Métodos de Perforación Parte I Prueba 2

MÉTODOS DE PERFORACIÓN EN MINERÍA

Propiedades de las rocas que afectan la perforación Las principales propiedades físicas de las rocas que influyen en los mecanismos de penetración y consecuentemente en la elección del método de perforación son: • Dureza • Resistencia • Abrasividad • Textura • Estructuras

DUREZA • Se entiende por dureza la resistencia de una capa superficial a la penetración en ella de otro cuerpo más duro. • En una roca es función de la dureza y composición de los granos minerales constituyentes, de la porosidad de la roca, del grado de humedad, etc. • La dureza de las rocas es el principal tipo de resistencia a superar durante la perforación, pues cuando se logra la penetración del útil el resto de las acciones se desarrollan más fácilmente. • Las rocas se clasifican en cuanto a su dureza por medio de la "escala de Mohs", en la que se valora la posibilidad de que un mineral pueda rayar a todos los que tienen un número inferior al suyo.

DUREZA

Existe una cierta correlación entre la dureza y la resistencia a la compresión de las rocas.

RESISTENCIA • Se llama resistencia mecánica de una roca a la propiedad de oponerse a su destrucción bajo una carga exterior. • Las rocas oponen una resistencia máxima a la compresión; comúnmente, la resistencia a la tracción no pasa de un 10 a un 15% de la resistencia a la compresión. • La resistencia de las rocas depende fundamentalmente de su composición mineralógica. Entre los minerales integrantes de las rocas el cuarzo es el más sólido. • Conforme es mayor el contenido de cuarzo, por lo general, la resistencia aumenta.

RESISTENCIA • La porosidad en rocas con una misma litología conforme aumenta hace disminuir la resistencia, puesto que simultáneamente disminuye el número de contactos de las partículas minerales y las fuerzas de acción recíprocas entre ellas. • Por otro lado, la resistencia de las rocas anisotrópicas depende del sentido de acción de la fuerza. La resistencia a compresión de las rocas en el sentido perpendicular a la estratificación o esquistosidad es mayor que en un sentido paralelo a éstas.

ABRASIVIDAD La abrasividad es la capacidad de las rocas para desgastar la superficie de contacto de otro cuerpo más duro, en el proceso de rozamiento durante el movimiento. Los factores que elevan la capacidad abrasiva de las rocas son las siguientes: -La dureza de los granos constituyentes de la roca. Las rocas que contienen granos de cuarzo son sumamente abrasivas. -La forma de los granos. Los más angulosos son más abrasivos que los redondeados. -El tamaño de los granos. -La porosidad de la roca. -La heterogeneidad. Las rocas poliminerales, aunque éstos tengan igual dureza, son más abrasivas, pues van dejando superficies ásperas con presencia de granos duros. Esta propiedad influye mucho en la vida de los útiles de perforación.

TEXTURA • La textura de una roca se refiere a la estructura de los granos de minerales constituyentes de ésta. Se manifiesta a través del tamaño de los granos, la forma, la porosidad, etc. Todos estos aspectos tienen una influencia significativa en el rendimiento de la perforación. • Cuando los granos tienen forma lenticular, como en un esquisto, la perforación es más difícil que cuando son redondos, como en una arenisca. • En cuanto a la porosidad, aquellas rocas que presentan una baja densidad y son consecuentemente más porosas tienen una menor resistencia a la trituración y son más fáciles de perforar.

ESTRUCTURA • Las propiedades estructurales de los macizos rocosos, tales como esquistosidad, planos de estratificación, diaclasas y fallas, así como el rumbo y el buzamiento de éstas afectan a la linealidad de los barrenos, a los rendimientos de perforación y a la estabilidad de las paredes de los taladros.

MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN

OPEN PIT

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UNDERGROUND MINING

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Procesos productivos: extracción

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Procesos Productivos: Extracción Mina Rajo Abierto

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Procesos Productivos: Extracción Mina Subterránea

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EXPLOTACIÓN DE MINAS A CIELO ABIERTO

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EXPLOTACIÓN DE MINAS A CIELO ABIERTO

 Costos de operación mina menores a los de subterránea  Generalmente aplicado a yacimientos de baja ley y superficiales.  Moderadamente selectivo ya que posee la facilidad de vaciar el estéril en botaderos  Perforación de precorte con diámetros entre 5 ½” a 6 ½”.  Perforación de producción con diámetros de 9 7/8” y 12 ¼” (generalmente)

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EXPLOTACIÓN DE MINAS A CIELO ABIERTO

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EXPLOTACIÓN DE MINAS A CIELO ABIERTO

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Diagrama de Perforación T= Taco B= Burden H= Altura de banco J= Pasadura E= Espaciamiento Exp= Carga con explosivos

Precorte La tronadura de precorte tiene por finalidad generar una línea de debilidad tras la tronadura, esto debido a una serie de tiros en una sola fila de excavación con el objeto de generar una discontinuidad o plano de fractura. Los tiros son generalmente del mismo diámetro y sin pasadura. Los beneficios de la tronadura de precorte son: • Formación de una pared de banco más estable • Generar el límite de penetración de la pala. • Obtener las bermas programadas.

Tiros de Producción • El objetivo de la voladura de producción, como su nombre lo indica, es la separación del mineral de interés del macizo rocoso, además de disminuir el tamaño de las rocas con el objetivo de hacer más fácil su transporte al área de producción. Esta puede ser precedida por una “voladura de pre corte” que separa la roca del macizo, con esto disminuyen las vibraciones (y con esto riesgos) que produce la voladura de producción.

