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NORMAS DE SEGURIDAD EN PERFORACION Y VOLADURA Introducción Al inicio de la minería, a nivel mundial no existía ley que la regía, mucho menos en el Perú. Así como la ciencia y la tecnología avanza, también fue reglamentándose la industria minera, obteniendo la evolución de las leyes en seguridad. Ley babilónica: L b biló i Códi de Código d Hammurabi H bi Ley inglesa (1982 y 1875): Ley de los explosivos Ley alemana (1880) Ley norteamericana (1887) P h.D. - Carlos Agreda -
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Con la Revolución industrial y la lucha de la clase obrera, se establecieron los Reglamentos de Seguridad Minera y, últimamente, el 21 de agosto 2010 se aprobó el Decreto Supremo 055-2010-EM. 055 2010 EM Las operaciones mineras unitarias binomiales de perforación y voladura son las que dan inicio a toda la explotación minero-metalúrgica. La industria minero-metalúrgica es una actividad que por su naturaleza y complejidad representa un alto riesgo para todos los inmersos en esta actividad extractiva. P h.D. - Carlos Agreda -
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Por lo que a nivel mundial, se han instituido una serie de normas de seguridad; en este caso para las personas que trabajan en perforación y voladura de rocas. En el Perú, Perú el MEM (Ministerio de Energía y Minas) es el encargado de regular y hacer cumplir todas la normatividad y reglamentación referente a esta materia. También, se puede mencionar a la DICSCAMEC que regula y norma todas las actividades concernientes al almacenamiento, manipuleo, transporte y uso de todas las MEC y los accesorios de voladura.
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Cabe enfatizar que a partir del año 2003, profesionales de la fabricación de explosivos, de la industria minera, de universidades, etc. se han venido reuniendo en la Sociedad Nacional de Industrias, Industrias formado el denominado Comité Técnico de Normalización de los Accesorios de Voladura y MEC; quienes han trabajado en este tema, material que se encuentra disponible en el Indecopi. Lo mismo, mismo otro equipo de profesionales también se encargaron de regular y controlar el almacenaje, manipuleo, transporte y uso de los productos pirotécnicos.
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Por otro lado, como ya se sabe, cada compañía minera tiene su departamento de seguridad e higiene minera, el cual se encarga de cumplir y hacer cumplir todas las normas y regulaciones vigentes, entre las cuales se puede mencionar las siguientes: g
Capacitar permanentemente a todo el personal Charlas de 5 minutos antes de comenzar las labores Vestimenta e implementos de seguridad Examen psicológico, etc.
Se reitera que el 21 de agosto de 2010, en el capítulo VI desde el art. 243º al 269º, se especifica la normatividad en cuanto a perforación y voladura de rocas.
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PERFORACION
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PERFORACION Introducción Como se sabe, la cadena de valor de la industria minerometalúrgica comienza con las operaciones unitarias binomiales de perforación y voladura, terminando con la obtención de los metales y/o concentrados. Por otro lado, muchos investigadores a nivel mundial han demostrado que la fragmentación obtenida como resultado de las operaciones mineras unitarias de perforación y voladura tienen un impacto hasta del 70% del costo total (US$/Tm) en las operaciones minero-metalúrgicas.
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Es decir, se debe efectuar un profundo análisis en donde se debe invertir más.
kgg eexpp losivo($) / tm L.F . 1 O US $ 2 kW hmolienda
Obviamente, que se ha demostrado a nivel mundial que es mucho más rentable invertir en (1) que en (2), porque los (kW - h) tienen un costo mayor.
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En el planeamiento de minado, el encargado de este departamento determina la cantidad, la capacidad y las especificaciones técnicas de las perforadoras. Para una adecuada perforación y evacuación de los detritus, se aplica los modelos matemáticos de los investigadores, entre ellos el Dr. Alan Bauer. Conocida la caracterización geomecánica y mecánica de rocas de macizo rocoso y el adecuado diseño del disparo p primario, en especial el parámetro de Burden y las características de la MEC, se obtendrá una buena fragmentación.
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La variable que determina la productividad y los costos de todas las operaciones mineras subsiguientes a la perforación y voladura es la fragmentación. Conocer en forma genérica los modernos conceptos y modelos matemáticos de perforación. Revisar la tecnología más moderna existente a nivel mundial en perforación. Determinar las mallas de perforación para lograr una adecuada penetración a la roca, formando los taladros que posteriormente serán llenados con MEC.
