo.

• Se usan en producción y pueden tener sistema DTH o OTH

Sistema de perforación

Partes de Rock drill

156

7. Factores operacionales y práctica operativa

Factores operacionales • La perforación es una de las actividades mas delicadas del proceso minero porque con esta se inicia la explotación del yacimiento. • La perforación es un proceso costoso y de alta precisión, de los resultados de esta dependerán las siguientes etapas de minado.

• Los factores operativos necesarios para que esta actividad se realice de la mejor forma son:

Factores Operativos

Planeamiento y gestión

Buenos programas de perforación : detalle, asignación y supervisión.

Maquina

Buena relación de Potencia y Diseño con el trabajo asignado

Factor humano

Habilidades para operar la máquina

Disposición y disciplina para respetar los procedimientos.

Capacidad técnica para el control del diseño y planes Disponibilidad mecánica alta

control del consumo de insumos y estandarización de parámetros.

Bajo consumo de energía

Capacidad técnica para entender y solucionar los parámetros (diseños de malla, diámetros, paralelismo, etc.)

Practicas operativas • La perforación en minería subterránea debe basarse en un procedimiento escrito que pueda estandarizar las actividades unitarias con el objeto de lograr mayor eficiencia y seguridad.

• Este procedimiento es particular en cada operación y para cada tipo de perforadora, si embargo podemos esquematizarlo de la siguiente manera:

Fase: planeamiento

Establecer Secuencia de perforación por zonas con base al plan de Minado.

1 Calcular el numero de taladros necesarios para

Diseño de malla de perforación de con base a estándares establecidos.

cumplir el plan de desarrollo y producción. 2 Asignar las perforadoras en cada frente de trabajo. 3 Optimizar el uso de maquinas. evitar maquinas stand by.

1 Establecer plantillas de malla de acuerdo a la zona Ubicación de los taladros programados en el de trabajo, calidad de la roca, estabilidad del frente, terreno. método de explotación, etc. 2 estandarizar el uso de aceros de perforación (brocas, barrenos, etc.).

1 Marcar con topografía las mallas establecidas, generando un reporte digital de los puntos a perforar. 2 generar y proveer planos, diagramas y toda la información necesaria a la supervisión

Fase: Operación

Antes de la Perforación

1 Reunión de seguridad y explicación del trabajo.

Durante la operación.

2 Elaboración de ATS (análisis de trabajo seguro)

1 Respetar los diseños de perforación

Despues de la perforación

3 Ejecutar el check list de la máquina y herramientas .

2 Controlar y documentar todos los eventos durante la perforación. ( # de taladros, orden de perforación, tiempo efectivo, demoras operativas y no operativas, etc.)

1 medición de los taladros y reporte final de los taladros perforados. 2 reporte de tiempos y consumos (combustible, energía, aceros, etc.) 3 reporte de eventos y llenado de los reportes de cambio de guardia.

Fase: gestión

Elaboración de estadisticas

1 Estadísticas de consumo: de combustible o energía, aceros de perforación, consumibles, etc..

Análisis de parámetros

Establecer ratios 2 Estadísticas de operación : velocidad de perforación 1 zona/maquina/insumo en cada tipo de roca, tiempos, etc.

de

consumos

por

retroalimentación 3 Demoras operativas y no operativas.

.

2 Establecer los ciclos de perforación por zona / tipo de trabajo/ maquina 1 Elaboración de planes. 3 Establecer la eficiencia operativas maquina/zona

por cada 2 identificación de oportunidades de mejora 3 Elaboración y control de presupuestos (costos asignados).

163

8. Criterios técnico-económicos de selección

• Existe un gran desarrollo tecnológico en perforación subterránea, esto ha hecho que cada vez existan máquinas mas especializadas. •

La selección de las perforadoras debe ser cuidadosa porque cualquier falla verá reflejada en la eficiencia operativa y por tanto en el costo.

• Normalmente en una mina existen diferentes trabajos de desarrollo y producción, entonces existen diferentes tipos de perforadora operando.

Tipos de perforadoras en operación

Criterio selección de perforadoras subterráneas

Aspectos técnicos

Aspectos económicos

Método (s) de minado

Financieros

seguridad

Producción requerida

Precio, costo beneficio, valor de rescate

Financiamiento: Tasa de interés, vida útil económica

Características geométricas y dimensiones de labores de desarrollo / producción

Costo de mantenimiento y reparación

Compatibilidad con otros equipos y maquinas.