Burden y Espaciamiento • Burden o Bordo: La dimensión del bordo se define como la distancia más corta al punto de alivio al momento que el barreno detona. El alivio se considera normalmente como la cara original del banco o bien como una cara interna creada por una hilera de barrenos que han sido disparados previamente con un retardo anterior. • Espaciamiento: Es la distancia entre taladros de una misma fila que se disparan con un mismo retardo o con retardos diferentes.

Diseño de Perforación

Diseño de Perforación

• El material óptimo para el taco es un árido graduado con un tamaño medio aproximadamente igual a un décimo o un quinceavo del diámetro del pozo. Luego, un pozo de 100 mm de diámetro debería utilizar un árido de 10 a 12 mm. Bajo estas condiciones, el largo del taco frecuentemente se puede reducir a casi 20 a 25 veces el diámetro del pozo

Mallas de Perforación

Perforación a. Una vez que se han definido los puntos a perforar y se ha ingresado al sector de trabajo, el equipo toma posición y se inicia la perforación, según las especificaciones técnicas de operación. b. El operador posiciona su equipo en los puntos especificados en el diagrama de perforación, fija el equipo y comienza la operación, la cual básicamente consta del apoyo de la herramienta sobre el terreno y el inicio de la perforación con las especificaciones de velocidad de rotación, empuje y velocidad del aire de barrido (retiro del detritus) en función de las características de la roca a perforar. c. Una vez finalizada la perforación se procede a retirar el set de aceros desde el agujero, y finalmente el equipo se retira del lugar hacia otro punto.

Equipos utilizados en la perforación La operación se realiza con equipos diseñados para este fin como perforadoras y equipos auxiliares (compresores, captadores de polvo). Las características de la flota de perforadoras seleccionada tienen relación directa con las características de la mina, tanto físicas como geométricas y operacionales (rendimientos exigidos, envergadura de las tronaduras, sectores especiales).

Para efectos de las características de la explotación minera de cobre a cielo abierto en Chile, los sistemas utilizados, prácticamente en la totalidad de las faenas mineras, son los sistemas de perforación rotativos. El principio utilizado por este sistema consiste en aplicar energía a la roca haciendo rotar una herramienta (trépano) conjuntamente con la acción de una gran fuerza de empuje.

Campo de aplicación métodos de perforación

Sistemas de Montaje Se utilizan dos sistemas de montaje: - Sobre orugas - Sobre neumáticos (camión). Los factores que influyen en la elección, de uno u otro sistema, son las condiciones del terreno y principalmente el grado de movilidad requerido. Mientras están perforando, estos equipos se apoyan sobre tres o cuatro patas hidráulicas, que además de soportar su peso sirven para nivelar la máquina.

Sistemas de montaje El montaje sobre orugas se utiliza preferentemente en las grandes minas a cielo abierto, donde los requerimientos de movilidad son escasos. Su limitación en cuanto a menor velocidad de traslación (2 a 3 km/h) es poco relevante cuando el equipo permanece durante largos períodos operando en un mismo banco o sector de la mina. En faenas de tamaño mediano, donde se requiere un desplazamiento más frecuente y ágil del equipo (movilidad), se prefiere el montaje sobre neumáticos. Su velocidad media de desplazamiento es del orden de diez veces mayor al sistema de perforación montado sobre orugas (20 a 30 km/h).

Brocas Tricónicas El barrido del detritus de la perforación se realiza con aire comprimido, para lo cual el equipo está dotado de uno o dos compresores ubicados en la sala de máquinas. Mediante un tubo se inyecta el flujo de aire a través del cabezal de rotación, por el interior de la columna de barras hasta el fondo del pozo. Dependiendo de la longitud de los tiros, la presión requerida se ubica en un rango de 2 a 4 [Bar]. En las aplicaciones mineras con fines de fragmentación de rocas, las herramientas de perforación utilizadas son exclusivamente los trépanos triturantes, conocidos con el nombre de triconos.

Brocas Tricónicas

EXPLOTACIÓN DE MINAS A CIELO ABIERTO

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Parámetros Técnicos - Geométricos

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Parámetros Técnicos - Geométricos •

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Banco: “Tajada” que forma un nivel de operación. El mineral o estéril se saca en capas sucesivas, cada una de las cuales constituye un banco. El espesor de estos horizontes es la altura de banco, la que generalmente mide de 13 a 18 m. Esta ultima depende de los equipos de carguío, equipos de perforación y la selectividad. Berma: es la franja de la cara horizontal de un banco, como un borde, que se deja especialmente para detener los derrames de material que se puedan producir al interior del rajo. Su ancho varía entre 8 y 12 m. Angulo de talud: el talud o pared de la mina es el plano inclinado que se forma por la sucesión de las caras verticales de los bancos y las bermas respectivas. Este plano presenta una inclinación de 45° a 58° con respecto a la horizontal, dependiendo de la calidad geotécnica (dureza, fracturamiento, presencia de agua, entre otros) de las rocas que conforman el talud. Rampa: es el camino en pendiente que permite el tránsito de equipos desde la superficie a los diferentes bancos de extracción. Tiene un ancho útil de 25 m, de manera de permitir la circulación segura de camiones de gran tonelaje en ambos sentidos.