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CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE PENETRACION A UNA ROCA Se efectúa tomando en cuenta lo siguiente: Dimensiones del taladro Mét d de Método d montaje t j Tipo de energía a usarse Los mecanismos de penetración a una roca según el método de ataque a esta son los siguientes: Percusión Rotación Roto-percusión El sistema de penetración a una roca usando el ataque mecánico es el más usado a nivel mundial en las operaciones mineras. P h.D. - Carlos Agreda -
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COMPONENTES OPERACIONALES DE UN SISTEMA DE PERFORACION Perforadora: fuente generadora de la energía. Barrenos: trasmisor de la energía. Broca: aplicador de la energía energía. Circulación del fluido: enfriamiento y limpieza.
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PRINCIPALES FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PERFORACION Perforadora Barrenos Broca Circulación del fluido Dimensiones del taladro Roca Los factores anteriores son los componentes del sistema de perforación variables operacionales, los cuales se controlan dentro de ciertos límites y ellas deben ser seleccionadas para adecuarse al tipo de roca.
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El dimensionamiento del taladro comprende tamaño, profundidad e inclinación de este. Son dictados principalmente por requerimientos externos y ellos son variables independientes durante el proceso de perforación. Los factores de la roca mencionados anteriormente son ambientalmente determinados. Estos factores son también variables independientes durante el proceso de la perforación y, de acuerdo a Tandanand (1973), incluyen los siguientes parámetros: Propiedades de la roca: resistencia compresiva, porosidad, contenido de humedad, cohesión, etc.
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Condiciones geológicas: petrología y condiciones estructurales, fracturas, contactos, fallas, etc. Estado del esfuerzo: presión in situ, etc.
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ANALISIS DE RENDIMIENTO DE UNA PERFORADORA Aunque algunos criterios más sofisticados han sido propuestos, los siguientes son empleados casi exclusivamente para evaluar el rendimiento de un sistema de perforación dado o para comparar los resultados de varios sistemas de perforación.
Energía o fuerza Rango de R d penetración t ió Desgaste de la broca Costos
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PERFORACION
Definición Es el proceso de penetrar a la roca para la formación de taladros.
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Clasificación de la perforación
Percusiva
Rotativa
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La perforadora, el barreno y la broca constituyen el sistema de perforación y son considerados como variables de diseño. El tamaño y la profundidad del taladro dependen de los di ñ diseños d voladura de l d y de d los l requerimientos i i t d lla de producción. Es importante enfatizar que el macizo rocoso es una variable totalmente aleatoria.
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PARAMETROS DE RENDIMIENTO Energía Rango de penetración Desgaste de la broca Costos
Se considera que la medida de la eficiencia de la perforadora es la energía específica “e” o la energía consumida por unidad de volumen de roca fracturada. P h.D. - Carlos Agreda -
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EFICIENCIA DE LA PERFORACION Teale ((1965)) y Bayley y y ((1967)) dedujeron j que una medida q muy útil de la eficiencia de la perforación para una maquina perforadora dada es la energía específica. La energía específica es la energía consumida por el volumen unitario, unitario explicada en la siguiente expresión matemática.
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Lo dicho anteriormente, se expresa matemáticamente de la siguiente manera:
e
E P V APR
e: energía específica E: energía de soplo (BPM) V: volumen de roca fracturada (pies3) A: área del taladro (pies2) PR: rango de penetración (pie/min) P: presión (psi)
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RANGO DE PENETRACION (PR) Se expresa como un avance lineal: PR dv / dt (1) A dv/dt: razón de cambio de volumen de roca fracturada La dependencia de la razón de remoción con la energía aplicada ha sido determinada por la siguiente proporcionalidad:
V E ( 2)
No tomando en cuenta la energía empleada para iniciar la penetración y tomando la derivada respecto al tiempo, de la ecuación (2) se obtiene lo siguiente:
dv dE (3) dt dt
1 0
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De la ecuación (1), se tiene
PR. A
De las ecuaciones ((3)) y ((4), ), se tiene
Por tanto,
PR
dv ( 4) dt
PR. A
dE dt
dE / dt A
Por definición, se tiene
dE / dt P A
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De (1) y (3), se obtiene lo siguiente:
PR
P
Es una relación importante para un tamaño de broca dado, entonces se perforará más eficientemente una roca, si se aplica mayor energía sobre la broca. Para una relación general para varios sistemas de perforación, se tiene lo siguiente:
PR
P Ae
En conclusión, se dice que “una roca se perforará más rápidamente, si se le aplica mayor energía”. P h.D. - Carlos Agreda -
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PERFORACION ROTATIVA
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PERFORACION ROTATIVA Principios de la energía de operación Son máquinas diseñadas para operar con gran fuerza de avance (pull down) y un sistema rotacional. Los componentes principales de la perforadora rotativa son el barreno, la broca y la circulación de flujo de aire para la limpieza de los taladros. Para una eficiente perforación, los detritus de roca formados por la p p perforación en los taladros deben ser evacuados p para evitar que sean triturados por los elementos cortadores de la broca, para ello debe suministrase una circulación de aire y así evacuar dichos detritus. También, debe suministrarse agua para controlar el polvo. P h.D. - Carlos Agreda -
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BROCAS El tipo de brocas usadas a nivel mundial, en perforación rotativa en minas superficiales, es la broca tricónica con conos dispuestos excéntricamente para tener una mayor acción trituradora.