Costo de aceros y accesorios.

infraestructura auxiliar (electricidad, ventilación, talleres, etc.)

Criterio técnico

Método Shirinkage

Producción

Preparación/desarrollo horizontal

Preparación/desarrollo vertical

Método sub level stoping

Producción

Preparación/desarrollo horizontal

Preparación/desarrollo vertical

Método cámaras y pilares

Producción

Preparación/desarrollo horizontal

Preparación/desarrollo vertical

Block caving

Producción

Preparación/desarrollo horizontal

Preparación/desarrollo vertical

Criterio económico • Se evalúa básicamente el costo de operación de la máquina. • En este costo se debe considerar – Costos fijos: Intereses del capital invertido, depreciación, impuestos y seguros. – Costos variables : combustible, perforación y mano de obra directa.

lubricantes,

aceros

de

• Algunas definiciones importantes – Inversión (V): se refiere al valor de la maquina, este puede ser CIF/FOB o puede incluir aranceles e impuestos. – Valor rescate (vr): es el monto económico que se piensa recuperar al final de la vida útil de maquina, generalmente se expresa en un % del valor inicial

– Vida útil (N) : es el periodo durante la maquina trabaja con un rendimiento económicamente justificable

– Inversión media anual (VIMA) :es el valor que se considera como invertido al principio de cada año de la vida de la maquina.

VIM =((N+1)/2N) x V V= valor de la maquina o inversión

– Depreciación (D) : es el costo que resulta de la disminución en el valor de la maquina como consecuencia de su uso

D = (V-vr)/ve ve= vida económica en horas. – Interés de capital invertido (I) : cualquier empresa para comprar maquinaria adquiere fondos de bancos o mercado de capitales, pagando una tasa de interés la misma que debe ser calculada en el costo operativo.

– MO mantenimiento y reparación: son los costos que se originan en la conservación de la maquinas. (mantenimiento preventivo). – Es difícil establecer un promedio de costo debido a las diferentes condiciones de trabajo, por eso se estimará en base a un %MR (tablas), V y vr.

Gastos de Mantenimiento y Reaparacion (MR) MR= % MR * (V/ve) Perforadora de ORUGAS cargadores Sobre Llantas ( de 1 a 3,5 yd3) Cargadores Sobre Llantas ( de 4 a 8 yd3) Retroexcavadora de Oruga Tractores de Oruga (250 HP) Motoniveladoras Rodillo

0.70% 0.60% 0.60% 0.60% 0.60% 0.60% 0.60% 0.55%

– Consumo de Combustibles y Lubricantes: El consumo de combustible es dado por el fabricante, hay que corregir por altura (perdida de potencia de motor por altura geográfica). – Los consumos de lubricantes y demás consumibles también son dados por los fabricantes. Para el calculo previo se ha relacionado este al consumo de combustible.

– Mano de Obra directa : se considera al personal que esta directamente involucrado en la operación de la maquina (perforista). El costo generalmente es proporcionado por RRHH. – Aceros de perforación : de debe determinar la vida útil de cada uno de ellos, inicialmente se determina en base a tablas del fabricante, sin embargo se debe llevar una estadística del consumo en campo para tener mejor datos.

Caso práctico 5 El plan minero de mina Rocasa sido diseñado para el método corte y relleno con 14 metros de altura rebaje en los niveles superiores y de 17 a 20 metros de altura rebaje en los niveles inferiores. La altura rebaje inferior incluye mayores costos por tonelada de mineral, pero tiene menores costos teniendo en cuenta el refuerzo de rocas. El minado apunta que empezar desde el nivel más profundo para minimizar las pérdidas de mineral en pilar horizontal. Calcular el costo horario de las perforadoras necesarias para la explotación con los siguientes datos:

– Precio Maquinas – Jumbo 2 brazos – Perf. taladros largos

600,000 800,000.