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Secuencia de explotación • Se denomina secuencia de explotación o estrategia de consumo de reservas, a la forma en que se extraen los materiales desde el rajo, durante el período comprendido entre el inicio de la explotación hasta el final de ella (pit final). La extracción del material se realiza en sucesivos rajos intermedios, los que reciben el nombre de Fases o Expansiones. 27-04-2015

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Secuencia de explotación

Fase 3 Fase 1

Fase 2

PIT FINAL

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EXPLOTACIÓN MINERÍA SUBTERRÁNEA

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Minería Subterránea • Utilizado para yacimientos de mediana y alta ley. • Más selectivo que el método de cielo abierto excepto por los métodos por hundimiento. • Se pueden clasificar en 3 tipos: – Soportados por pilares (recuperación minera reducida) – Artificialmente soportados o relleno (alto costo) – Sin soporte o hundimiento: natural e inducido

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Labores Subterráneas • TUNEL Un túnel es una excavación de tipo minero o civil preferentemente horizontal, caracterizada por su alto, ancho y sección. Se excava en forma continua y consta de una o dos salidas al exterior. 27-04-2015

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Labores Subterráneas • GALERÍA Tiene las mismas características del túnel, pero no tiene salida al exterior, sino que conecta sectores dentro de la mina 27-04-2015

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Labores Subterráneas • DESQUINCHE Es una sobreexcavación de una de las paredes o techo de una sección.

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Labores Subterráneas • ESTOCADA Es una galería horizontal corta, que se construye a partir de otra galería mayor.

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Labores Subterráneas • Estocadas de Carguío Esta excavación es una estocada construida desde una galería base, para acceder en forma segura al punto de carguío, donde se encuentra el mineral tronado. Su diseño y construcción dependen de la producción que se requiera y de los equipos disponibles para el carguío.

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Labores Subterráneas • RAMPA Las rampas son las galerías de acceso de la mina. Se construyen en pendiente con el objetivo de unir los diferentes niveles. Su geometría puede ser elíptica, circular o el “ocho”. Sus características principales están dadas por su forma, pendiente, radio de giro y sección. • Pendiente dada por equipos: 10-12% camiones 15% correas

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Chuquicamata Subterránea

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Labores Subterráneas • Pique: galería vertical o sub vertical de secciones variables, construida desde arriba hacia abajo. • Chimenea: Es una galería vertical o sub vertical de secciones variables construida desde abajo hacia arriba. • Tolva o Silo: En la explotación, lo óptimo es independizar la extracción del transporte principal, para evitar atrasos en ambas operaciones si una tiene problemas, lo que puede realizarse a través del almacenamiento de mineral. Una chimenea puede utilizarse para esto, pero tiene poca capacidad de almacenaje. Para aumentar la capacidad, se construye un silo o tolva, que consiste en ampliar la sección de la chimenea por desquinche, aumentando así su capacidad de almacenaje. 27-04-2015

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BLOCK Y PANEL CAVING • En el sistema de explotación mediante hundimiento por bloques o Block Caving se ponen explosivos en la base de un cubo imaginario el que se debilita y por efecto de la gravedad cae como grandes rocas por los embudos construidos cuya roca mineralizada es cargada en los puntos de extracción. En general, los bloques tienen dimensiones entre 100 y 200 m. de altura y un área basal de 60m x 90m, lo que implica entre 1y 2.5 millones de toneladas por cada bloques. Cuando el hundimiento se produce en forma secuencial, por tajadas menores de bloques, se habla de método de hundimiento por paneles o Panel Caving. 27-04-2015

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BLOCK CAVING

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PANEL CAVING

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Block Caving v/s Panel Caving • Block Caving - Roca secundaria. - Sin preacondicionamiento - Traspaso manual - Construcción de embudos. - Mallas de extracción mas pequeñas que PC. 27-04-2015

 -

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-

Panel Caving Roca primaria. Pre-acondicionamiento Traspaso mecanizado Construcción de zanjas o bateas. Mallas de extracción mas grandes que BC. 52

Labores Subterráneas • ZANJA o BATEA Es una excavación con forma de V, que cumple las mismas funciones del embudo (Block Caving), es decir la recepción de material quebrado proveniente del nivel de hundimiento.

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Labores Subterráneas • Secuencia de construcción de una zanja receptora de mineral.

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Labores Subterráneas 1. Construir una galería a partir de la cual se realizará la zanja. 2. Construir una cara libre para iniciar la tronadura de la primera tajada, lo que se realiza construyendo una chimenea slot (ranura) que podrá estar a un costado o al medio de la zanja. 3. Luego, se realiza desde la galería una perforación en abanico, para darle forma a la zanja. Se truena la primera tajada hacia la cara libre antes construida (chimenea slot), tronando sucesivamente hacia las caras libres que van quedando de las tajadas anteriores. 27-04-2015

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Malla de Extracción 17x20 m

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Proyección de la Zanja

Calles

Punto de extracción

Estocadas

Chimeneas de traspaso

de Carguío

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Calles

Zanjas

Estocadas de Carguío Punto de descarga a chimenea

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Chuquicamata Subterránea

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Conceptos • Nivel de hundimiento: corresponde al nivel en que se produce la socavación de la columna de mineral, que se logra realizando perforaciones hacia arriba en forma de abanico. Estas se cargan con explosivos, cuya tronadura produce la fragmentación de la base del bloque hasta una cierta altura. • Nivel de Producción: Corresponde al nivel de galerías desde las cuales es captado el mineral quebrado y traspasado hacia el nivel siguiente. Se sitúa entre 8 y 18 m. por debajo del nivel anterior, con el cual esta comunicado mediante zanjas o bateas. • Nivel de traspaso: corresponde a una serie de galerías y piques que permiten controlar el paso del mineral desde el nivel de producción hasta el nivel de transporte. • Subnivel de ventilación: red de galerías y chimeneas que permiten la extracción e inyección de aire. • Nivel de transporte: nivel por el cual el mineral es transportado hacia la planta ubicada en la superficie.