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BROCAS TRICONICAS La broca es el componente principal, aplicador de la energía durante la perforación. Su función es triturar t it o desagregar d l roca en ell la proceso de perforación. La broca tricónica es de acción trituradora y hendedora. Tiene tres rodillos o conos con elementos cortadores (dientes o insertos), pero la estructura real del fondo que crea la geometría de la broca tricónica es la formación de una pequeña convexidad en el centro y algo más profunda en la periferia. P h.D. - Carlos Agreda -
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TIPOS DE BROCAS TRICONICAS Existen dos tipos de brocas tricónicas: 1. De dientes. Los tipos de brocas con dientes de acero son usados para terrenos suaves a semiduras que tienen una resistencia a la compresión < 14 500 p psi. La ventaja de las brocas de dientes de acero es su bajo costo, pues valen la quinta parte de uno de insertos. P h.D. - Carlos Agreda -
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Diagrama conceptual mostrando la vida de las brocas rotativas de dientes de acero vs. el diámetro de estas, perforando en rocas de diferentes Sc. P h.D. - Carlos Agreda -
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PESO POR PULGADA AS DE DIAMETRO DE BROCA A (W/) (MILES DE LB)
Diagrama conceptual mostrando el peso recomendado del empuje hacia abajo (W/) por pulgada de diámetro de broca vs. el diámetro de broca.
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Vida de la broca
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Diagrama conceptual mostrando la vida de la broca vs. el peso del empuje hacia abajo para una broca de 9 7/8” de diámetro, perforando en una roca dura. (W/) P h.D. - Carlos Agreda -
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2. De insertos. Son usados en rocas competentes, con una Sc > 14 500 psi.
La ventaja de estos es que requieren menos empuje para conseguir una velocidad de penetración. Reducen las vibraciones, produciendo menos fatiga en la perforación. Disminuyen el desgaste sobre el estabilizador y la barra porque los insertos de carburo mantienen el diámetro de la broca, mejor que los dientes. Producen menos pérdidas de tiempo por cambio de brocas.
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Diagrama conceptual mostrando t d las l b brocas rotativas con insertos vs. el diámetro de estas, perforando en rocas de diferentes Sc.