– Valor rescate – Jumbo – Perf. Taladros largos

10% 12%

– Vida útil en horas – Jumbo – Perf. Taladros largos

60,000 80,000

– Tasa de interés – Jumbo – Perf. Taladros largos

12% 8%

Solución

Corte y relleno

Producción

Preparación/desarrollo

– Determinamos la inversión promedio anual, con los datos proporcionados para el Jumbo de 2 brazos:

A.-

DATOS Tasa Interes efectiva anual (TEA) Condiciones de Operación

12.00%

Maquina

JUMBO 2brazos

PROMEDIO

Potencia de Motor VALOR DE LA MAQUINA (V) Valor residual - termino de vida util (10%)

Precio Base de Depreciación Tiempo de Depreciación

Horas de operación por año

Inversión Anual Promedio = Inversión Anual Promedio =

600,000

US$

60,000

US$

540,000

US$

60,000

Vida Util Hrs (ve)

8.33

Años (N)

2.0

Guardias/día

10.00

Hrs efect./Gdia.

7,200.00 N+1 x V 2N

Horas

336,000.00

US$

– Calculamos el costo de propiedad horario de la perforadora Jumbo: B.-

COSTO DE POSESIÓN o PROPIEDAD US $/ Hr.

Depreciación por Hora = Costo Financiero

=

Costo de Posesión por Hora

Precio Base Depreciacion Tiempo Depreciacion (hrs) (N+1/2N) x V x i x N Vida Util Hrs

= = =

9.00 5.60

14.60

– Calculo del costo de Operación, debemos saber que: » La máquina consume 10 gph de diesel » El precio del diesel 3.75 $/galon. » El consumo de grasa y lubricantes representa 68% del precio del combustible » Los gastos de mantenimiento MR = 0.70

– Calculamos el costo de propiedad horario de la perforadora Jumbo: B.-

COSTO DE POSESIÓN o PROPIEDAD US $/ Hr.

Depreciación por Hora = Costo Financiero

=

Costo de Posesión por Hora

Precio Base Depreciacion Tiempo Depreciacion (hrs) (N+1/2N) x V x i x N Vida Util Hrs

= = =

9.00 5.60

14.60

– Calculo del costo de Operación, debemos saber que: » La máquina consume 10 gph de diesel » El precio del diesel 3.75 $/galon. » El consumo de grasa y lubricantes representa 68% del precio del combustible » Los gastos de mantenimiento MR = 0.70

C.-

COSTOS DE OPERACIÓN

Consumo Diesel

US $/ Hr.

10.00

Gln/hr

3.75

US$ / Galón

Consumo de aceite, grasas, filtros, etc. (% consumo combustible segun dato)

37.50 25.31

Mantenimiento y Reparacion MR=%MR*(V/ve)

7.00

69.81

Costo de Operación por Hora

– Calculamos la mano de obra directa, los costos de aceros de perforación y el costo total horario del Jumbo

F

MANO DE OBRA DIRECTA

Personas

1.00

basico + bonificaciones G

Accesorios Aceros de perforacion

Costo Accesorios H

COSTO TOTAL HORARIO

$

hr/mes

2500.00

240.00

Vida Util

Precio

Hrs. Efect.

USD $

200.00

10.42 US $/ Hr.

2000

10.00

10.00

104.83

• Solución para la Perforadora de taladros largos: – Determinamos la inversión promedio anual, con los datos proporcionados : A.-

DATOS Tasa Interes efectiva anual (TEA) Condiciones de Operación

8.00%

Maquina

DTH

PROMEDIO

Potencia de Motor VALOR DE LA MAQUINA (V) Valor residual - termino de vida util (10%)

Precio Base de Depreciación Tiempo de Depreciación

Horas de operación por año

Inversión Anual Promedio = Inversión Anual Promedio =

800,000

US$

80,000

US$

720,000

US$

80,000

Vida Util Hrs (ve)

11.11

Años (N)

2.0

Guardias/día

10.00

Hrs efect./Gdia.

7,200.00 N+1 x V 2N

Horas

436,000.00

US$

– Calculamos el costo de propiedad horario de la perforadora DTH: B.-

COSTO DE POSESIÓN o PROPIEDAD US $/ Hr.

Depreciación por Hora = Costo Financiero

=

Costo de Posesión por Hora

Precio Base Depreciacion Tiempo Depreciacion (hrs) (N+1/2N) x V x i x N Vida Util Hrs

= = =

9.00 4.84

13.84

– Calculo del costo de Operación, debemos saber que: » La máquina consume 12 gph de diesel » El precio del diesel 3.75 $/galon. » El consumo de grasa y lubricantes representa 60% del precio del combustible » Los gastos de mantenimiento MR = 0.75

C.-

COSTOS DE OPERACIÓN

Consumo Diesel

US $/ Hr.