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Chuquicamata Subterránea

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FORTIFICACIÓN • El objetivo de la fortificación es ayudar a la roca a recuperar en parte la capacidad de soporte perdida en la perforación y tronadura. • Las fortificaciones en los túneles de uso frecuente y prolongado, donde deben transitar personas y equipos, deben contar con una factor de seguridad mayor. En cambio, las fortificaciones de túneles de uso esporádico o donde no transita personal, tienen exigencias menores. • La presión que se genera alrededor de una labor subterránea es mayor cuanto más profunda se ubique, ya que debe soportar una altura mayor de roca. Debido a esto, los túneles que se encuentran a mayores profundidades requerirán de fortificaciones con mayor resistencia. • El macizo rocoso puede ser diferente en distintos sectores en cuanto a su dureza y resistencia a los esfuerzos, lo que depende del tipo de roca, estructura o alteración.

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FORTIFICACIÓN • Los materiales comúnmente usados para reforzar los túneles, piques o rampas son: - Pernos de anclaje - Mallas de acero - Cables - Marcos de acero - Hormigón armado - Vigas de madera - Shotcrete 27-04-2015

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FORTIFICACIÓN

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Proceso de perforación • Percusión: los impactos producidos por el golpeo del pistón originan unas ondas de choque que se transmiten a la boca a través del varillaje (en el martillo en cabeza) o directamente sobre ella (en el martillo en fondo) • Rotación: con este movimiento se hace girar la boca para que los impactos se produzcan sobre la roca en distintas posiciones • Empuje: para mantener en contacto el útil de perforación con la roca se ejerce un empuje sobre la sarta de perforación. • Barrido: el fluido de barrido permite extraer el detrito del fondo del barreno.

Usos de la perforación • Prospección minera: se realizan con el fin de establecer la presencia o ausencia en una región de uno u otro mineral. • Evaluación geológico-minera: su propósito es delimitar el yacimiento y evaluar las reservas que alberga el mismo. • Producción: destinados a alojar las cargas de explosivo que se utilizan en la operación de arranque, tanto en las obras civiles como en minería. • Fortificación: El objetivo de la fortificación es ayudar a la roca a recuperar en parte la capacidad de soporte perdida en la perforación y tronadura. • Pozos de agua: se perfora para el abastecimiento de dicho recurso a ciudades, complejos industriales, campos agrícolas, etc. • Pozos petrolíferos: se utilizan para la explotación de hidrocarburos

Prospección y Evaluación geológica minera • DIAMANTINA: se realiza la perforación y se extrae un testigo de roca. • CIRCULACIÓN REVERSA: donde se destruye absolutamente la roca y

se saca un detrito.

• Ocasionalmente se combinan ambos métodos en yacimientos que

tienen una sobrecarga de estéril donde no es necesario muestrear la primera parte del pozo, por tanto se recurre primero a la perforación con circulación reversa, que es mas rápida y económica, para posteriormente continuar con la diamantina.

Evaluación geológica - minera

Perforación de producción La perforación es la primera operación en el ciclo de operación de una mina. Su propósito es abrir en la roca huecos cilíndricos donde alojaran las cargas explosivas y sus accesorios iniciadores.

Ciclo de operación mina subterránea

Diagrama de Disparo

Ciclo de operación mina cielo abierto

Perforación de fortificación

Perforación de fortificación

RESUMEN • • • -

Desarrollo de la perforación Proceso de perforación Percusión Rotación Empuje Barrido Usos de la perforación Prospección Evaluación geológica – minera Producción Fortificación Pozos de agua Pozos petrolíferos

PERFORACIÓN ROTOPERCUTIVA

PERFORACION ROTOPERCUTIVA • El principio de estos equipos se basa en el impacto de una pieza de acero (pistón) que golpea a un útil que se a su vez transmite la energía al fondo del barreno por medio de un elemento final (boca). Los equipos rotopercutivos se dividen en dos grandes grupos: • Martillo en cabeza: en estas perforadoras la rotación y la percusión se producen fuera del barreno, transmitiéndose a través del varillaje hasta la boca de perforación, pueden ser de accionamiento neumático o hidráulico. • Martillo en fondo: la percusión se realiza directamente sobre la boca de perforación, mientras que la rotación se efectúa en el exterior del barreno. El accionamiento del pistón se lleva a cabo neumáticamente mientras que la rotación puede ser neumática o hidráulica.

PERFORACION ROTOPERCUTIVA Fundamentos de la perforación rotopercutiva: • • • •

Percusión Rotación Avance Barrido

PERCUSIÓN • La energía cinética “Ec” del pistón se transmite desde el martillo hasta la boca de perforación, a través del varillaje, en forma de onda de choque. Cuando la onda de choque alcanza la boca de perforación, una parte de la energía se transforma haciendo penetrar el útil y el resto se refleja y retrocede a través del varillaje. • La eficiencia de esta transmisión es difícil de evaluar ya que depende de muchos factores tales como: tipo de roca, diseño de la boca o bit, características del varillaje, etc. Además en los puntos de unión de las varillas por medio de manguitos existen pérdidas de energía por rozamientos que se transforman en calor y desgastes en las roscas. En los martillos de fondo la energía del pistón se transmite directamente sobre la boca, por lo que el rendimiento es mayor. • En estos sistemas de perforación la potencia de percusión es el parámetro que más influye en la velocidad de perforación.