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PULL DOWN Se debe aplicar un adecuado pull down balanceado con la rotación de acuerdo al tipo de roca. El Dr. Alan Bauer después de todas sus investigaciones recomendó lo siguiente: Ø 6 ¾ pulg → 5,500 lb/pulg Ø 9 7/8 pulg → 6,500 lb/pulg Ø 12 ¼ pulg → 7 7,200 200 lb/pulg
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Rotación Los rangos de rotación más comunes en perforación rotativa, en minería superficial, son los siguientes: De 60 60-90 90 RPM para rocas competentes De 90 RMP para rocas suaves Caballos de fuerza (HP) Los requerimientos de HP para brocas tricónicas rotativas pueden ser calculados por la siguiente fórmula:
HP NKD 2.5 T 1.5 P h.D. - Carlos Agreda -
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HP: caballos de fuerza N: velocidad rotativa RPM K: constante que depende el tipo de roca D: diámetro de la broca (pulg) T: empuje en 1000 lb/pulg del diámetro de la broca
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62 123
Los valores de K son estimados según el siguiente cuadro: Resistencia compresiva del tipo de roca (Sc)
K x 10-5
Muy suave
-
14
Suave
-
12
Medianamente suave
2,500
10
Media
, 8,000
8
Competente
30,000
6
Muy competente
68,000
4
Tipo de roca
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SELECCION DEL TAMAÑO Los parámetros a tenerse en cuenta en la selección del tamaño de las perforadoras son la máxima profundidad de t l d taladros, ell índice í di de d perforabilidad f bilid d de d la l roca, ell burden, b d ell espaciamiento, la inclinación y el diámetro de los taladros requeridos para la voladura. P/E (pulg/lb) y con ello se predice el rango de penetración con la siguiente relación matemática:
P W PR 112.5 RPM E C P h.D. - Carlos Agreda -
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Donde PR: rango de penetración fph RMP: velocidad rotativa RMP P/E: índice de perforabilidad (pul/lb) W: empuje (en 1000 lb) D número D: ú t t l de total d dientes di t de d la l broca b
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MODELO MATEMATICO PARA CALCULAR EL RANGO DE PENETRACION (PR) PARA LA PERFORACION ROTATIVA
126
El cálculo del rango de penetración relacionando la resistencia de compresión uniaxial, el peso por pulgada de diámetro de broca y la velocidad de rotación; realizado por el Dr. A. Bauer; fue plasmado en la siguiente ecuación:
W PR 61 28 Log Sc
RPM 300
PR: rango de penetración (pies/h) S resistencia Sc: i t i compresiva i uniaxial i i l en 1000 psii W/Ø: peso por pulgadas del diámetro de la broca en 1000 lb RMP: velocidad rotativa RMP
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Drilling performance of bits set with SYNDAX 3 cubes in pennant sandstone and in a dolomitic limestone.
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Penetration rate versus depth drilled for an 18 element SYNDAX 3 cube bit in grey marble
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65 129
Comparative drilling performance of a 30 element SYNDAX 3 triangle bit and an 18 element cube bit in norite granite.
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Penetratio rate as a function of depth drilled for a 30 element SYNDAX cube bit in paarl granite (250 Mpa)
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66 131
COMPRESSIVE STRENGTII (THOUSANDS S OF PSI)
PENETRATION RATE VERSUS ROCK COMPRESSIVE STRENGTH FOR 50R. AND HAMMERS
50 40 H
30
L M
K M
20 BJ 10
QT
H C 10
20
BQ J 50R
M
9 f’’
100 HAMMER
7,7½’’
30
40
50
PENETRATION RATE (FT/HR)
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COMPRESSIV VE STRENGTH (THOUSANDS OF PSI)
COMPARISON OF HAMMER DRILL AND 50R COTS/FT. OF HOLE 60 50 R (9f’’)
50
HAMMER DRILL (7’’)
HAMMER DRILL(9’’)
40 30 20 10
1
2
3
DOLLARS / FT OF HOLE
4
5
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PENETRATION RATE VERSUS HOLE DIAMETER FOR PERCUSSIVE DRILLS
PENETRATION RATE (FT/H HR)
70
20 – 25,000 psi compressive strength
60
x 12,000 psi compressive strength
50 x 40 30
x
20
x
10 2
3
4
5
6
HOLE DIAMETER (INS)
7
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Penetration rate vs. Weight on bit
134
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68 Penetration rate vs. Rotary speed
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136
Air volume vs. Air pressure
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69 137
Air flow through bearings vs. Nozzle size (pressures in excess of 10 psi)
Percentaje of air flow through bearings for various pressure P h.D. - Carlos Agreda -
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PROBLEMA DE APLICACION N.º 1 En una operación minera de Cu porfirítico para llevar a cabo la operación minera unitaria de perforación, se está usando una perforadora rotativa BE 60R y se cuenta con la siguiente información: Perforadora rotativa: BE 60R Peso de la p perforadora: 90,000 , lb RPM Max 90 Diámetro del taladro 9 7/8” Resistencia compresiva de la roca Sc = 2,104 kg/cm² P h.D. - Carlos Agreda -
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Se pide calcular lo siguiente: 1. El tiempo neto de perforación (horas). 2 El metraje que se debe perforar por turno para 2. satisfacer la producción programada. 3. Discutir los resultados.