12.00

Gln/hr

3.75

US$ / Galón

Consumo de aceite, grasas, filtros, etc. (% consumo combustible segun dato)

45.00 27.90

Mantenimiento y Reparacion MR=%MR*(V/ve)

7.50

80.40

Costo de Operación por Hora

– Calculamos la mano de obra directa, los costos de aceros de perforación y el costo total horario de la perforadora DTH

F

MANO DE OBRA DIRECTA

Personas

1.00

basico + bonificaciones G

Accesorios Aceros de perforacion

Costo Accesorios H

COSTO TOTAL HORARIO

$

hr/mes

2500.00

240.00

Vida Util

Precio

Hrs. Efect.

USD $

200.00

10.42 US $/ Hr.

3000

15.00

15.00

119.66

189

9. Mantenimiento de equipos

• El mantenimiento se realiza de acuerdo a las especificaciones de fabricante y generalmente esta referido a lubricación y cambio de piezas que se desgastan por el uso.

• Las partes que tienen un mantenimiento preventivo especificado son:

o Sistema Hidráulico : para percusión, rotación, avance y posicionamiento del boom.

o Sistema Eléctrico : Para la operación y control de los motores eléctricos

o

o Sistema de Agua : Para el barrido de la broca y enfriamiento del aceite hidráulico.

Sistema de Aire : Para lubricación y presurización del cabezal (front head) de la perforadora.

Mantenimiento diario 1. Engrasar todos los puntos indicados 2. Tenga cuidado de la lubricación del brazo hidráulico y de la viga de avance. 3. Revisar el ajuste de los pernos. 4. Revisar el nivel de aceite; agregar aceite cuando sea necesario. 5. Revisar el ajuste de los terminales. 6. Revisar los apoyos centralizadores. 7. Observar si existen fugas de agua y aceite. 8. Observar la condición de los filtros de retorno. 9. Cuando cambie mangueras recuerde taparlas para mantenerlas limpias, además no olvide de taponear las conexiones de la perforadora cuando la remueva para reparación. 10. Mantenga la limpieza también cuando reemplace el acumulador.

194

10. Seguridad y prevención de accidentes

• La seguridad en el trabajo es el tema mas importante en la minería subterránea. • Existe legislación y reglamentos para regular y prevenir accidentes, estos varían en cada país, si embargo todos buscan eliminar los accidentes. • La gestión de la seguridad es integral, para esto se han diseñado sistemas, que a través de la capacitación, procedimientos, análisis situacionales, etc. permiten que se cumpla los objetivos planteados.

• El sistema se basa básicamente en:

Sistema Gestión Identificación de peligros evaluación y control riesgos IPERC

Procedimiento Escrito de Trabajo Seguro

PETS

Análisis de trabajo seguro

ATS

IPERC • Se debe construir una matriz de peligros, riesgos y los controles para controlar los accidentes en cada proceso.

PETS • Siempre se debe escribir el procedimiento del trabajo a realizar, este debe ser conocido por todos los trabajadores involucrados.

Procedimiento trabajo seguro en perforación Verificar Abrir la válvula del fondo para eliminar el agua que puede haber aumentado en el lubricador y el tanque principal.

Revisar los niveles de aceite del tanque hidráulico y Lubricador central y agregue cuando sea necesario. Revisar el nivel de agua en el purificador de agua (si posee uno) y agregar cuando sea necesario

Antes de arrancar Todos los procedimientos de mantenimiento se han ejecutado. La transmisión esta en neutral. La válvula selectora de control del brazo hidráulico en la posición adecuada. Revisar la altura adecuada el techo de seguridad. Mover el brazo a la posición de manejo, rotar la viga de avance sobre el brazo y baje el extremo posterior contra el brazo. Mover el extensor, viga de avance y la perforadora a la posición posterior. Antes de operar verificar que el freno de parqueo esté funcionando perfectamente.