PERCUSIÓN • La energía liberada por el golpe en un martillo puede estimarse a partir de cualquiera de las expresiones siguientes: 𝐸𝑐 =

1 2

𝑚𝑝 𝑥 𝑉𝑝2 o 𝐸𝑐 = 𝑝𝑚 𝑥 𝐴𝑝 𝑥 𝑙𝑝

Siendo: 𝑚𝑝 = Masa del Piston 𝑉𝑝 = Velocidad máxima del pistón 𝑝𝑚 = presión del fluido de trabajo (aire) dentro del cilindro (30% a 40% menor que la presión de trabajo nominal o del compresor) 𝐴𝑝 = Superficie de la cara del pistón 𝑙𝑝 = Carrera del pistón

PERCUSIÓN • La potencia de un martillo es pues la energía por golpe multiplicada por la frecuencia de impactos “𝑛𝑔“ 𝑃𝑚 = 𝐸𝑐 𝑥 𝑛𝑔

• El mecanismo de percusión consume de un 80 a un 85% de la potencia total del equipo

Ejercicio • Calcular la Energía cinética (Ec) y Potencia (Pc) de una perforadora hidráulica que tiene las siguientes características: 𝑝𝑚 (presión del fluido de trabajo) = 200 bar ∅𝑝 (Diámetro del pistón) = 60 mm 𝑙𝑝 (Carrera del pistón) = 80 mm 𝑛𝑔 (frecuencia de impacto) = 80 hz Solución: Convertir 𝑝𝑚 de bar a kgf/m2, luego utilizando la ecuación 𝐸𝑐 = 𝑝𝑚 𝑥 𝐴𝑝 𝑥 𝑙𝑝

Ejercicio 𝜋𝑟 2

60 2 (2) =

𝐴𝑝 = = 3.1416* 2827 mm2 1 bar = 10197.16 kgf/m2 entonces 200 bares = 2039432.5 kgf/m2 Ahora reemplazamos: Ec = (2039432.5 kgf/m2 * 0.65) * 0.002827 m2*0.08 m = 299.8 kgf-m Potencia cinética: Pc = Ec*ng = 299.8*80 = 23984.4 kgf-m/s Si 101.97162 kgf.m/s = 1 kw

Entonces, Pc = 235.2 kw

ROTACIÓN • La rotación, que hace girar la boca entre impactos sucesivos, tiene como misión hacer que ésta actúe sobre puntos distintos de la roca en el fondo del barreno. En cada tipo de roca existe una velocidad óptima de rotación para la cual se producen los detritus de mayor tamaño al aprovechar la superficie libre del hueco que se crea en cada impacto.

ROTACIÓN • Cuando se perfora en bocas de pastillas las velocidades de rotación más usuales oscilan entre 80 y 150 r/min con unos ángulos entre indentaciones de 10° a 20°.

ROTACIÓN • En el caso de bocas en botones de 51 a 89 mm las velocidades deben ser más bajas, entre 40 y 60 r/min, que proporcionan ángulos de giro entre 5° y 7°.

EMPUJE • La energía generada por el mecanismo de impactos del martillo debe transmitirse a la roca, por lo que es necesario que la boca se encuentre en contacto permanente con el fondo del barreno. EMPUJE INSUFICIENTE

EMPUJE EXCESIVO

Reduce velocidad de penetración

Disminuye la velocidad de perforación

Mayor desgaste de varillas y manguitos

Dificulta desenroscado del varillaje

Aumento la pérdida de apriete del varillaje y calentamiento del mismo

Aumenta desgaste de bocas y desviación de los barrenos.

Velocidad de Penetración

EMPUJE

Empuje *Al igual que sucede con la rotación, esta variable no influye de forma decisiva sobre las velocidades de penetración

BARRIDO • Para que la perforación resulte eficaz, es necesario que el fondo de los barrenos se mantenga constantemente limpio evacuando el detrito justo después de su formación. Si esto no se realiza, se consumirá una gran cantidad de energía en la trituración de esas partícula traduciéndose en desgastes y pérdidas de rendimientos. Además de riesgos de atascos. • El barrido de los barrenos se realiza con un fluido – aire o agua – que se inyecta presión hacia el fondo a través de un orificio central del varillaje y de unas aberturas practicadas en las bocas de perforación.

BARRIDO • Las partículas se evacúan por el hueco anular comprendido entre el varillaje y la pared de los barrenos.

BARRIDO • El barrido con aire se utiliza en trabajos a cielo abierto, donde el polvo producido puede eliminarse por medio de captadores. • El barrido con agua es el sistema más utilizado en perforación subterránea que sirve además para suprimir el polvo, aunque supone generalmente una pérdida de rendimiento del orden del 10 al 20%. .