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ALGORITMO DE SOLUCION 1. Para solucionar este problema, en primer lugar se debe determinar el tiempo neto de perforación por turno, para lo cual a las ocho horas que comprende un turno, turno se le reducirán los tiempos no productivos, tales como transporte de personal, limpieza y preparación de la perforadora, mantenimiento preventivo, refrigerio, necesidades fisiológicas, etc. Aproximadamente, el tiempo no productivo es dos horas. Entonces, el tiempo neto será de seis horas, en el mejor de los casos. P h.D. - Carlos Agreda -
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71 141
2. Se calculará el rango de penetración.
W RPM PR 61 28 Log Sc 300 Para reemplazar los datos en la ecuación, primero se convertirán algunos valores.
Sc : 2,104kg / cm 2 30,004 lbs / pu lg 2 aprox. 30,004lb / pu lg 2
W
90,0000.65 9 7 / 8"
W
90,000 90 0.65 x80.65 9 7 / 8" 79
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Reemplazando valores en la ecuación, se tiene lo siguiente:
90 x8 x0.65 90 PR 61 28Log 30.004 79 300 PR 61 28Log 30.004 1.78
PR 34.95 pies / h PR 35 pies / h PR 10.5m / h Por consiguiente en 6 h de perforación efectiva, se perforará 63 m que corresponden a un turno de trabajo.
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72 143
PROBLEMA DE APLICACION N.º 2 En una operación minera trabajada por el método de open pit, se está elaborando el planeamiento de minado, el cual se encuentra en la etapa de la selección de equipo primario. Por lo tanto, se requiere determinar el número de perforadoras rotativas necesarias para cumplir con la siguiente producción diaria. Ore 50,000 Tm/día Resistencia compresiva Sc = 40,000 psi Factor de carga: 1 kg/Tm
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Waste 40,000 Tm/día Resistencia compresiva Sc = 28,000 psi Factor de carga: 0.6 kg/Tm Diámetro del taladro 9 7/8” Altura de banco BH = 50 ft Taco ST = 1.5 ft Sobre perforación S/D = 5 ft
Las especificaciones de las perforadoras en el mercado son las siguientes: Perforadora rotativa: BE 45R Peso de la perforadora: 70,000 lb RPM Max = 70 Costos $ 1 400,000 P h.D. - Carlos Agreda -
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Perforadora rotativa: BE 60R Peso de la perforadora: 90,000 lb RPM Max = 70 Costos $ 2 000,000
Se pide lo siguiente: 1. El equipo de ingenieros de mina del Dpto. de Planeamiento de Minado deberá llevar a cabo la selección de las perforadoras. 2. Optimizar la decisión desde un punto de vista técnicoeconómico-ecológico 3. Discutir los resultados.
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ALGORITMO DE SOLUCION a. Cálculo del rango de penetración (PR) Para el mineral
700.65 70 PRore (61 28 log 40) 9.875 300
PRore 17.35 pies / h Para el desmonte
700.65 70 PRdesmonte (61 28 log 20) 9.875 300
PRdesmonte 22.02 pies / h P h.D. - Carlos Agreda -
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b. Cálculo del rango de penetración promedio PR (Rock drill BE-45) ore and waste
SR
PR
40,000 Tm / min eral 50,000 Tm / desmonte
0.8
17.35 ft / h 1 22.02 ft / h 0.8 1 0.8
PR 19.43 ft / h
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Deduciendo de las horas de trabajo, el tiempo no productivo, aproximadamente, es de 5.5 h/shift. Rango de penetración neto
PR 19.43 ft / h 5.5h / shift PR 106.87 ft / shift
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75 149
c. Cálculo del rango de penetración (Rock drill BE-60), ore and waste Para el mineral
900.65 70 PRore (61 28 log 40) 9.875 300
PRore 22.31 pies / h Para el desmonte
900.65 70 PRdesmonte (61 28 log 20) 9.875 300
PRdesmonte 28.31 pies / h P h.D. - Carlos Agreda -
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150
d. Cálculo del rango de penetración promedio PR (Rock drill BE-45) ore and waste
PR
22.31 ft / h 1 28.31 ft / h 0.8 1 0.8
PR 24.98 ft / h Deduciendo de las horas de trabajo, el tiempo no productivo, aproximadamente, es de 5.5 h/shift. Rango de penetración neto
PR 24.98 ft / h 5.5h / shift PR 137.39 ft / shift P h.D. - Carlos Agreda -
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e. Cálculo de la cantidad de MEC por taladro
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MEC: AL/AN/FO (ore) - AN/FO (waste) Densidad (confinado): PANFO-ALANFO = 1.2 g/cc. Densidad (kg/ft (kg/ft³))
Convirtiendo unidades, se tiene lo siguiente: 1kg 1, 2 g / cm 3 1000 g 33 .98 kg / ft 3
10 6 cm 3 3 1m
3 0 .3048 m / ft
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Densidad de carga lineal de la MEC (kg/ft) 2 1 ft 33.98kg / ft 9.875inch i h 4 12inch 18.07 kg / ft
3
2
Cantidad de MEC en el taladro
18.07 kg / ft 40 ft / tal. 722.8kg / tal.