Conducir Use todo el EPP Requerido Cuando arranque realice la prueba de verificación de los frenos de servicio inmediatamente. No esta permitido llevar pasajeros. Si es eléctrico Asegúrese que el cable está apropiadamente fijado, y que el tapón y el enchufe este limpio para evitar el daño a ellos. Observe la longitud del cable. Verifique la tensión y la longitud del cable al manejar hacia la ubicación de trabajo

Antes de perforar Estacionar a una distancia adecuada del frente de Perforación. Apagar el motor diesel y aplicar el freno de parqueo. Conectar el interruptor principal de corriente y el de luces. Conectar la manguera de agua. Antes se debe limpiar las mangueras para abrir las líneas de alimentación. Revisar el lugar de perforación, que exista una visión adecuada y el techo de la galería este segura. Conectar la manguera de aire cuando sea necesario. Limpiar la manguera antes de conectarla.

arrancar la perforadora Arrancar la bomba de agua y el compresor. Revisar que los controles de operación y el panel de control estén en la posición central (neutro) y las perillas de parada de emergencia estén en la posición aplicado. Arrancar el Sistema hidráulico, presionando el botón de arranque (start). Utilizando las gatas ubicar el jumbo paralelamente al eje axial del túnel. Posicionar la viga de avance paralela con el eje de rotación del brazo, para ello es posible utilizar el sistema de paralelismo automático. Ver la malla de perforación a utilizar y revisar la secuencia de los taladros a perforar. Usando el cilindro de extensión de la viga de avance posicionarlo contra la roca.

perforar Coloque los controles de la rotación, percusión y de avance a la posición de perforación. Revise que la inyección de agua está operando. El agua debe fluir libremente a través del barreno de la perforadora. La presión recomendada de trabajo es: • Con flujo separado 5 – 15 bar. • Con flujo central 5 – 10 bar. Cuando la broca este penetrando en la roca un poco, entonces usted puede aplicar todo el poder de perforación adelante. La percusión y el avance estarán operando ahora a todo el poder posible. Revise que el barreno está en el medio de los centralizadores. Ajuste la posición de la viga de avance cuando sea necesario.

Al final Haga reposar la perforadora a una distancia de 5 – 10 cm de la parte posterior para prevenir la fatiga del resorte amortiguador de choques. Remover la broca y cambiarla por una nueva. Mover la viga de avance y el brazo hidráulico a la posición de traslado. Verificar la altura correcta del techo de seguridad protector al momento del traslado. Desconectar la manguera de agua. En lugares donde las temperaturas sean extremadamente frías corte el flujo de agua inmediatamente.. Subir las gatas. Desconectar la línea de alimentación de energía eléctrica y desconecte el interruptor generación Observar la viga de avance para impedir al cable caerse, y tener el cuidado de no golpear los extremos de las alimentaciones. Maneje cuidadosamente y evite las paradas súbitas. Cuando se detenga estacione el jumbo en una lugar seguro y apropiado, utilizando las gatas dispuestas .

ATS • Antes de realizar una labor se debe identificar los riesgos y determinar los controles por cada uno de los trabajadores, estos deben quedar documentados.

¡NUNCA! Usar herramientas no autorizadas Usar equipo o accesorios en mal estado

Transportar personas en la perforadora

Usar el aire comprimido para limpiar la ropa de trabajo. No deben faltar o estar en mal estado los seguros de mangueras o tubos que trabajan con alta presión.

Introducir la manos en partes en movimiento ( usar guardas) Usar prendas o elementos que puedan quedar atrapadas en partes en movimiento

¡SIEMPRE ANTES DE PERFORAR!

205

11. Impacto de la selección de la perforadora en los costos totales

• El costo de perforación es inversamente proporcional a la velocidad de penetración de la perforadora CP = 1/VP • De esta relación se deduce que el impacto en el costo total de perforación, esta influido por la mejor selección de la máquina , es decir que se debe elegir la maquina de mayor rendimiento para las condiciones de la operación.

Caso práctico 6 • En una mina donde se produce 117,000 TM/mes de mineral y donde se extrae 13 750 TM/mes de desmonte por la preparación, se tiene los siguientes datos de los costos e inversiones: Costos Totales Exploracion Perforación DESARROLLO Perforación PRODUCCION Voladura DESARROLLO Voladura PRODUCCIÓN Sostenimiento Carguio DESARROLLO Carguio PRODUCCION transporte desarrrollo transporte produccion

US$ 228,204 50,922 157,507 20,177 91,832 8,661 35,140 247,385 9,839 90,415

$/TM 0.95 3.70 1.35 1.47 0.78 1.41 2.56 2.11 0.72 0.77

Planta Chancado Flotación Refinación

386,043 391,121

2.99 3.02

1,439,311 3,156,558

162.96 184.79

Peforación

Voladura Carguio Transporte

Planta

Equipo Perforadora Exploracion Perforadora Desarrollo Perforadora Produccion Bulk Loader SCOOPTRAM dumper Auxiliares CHANCADO FLOTACION REFINACION