BARRIDO • La velocidad del barrido pueden estimarse a partir de la siguiente expresión: 𝑉𝑎 = 9.55 𝑥

𝜕𝑟 𝜕𝑟+1

x 𝑑𝑝0.6

Donde: 𝑉𝑎 = Velocidad ascensional (m/s) 𝜕𝑟 = densidad de la roca (g/cm3) 𝑑𝑝 = Diámetro de las partículas (mm)

BARRIDO • Así, el caudal que debe suministrar el compresor será:

• Siendo:

𝑉𝑎 𝑥 (𝐷2 − 𝑑 2 ) 𝑄𝑎 = 1.27

𝑄𝑎 = Caudal (m3/min) 𝐷 = Diámetro del barreno (m) 𝑑 = Diámetro de las varillas (m)

Ejercicio • Determine la velocidad de barrido y el caudal de aire necesario del compresor para el barrido de partículas de 3.6 mm, para un diámetro del barreno de 6 ” y varillaje de diámetro 4”. Densidad roca 2.7 t/m3 𝑉𝑎 = 9.55 𝑥

2.7 2.7 +1

x 3.60.6

Reemplazando en la formula de velocidad ascensional: 𝑉𝑎 = 15.03 m/s

Ejercicio 𝐷 = 6” = 152.4 mm = 0.152 m 𝑑 = 4” = 101.6 mm = 0.101 m 𝑚 15.03 𝑥 (0. 1522 − 0.1012 ) 𝑠 𝑄𝑎 = 𝑥 60 𝑠/𝑚𝑖𝑛 1.27 𝑄𝑎 = 9.16 𝑚3/𝑚𝑖𝑛

Perforación neumática e hidráulica

PERFORACIÓN MARTILLO EN CABEZA (OTH)

PERFORACIÓN NEUMÁTICA O MANUAL • Perforación neumática: equipos cuyo funcionamiento del martillo es accionado por aire comprimido • Es el sistema más convencional de perforación, utilizado por lo general para labores puntuales y obras de pequeña escala debido principalmente a la facilidad en la instalación de la perforadora y los requerimientos mínimos de energía para funcionar (compresor portátil)

Perforadoras neumáticas o manual • Jack Hammer Utilizada para la perforación vertical o inclinada hacia abajo

Avance mediante el peso propio de la perforadora Diámetro de perforación: 22 a 45 mm.

Longitudes: 400 a 6400 mm.

Perforadoras neumáticas o livianas • Jack Leg •

Perforadora con barra de avance que puede ser usada para realizar taladros horizontales e inclinados.

•

Se usa principalmente para la construcción de galerías y rampas.

Perforadoras neumáticas o livianas • Stoper • Perforadora que se emplea para la construcción de chimeneas (perforación vertical hacia arriba)

PERFORACIÓN HIDRAÚLICA • A finales de los años sesenta y comienzo de los setenta, tuvo lugar un gran avance tecnológico en la perforación de rocas con el desarrollo de los martillos hidráulicos. • Una perforadora hidráulica consta básicamente de los mismos elementos constructivos que una neumática. • La diferencia más importante entre ambos sistemas estriba en que en lugar de utilizar aire comprimido, generado por un compresor accionado por un motor diesel o eléctrico, para el gobierno del motor de rotación y para producir el movimiento alternativo del pistón, un motor actúa sobre un grupo de bombas que suministran caudal de aceite que acciona aquellos componentes.

PERFORACIÓN HIDRAÚLICA Razones por las que la perforación hidráulica supone una mejora tecnológica sobre la neumática: • Menor consumo de Energía. Necesita 1/3 de la energía por metro perforado, de la que se consume con los equipos neumáticos. • Menor coste de accesorios de perforación. Se ha comprobado que la vida útil del varillaje se incrementa para las perforadoras hidráulicas aproximadamente un 20%.

PERFORACIÓN HIDRAÚLICA • Mayor capacidad de perforación. Velocidades de penetración 50% a un 100% mayores que las que los equipos neumáticos. • Mejores condiciones ambientales. Menores niveles de ruido. Condiciones de trabajo y de seguridad más favorables. INCONVENIENTES: • Mayor inversión inicial • Reparaciones más complejas y costosas que las perforadoras neumáticas. • Mano de obra calificada para su operación.

EQUIPO PERFORACIÓN FRONTAL ATLAS COPCO

• El Boomer E1 C-DH es uno de los equipos hidráulicos de perforación frontal propulsados por motor diésel, adecuado para galerías de tamaño mediano a grande y túneles con secciones de hasta 95 m2.. La unidad de potencia hidráulica diésel proporciona una extraordinaria flexibilidad, empleándose el motor diésel tanto para desplazamiento como para perforación.

EQUIPO PERFORACIÓN FRONTAL ATLAS COPCO

• El Boomer L2 D es un moderno equipo hidráulico de perforación frontal con dos brazos para túneles de tamaño mediano y producción minera con secciones de hasta 104 m2.. El Boomer L2 D tiene dos robustos brazos.

Equipo de perforación de barrenos largos

• El Simba 1354 es un equipo de perforación de barrenos largos para galerías de tamaño pequeño a mediano en el rango de diámetros de perforación de 51 a 89 mm. Proporciona una gran área de cobertura y puede perforar barrenos paralelos ascendentes y descendentes en las paredes laterales. Está equipado con un martillo en cabeza de alto rendimiento que proporciona una solución sostenible para la perforación de barrenos largos de hasta 32 metros.

MINERA FLORIDA LTDA. ALHUE YAMANA GOLD

METODO DE EXPLOTACION SLS Veta Angosta CH

IM

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S PO UI 4 Q 5 N E -2 CO 4 H N 5 2 O CI H-1 IA

SIM

BA

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LD

ET

VE

NI

Dimensiones Block

Alto : Largo : Ancho :

100 m. 70 m. 4.0 m.