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f.
Cálculo del número de perforadoras (BE-45R)
1) Cálculo del número de Tm de mineral disparadas, obtenidas en un taladro 1Tm 722.8kg / tal. 722.8Tm / tal. 1kg exp
Cálculo del número de Tm de mineral/día
722.8Tm / tal 1tal / 55 ft 106.87 ft / shift 3shitft / day 4,213.20Tm / day
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2) Cálculo del número de Tm de desmonte disparadas, obtenidas en un taladro 1Tm 722.8kg k exp// tal t l. 1,204.678Tm T / tal t l. 0.6kg
Cálculo del número de Tm de desmonte/día
1,204.67Tm / tal 1tal / 55 ft 106.87 ft / shift 3shitft / day 7,022.35Tm / day
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3) Cálculo del número de Tm de mineral más desmonte, producidas por una BE-45R
4,213.20Tm / day 7,022.35Tm / day 11,235.4Tm / day 4) Cálculo del número de perforadoras requeridas
50,000Tm / day 40,000Tm / day 11,235.4Tm / day / perfor. 8 perforadoras
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g. Inversión en perforadoras BE-45R
8 perf 1 400,000$ / perf $11 200,000 h. Inversión en perforadoras BE-60R 1) Cálculo del número de Tm de mineral disparadas, obtenidas en un taladro 1Tm 722.8kg / tal. 722.8Tm / tal. 1kg exp
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Cálculo del número de Tm de mineral/día
722.8Tm / tal 1tal / 55 ft 137.9 ft / shift 3shitft / day 5,436.77Tm T / day d
2) Cálculo del número de Tm de desmonte disparadas, obtenidas en un taladro 1Tm 722.8kg exp/ tal. 1,204.678Tm / tal. 0.6kg
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Cálculo del número de Tm de desmonte/día
1,204.67Tm / tal 1tal / 55 ft 137.39 ft / shift 3shitft / day 9,027.8Tm / day 3) Cálculo del número de Tm de mineral más desmonte, desmonte producidas por una BE-45R
5,436.77Tm / day 9,027.8Tm / day 14,464.57Tm / day 4) Cálculo del número de perforadoras requeridas
50,000Tm / day 40,000Tm / day 14,464.57Tm / day / perfor. 6 perforadoras
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160
i.
Inversión en perforadoras BE-60R
6 perf 2000,000$ / perf $12000,000 j.
Discusión de resultados Resumen de los resultado del análisis de estudio Perforadoras
Número de perforadoras
Costo total de las perforadoras $
BE-45R
8
11209,000
BE-60R
6
12000,000
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Para esta operación minera, se optará por seleccionar las perforadoras modelo BE-45R, las cuales generan un ahorro de $ 800,000. Conclusiones El rango de penetración depende de las características geomecánicas del macizo rocoso, el pull down, así como también, de las horas efectivas trabajadas en la operación minera. Se debería optimizar las horas efectivas, efectivas reduciendo el trabajo no productivo. Se debería hacer un software con la data de campo peruano.
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EVACUACION EFICIENTE DE LOS DETRITUS FORMADOS DURANTE LA PERFORACION Introducción P Para una eficiente fi i t perforación, f ió l los d t it detritus d roca de formados por la perforación, que se encuentran dentro de los taladros, deben ser inmediatamente evacuados para evitar que sean triturados por los elementos rotativoscortadores de la broca. Para ello, debe suministrar una adecuada circulación de aire para evacuar dichos detritus hacia la parte superior de los taladros; también se debe suministrar suficiente agua para controlar el polvo. Las billas y los polines de las brocas son refrigerados por el volumen suficiente de aire que debe proveerse. P h.D. - Carlos Agreda -
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Detritus
Detritus
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Para mantener suspendida una partícula de roca de tamaño d (pulg), la velocidad mínima del balance de aire Vm en pies/min está dada por la siguiente fórmula postulada por Stokes.