Valor Unitario Equipo 500,000 500,000 500,000 450,000 350,000 400,000 200,000 5,000,000 5,000,000 50,000,000

cant. 2 1 2 1 4 7 3 1 1 1

Inversión total inicial (CAPEX) 1,000,000 500,000 1,000,000 450,000 1,400,000 2,800,000 600,000

costo de propiedad mensual 15,120 9,360 18,720 6,804 26,208 52,416 11,412

5,000,000 5,000,000 50,000,000 67,750,000

93,600 93,600 648,000 975,240

• Determinar impacto del costo de perforación y el costo de las perforadoras en el costo total.

• Solución: El impacto del costo de perforación representa el 6.6 % del total mensual Costos Totales Exploracion

US$ % del costo total 228,204 7.2%

Perforación DESARROLLO

50,922

Perforación PRODUCCION Voladura DESARROLLO Voladura PRODUCCIÓN Sostenimiento Carguio DESARROLLO Carguio PRODUCCION transporte desarrrollo transporte produccion

157,507 20,177 91,832 8,661 35,140 247,385 9,839 90,415

1.6% 5.0% 0.6% 2.9% 0.3% 1.1% 7.8% 0.3% 2.9%

Planta Chancado Flotación Refinación

386,043 391,121

12.2% 12.4%

1,439,311 3,156,558

45.6% 100%

Si consideramos que el costo mensual de las perforadoras se representan en la amortización + la depreciación entonces el impacto en el costo total del equipo es 0.89% del costo total

Peforación

Voladura Carguio Transporte

Planta

Equipo Perforadora Exploracion

depreciación Depreciación y Valor Unitario cant. amortizacion Equipo Equipo mensual x equipo mesualxequipo amortización Total % costo total 500,000 2 10,800 4,320 15,120 0.48%

Perforadora Desarrollo

500,000

1

5,400

3,960

9,360

Perforadora Produccion Bulk Loader SCOOPTRAM dumper Auxiliares

500,000 450,000 350,000 400,000 200,000

2 1 4 7 3

5,400 4,860 3,780 4,320 2,160

3,960 1,944 2,772 3,168 1,644

18,720 6,804 26,208 52,416 11,412

5,000,000 5,000,000 50,000,000

1 1 1

54,000 54,000 270,000

39,600 39,600 378,000

93,600 93,600 648,000 975,240

CHANCADO FLOTACION REFINACION

0.30% 0.59% 0.22% 0.83% 1.66% 0.36% 0.00% 2.97% 2.97% 20.53% 31%

211

12. Optimización Operativa

• La optimización operativa en la perforación va estar influida por el uso de software de diseño y la automatización de la perforación Diseño con sotfware •Mejor calculo de los parámetros geométricos, burden espaciamiento. •Mejor calculo de explosivos que resulta en mejor fragmentación y mayor avance.

automatización •control informático permite medir todos los parámetros de perforación y adaptarlos a las necesidades requeridas y además con la utilización de sensores y servo válvulas permite situar los barrenos en su posición exacta, evitando las imprecisiones que son provocadas por errores humanos

Mejores resultados •Ahorro de mano de obra •Menor tiempo de perforación •Menor sobre perforación •Control de la operación •Ahorro en varillaje y explosivos •Menores costos de excavación y seguridad en el trabajo

La automatización permite poder perforar automáticamente una malla completa bajo la dirección de un software y el mínimo de interferencia por parte del operador. Es apropiado para todas las aplicaciones que requieren una localización exacta de los barrenos para dar un perfil deseado con un mínimo de sobre excavación y un mínimo de daño a la roca circundante.

bibliografía Introducción al Jumbo Hidráulico Universidad Nacional de Ingeniería- Centro de formación técnica. Manual de perforación y voladura de Rocas Instituto GeoMinero España Manual Práctico de Voladura 3ra Edición EXSA Ing. Jesús Ramos Salazar El equipo y sus costos de operación CAPECO 1996 Universidad Politécnica de Valencia PoliBlog Ing. Victor Piqueras.

Paginas Web www.codelcoeduca.cl/procesos_productivos/escolares_extraccion_ equipos_asociados.asp www.accessscience.com/undergroudmine www.atlascopco.com.pe/ pol.atlascopco.com/ www.mining.sandvik.com/ www.serminsa.cl/