Distancia entre Subniveles :

20 m.

Reservas Minables Block

:

80.000 ton.

Galerías de Preparación

:

1.100 m.

Diagrama de Perforación

:

Abanicos

Burden

:

1.8 m.

CA

DA

R CA

GU

IO RA

MP

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AC

CE

Espaciamiento

:

1.8 m.

Índice de perforación

:

4.0 ton/m perf.

SO

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VOLVO BM

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L 120

L 120

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METODO DE EXPLOTACION

METODO DE EXPLOTACION SLS Veta Ancha Dimensiones Block

Alto : Largo : Ancho :

140 m. 125 m. 25.0 m.

Distancia entre Subniveles :

20 m.

Reservas Minables Block

:

900.000 ton

Galerías de Preparación

:

3.800 m.

Diagrama de Perforación

:

Abanicos

Burden

:

2.0 m.

Espaciamiento

:

2.0 m.

Índice de perforación

:

6.5 ton/m perf.

METODO DE EXPLOTACION Cut And Fill Veta Angosta Dimensión Block Alto : Largo : Ancho :

100 m 75 m 1.0 m

:

3.5 m

Altura Levante

Reservas Mineras Block :

20,000 ton

Galería de Preparación :

1100 m

Diagrama de Perforación: Paralelo Burden Espaciamiento

: :

1.0 m 1.0 m

OPERACIONES UNITARIAS

Diám. Perf. Long Perf. Rend Prom.

: 45 mm : 3.5 m : 3.1 m/disp

OPERACIONES UNITARIAS

Diám. Perf. Long Tiros Rend Turno

: 70 mm : 20 m : 70 m/turno

OPERACIONES UNITARIAS

Diám. Perf. Long Tiros Rend Turno

= 64 mm = 15 m = 55 m/turno

OPERACIONES UNITARIAS

Rend. Prom. Marinas Rend. Prom. Prod.

= 40 ton/hr = 70 ton/hr

OPERACIONES UNITARIAS

Carguío de abanicos de producción.

OPERACIONES UNITARIAS

Acuñadura de frentes de avance y caras libres.

Perforación martillo en fondo (DTH)

PERFORACIÓN EN FONDO • El funcionamiento de un martillo en fondo se basa en que el pistón golpea directamente a la boca de perforación. • El accionamiento del pistón se lleva a cabo neumáticamente mientras que la rotación puede ser neumática o hidráulica • La limpieza del detrito se efectúa por el escape del aire del martillo a través de los orificios de la boca.

BROCA DTH

ADAPTADORES

MARTILLOS

TUBOS

Trabajo grupal (Nota N° 3 – 40%) Proyectos: 1. Jumbo Radial o de producción 2. Raise Borer - Blind Hole 3. TBM 4. Perforación producción rajo abierto 5. Perforación precorte 6. Exploración por sondaje con diamantina y aire reverso 7. Jumbo de avance 8. Jumbos de fortificación, empernador y acuñador (Sistemas de fortificación)

Requisitos (1) Equipos - Proveedores - Funcionamiento - Procedimientos de trabajo - Partes principales - Aplicaciones - Rendimientos - inversión y costos de operación. - Aceros de perforación (2) Ejemplo de aplicación en faena minera o proyecto minero *Puede mostrar un video para mostrar el funcionamiento del equipo

Requisitos • • • •

3 personas Formal Fecha: Desde el Miércoles 08 de Octubre (3 grupos por clase) Presentación de 20 min (digital enviada hasta las 24 hrs del día anterior) correo Inacap asunto: perfo_2014. (Presentación 40 % nota). Envío Domingo 19 de Octubre -Manejo del tema -Elocuencia y manejo de estrés cognitivo -Capacidad de respuesta • Informe técnico 7 a 10 páginas impresas y digital. (10%) • Maqueta equipo de perforación (10%)

Perforación según el tipo de trabajo • 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 algunos métodos de explotación subterránea, como la variante del hundimiento por subniveles. • Perforación de avance de galerías o túneles: se necesita abrir un hueco inicial o cuele hacia el que sale el resto de la roca fragmentada por las demás cargas. La perforación de los barrenos se puede llevar a cabo manualmente, pero la tendencia es hacia la mecanización total con el empleo de jumbos de uno o varios brazos

Según el tipo de trabajo • Perforación de producción: este término se utiliza en las explotaciones mineras, fundamentalmente subterráneas, para aquellas labores de extracción del mineral. • Perforación de chimeneas: en muchos proyectos subterráneos de minería y obras publicas es preciso abrir chimeneas. Aunque existe una tendencia hacia la aplicación del método Raise Boring, aún hoy se utiliza el método de barrenos largos y otros sistemas especiales de perforación combinados con las voladuras. • Sostenimiento de rocas: en muchas obras subterráneas y algunas de cielo abierto es necesario realizar el sostenimiento de las rocas mediante el cementado de cables, siendo la fase previa en tales trabajos.

Sublevel Stoping • En la versión convencional se perforan tiros radiales (abanicos) a partir de los subniveles dispuestos para esos fines. Se trata de tiros largos (hasta unos 30 m) de 2 a 3 pulgadas de diámetro, perforados de preferencia con jumbos radiales electro-hidráulicos y barras de extensión.

Long Blast Hole • En la versión LBH (long blast hole) se perforan tiros de gran diámetro (4 ½ a 6 ½ pulgadas), en lo posible paralelos y de hasta unos 80 m de longitud. Se utiliza equipo DTH.