Vm 374d
1/ 2
1
Donde : densidad de la partícula de la roca (lb/pie3) d: diámetro de la partícula (pulg)
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Por otro lado, después de una serie de pruebas, varios investigadores han deducido que se han obtenido buenos resultados con las velocidades anulares mayores o iguales a 5,000 pies/min. El volumen de aire requerido q para estos p p propósitos p está dado por la siguiente fórmula: Qc
D 2 d 2 V 4 x 144
0.0054 D 2 d 2 V 2
Donde Qc: capacidad de aire del compresor (CFM) V: volumen de aire (FPM) D: diámetro del taladro (pulg) d: diámetro del barreno (pulg) P h.D. - Carlos Agreda -
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Se tienen otras fórmulas usadas para la evacuación eficiente de los detritus.
Q V . A 3 Donde Q: volumen de aire comprimido (m3/min) V: velocidad de evacuación de los cutting por el espacio anular (m/min) A: área del espacio anular (m2) También, se debe tener en cuenta que la velocidad mínima para la evacuación de los detritus en general se usa 1,524 m/min. P h.D. - Carlos Agreda -
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Gray postuló la siguiente fórmula para determinar la velocidad de la evacuación de los cutting.
V
8170 C T d 4 P
Donde V: velocidad de deslizamiento (pies/min) C: tamaño de los cutting (pies) T: temperatura de aire para la evacuación de los cutting en grado Rankie (Fahrenheit más 460) d: densidad de los cutting (lb/m3) P: presión en el fondo del taladro (lb/pie2)
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Nelmark propone las fórmulas (5) y (6) para determinar la velocidad mínima de aire para la evacuación de los cutting.
54600 d c 0.6 V 5 d 62 .4 Donde V: velocidad del aire para la evacuación de los detritus en ( i / i ) (pies/min) c: tamaño de los cutting, (diámetro en pies) d: densidad de los cutting de la roca (lb/pie3)
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Vi 528 d
1/ 2
ci 1 / 2 6
Donde Vi: velocidad del aire para la evacuación de los cutting (pies/min) ci: tamaño de los cutting formados (diámetro en pulg) d: densidad de los cutting de la roca (lb/pie3)
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86 171
Alan Bauer postuló la siguiente fórmula para la evacuación eficiente de los detritus.
BV
185 . 18 Q D2 d2
Donde BV: velocidad de barrido (bailing velocity), CFM Q: capacidad de aire comprimido de la compresora compresora, CFM D: diámetro del taladro (inches) d: diámetro del barreno (inches)
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PESOS DEL EMPUJE HACIA ABAJO DE UNA PERFORADORA ROTATIVA QUE SE HAN DETERMINADO SON SATISFACTORIOS Una velocidad anular de 6000 pies/min es normalmente adecuada d d para suspender d detritus d i d ½ pulgada de l d de d diámetro. diá Para seleccionar el volumen de aire, se tiene en cuenta la altitud a la cual la perforadora estará trabajando. Multiplicadores para el consumo de aire por las perforadoras trabajando a diferentes altitudes Altitud (ft)
0
1000
2000
3000
5000
6000
Altitud (m)
0
305
610
1220
1525
1830
multiplicador
0
1.03
1.07
1.14
1.17
1.21
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PROBLEMA DE APLICACION N.º 1 Se tiene la siguiente información: Perforadora BE-40R Volumen de aire suministrado por la compresora Q: 1310CFM Al volumen suministrado por la compresora, se le debe hacer correcciones por la altura y por la temperatura. Corrección por altura: 0.27 0 27 Corrección por temperatura: 1.10 Diámetro del taladro D: 11 inches Diámetro del barreno d: 9 ¼ inches
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SOLUCION a. Corrección del volumen de aire suministrado.
13100.27 1.10 389 CFM
b. El aire neto suministrado por la compresora será el siguiente:
Q 1310 389 921 CFM
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c. Cálculo de la velocidad necesaria para la evacuación de los detritus (bailing velocity) Aplicando la fórmula del Dr. Alan Bauer.
Q
185.18Q D2 d 2
Reemplazando valores, se tiene lo siguiente: Q
185 . 18 921 4182 FPM 2 9 2 11 4
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El resultado obtenido de 4812 FPM es muy cercano al mínimo requerido (5000 FPM). FPM) Por tanto, tanto es adecuado para la eficiente evacuación de los detritus formados en el momento de la perforación.
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