Equipos DTH Minería Subterránea

Jumbo de Avance

JUMBO • Se inyecta agua para el enfriamiento de broca y el arrastre de detritus • El accionamiento es hidráulico. Potencias mucho más elevadas que con el sistema neumático. • 1 Brazos sección de excavación 6-31 m2, 2 Brazos sección de excavación 8-45 m2 y 3 Brazos sección de excavación 206 m2.

27-04-2015

132

Jumbo Radial o de Producción Atlas Copco Sistema de Manejo de Barras

Diámetro del Barreno

Simba E7 C

17+1

98 a 178mm

Martillo en cabeza

Simba 1354

17+1

51 a 89 mm

Simba 364

27+1

90 a 165mm

Equipos

Imagen

Método de Barras/Tubos Perforación

Tubos de Perforación

Perforación Mecanizada

Frecuencia Potencia de Percusión de Impacto

4', 5', 6'

TDS 76, TDS 87

Hasta 51 m

47-55 Hz

30 KW

Martillo en cabeza

4', 5', 6'

TDS 56, TDS 65

Hasta 32 m

54 Hz

18 kW

Martillo en fondo

5', 6'

TDS 56, TDS 64

Hasta 51 m

50-60 Hz

35 KW

Métodos de construcción de chimeneas

Chimeneas por Jaula Alimak

Jaula Alimak • 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 diésel. 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 • Entre las ventajas de estos equipos se encuentran las siguientes: se pueden usar en chimeneas de pequeña o gran longitud y en cualquier inclinación (la chimenea más larga efectuada hasta ahora tiene 1.040 m y una inclinación de 45º; es posible cambiar la sección y geometría de la chimenea; se pueden excavar secciones desde 3 a 30 m2; es posible cambiar la dirección e inclinación de las chimeneas mediante el uso de carriles curvos y, además, es fácil extraer los detritus.

Blind Hole

Raise Boring

Raise Boring

Blind Hole

• Diámetro piloto desde 12 ¼ a 15” • Diámetro chimenea desde 1.5 a 6.0 m. • Empuje escariado 1920 KN. • Nominal 12 – 20 m/día. • Utilizado para chimeneas de ventilación, piques de traspaso, chimeneas de servicio y acceso.

• Diámetro chimenea desde 0.6 a 1.5 m. • Empuje escariado 1285 kN. • Nominal 7 m/día • Utilizado en chimeneas piloto para zanjas, drenaje o servicio.

Empernadores

Desviación de los barrenos

Desviación de las perforaciones Las desviaciones de perforación afectan en el diseño de mallas de perforación, ya que varía el burden de diseño de la perforación lo que a su vez perjudica la fragmentación de la voladura y el avance del disparo.

Perforación rotativa

Perforación rotativa

Sondajes

Características de tipos de sondajes

Sondaje con diamantina (DDH)

Sondaje con diamantina • Los tamaños estándares básicos son 7/8, 13/16, 1 5/8 y 21/8 pulgadas. • La mayoría de barras de perforación son de 10 pies de largo (3.04 m). Después de los primeros 10 pies de perforación, se atornilla una nueva sección de tubo en el extremo superior y así sucesivamente. • La profundidad de perforación se estima manteniendo la cuenta del número de barras de perforación que se han insertado en la perforación.

Sondaje con aire reverso (RC) El aire comprimido es inyectado hacia una cámara exterior de un tubo o barra de perforación de doble pared. El aire comprimido regresa por el interior del conducto central de las barras de doble pared y arrastra hasta la superficie los fragmentos de roca (“cuttings”) donde se recuperan, lo que constituye la muestra de subsuelo.

Sondaje con aire reverso • La principal diferencia es que la perforación de aire reverso crea pequeñas astillas de roca en lugar de un testigo sólido. • Otras diferencias importantes son en la tasa de penetración y el costo por metro perforado. El aire reverso es mucho más rápido que la perforación diamantina, y también mucho menos costosa. • La perforación con aire reverso requiere de un equipo mucho más grande, incluyendo un compresor de aire de alta capacidad, usualmente montado en un camión • Los cabezales de perforación de aire reverso también son totalmente diferentes a las brocas diamantadas • Las barras de perforación para aire reverso son por lo general de 6" (15,2 cm) y 8" (20,3 cm) de diámetro y 20 pies de largo (6.09 m).

Ejercicio aplicación Una mina a cielo abierto debe mover diariamente un total de 400000 t de material (mineral y estéril) desde el rajo. Se pide dimensionar los equipos de perforación necesarios considerando los siguientes parámetros: Burden 10m, Espaciamiento 9.5m, altura de banco 15m, velocidad de perforación 60m/h, disponibilidad 85%. 9h/turno. 2turnos/d. Pasadura 2 m. Densidad de la roca 2.7 t/m3

Solución • Cada pozo de tronadura remueve un total de 10*9.5*15*2.7 = 3848t. Se perforan 17 metros por pozo (pasadura) => 226t/m perforado. • 400000tpd. 30d/mes => 12000000t/mes (requerimiento de tonelaje mensual). • 226t/m. 12000000t/mes =>12000000/226 = 53097 m/mes (necesidad de perforación). • 60m/h. 9h/turno. 2turnos/d. Disponibilidad 85%. 30d/mes => 27540 m/mes (rendimiento de perforación). • 53097m/mes. 27540 m/mes (cada perforadora) => 53097/27540 = 1.9 ~ 2 perforadoras.

PRUEBA 2-20%