Raise Borer y Blind Hole

INGENIERÍA EN MINAS SEDE RENCA

PERFORACIÓN SUBTERRÁNEA “Raise boring y Blind Hole”

NOMBRES: RODOLFO AGUILA - LUIS GONZÁLEZ – JEAN GALDAMEZ – YAHAN RAMOS CARRERA: INGENIERÍA EN MINAS ASIGNATURA: EXTRACCIÓN MINA I PROFESOR: JUAN CARLOS LOPEZ FECHA: 20/10/2016

Resumen

El presente informe dará constancia de dos métodos de perforación de chimeneas y piques utilizados en minería subterránea: El método Raise Boring y la Blind Hole. Se comenzará hablando acerca de su funcionamiento, explicando sus partes principales y a su vez que aplicaciones posee en todo ámbito y enfocado en la minería. También se explicarán los procedimientos de trabajo que constan la utilización de estas máquinas. Se tomará como punto los aceros de perforación que son de suma relevancia a la hora de obtener un máximo rendimiento, eficiencia y eficacia de las partes de la máquina como de la operación misma. Habrá tablas gráficas comparativas con los distintos proveedores y modelos de Raise Boring y Blind Hole que están en el mercado actual, tomando en cuenta las empresas dominantes en el rubro de arriendo de maquinarias y a su vez las empresas mineras que operan con estas (Codelco, Atlascopco, RAC), para entregar un conocimiento más actualizado y completo tomando en cuenta la inversión y los costos de operación, aplicándolos a ejemplos en los que puede llegar a ser factible el uso de estas máquinas, además de un ejemplo de aplicación en alguna faena o proyecto minero. Se terminará con la discusión de grupo y con conclusiones finales enfocadas al ámbito contemporáneo que afronta la minería.

EXTRACCION MINA I

1

ÍNDICE DE CONTENIDOS RESUMEN

1

INTRODUCCIÓN

4

1 FUNCIONAMIENTO DEL MÉTODO

6

2 PARTES PRINCIPALES DE LOS EQUIPOS

12

3 RENDIMIENTOS

17

4 APLICACIONES

19

5 ACEROS DE PERFORACIÓN

22

6 PROVEEDORES Y EQUIPOS

25

7 INVERSIÓN Y COSTOS DE OPERACIÓN

36

8 DISCUSIONES DE GRUPO

39

9 CONCLUSIONES

40

10 REFERENCIAS

41

EXTRACCION MINA I

2

Ilustración 1 “Paso 1. Tiro piloto” – “Paso 2. Escariado o ensanchamiento” ....................................................................................................7 Ilustración 2 "Escariado 3D".............................................................8 Ilustración 3 "Partes equipo Raise Boring" .........................................9 Ilustración 4 Blind Hole ................................................................. 10 Ilustración 5 Consola de equipo de perforación ................................. 11 Tabla 1- N° de cortadores según diámetro de escariador. .................. 14 Ilustración 6 Unidad de potencia..................................................... 16 Ilustración 7 Chimeneas de traspaso ............................................... 19 Ilustración 8 Triconos de perforación piloto ...................................... 22 Ilustración 9 Escareador de tiro piloto íntegro .................................. 23 Ilustración 10 Escareador Segmentado ............................................ 24 Ilustración 11 Escareador Extendible ............................................... 24 Ilustración 12 Cortador y silla de anclaje ......................................... 24 Ilustración 13 Atlas copco logo ....................................................... 25 Ilustración 14 Empresas conformantes de KAMACH ........................... 29 Ilustración 15 RUC ........................................................................ 32

EXTRACCION MINA I

3

Introducción

La alta necesidad de incorporar nuevas técnicas de excavación de chimeneas y piques mineros más seguros y de mayor productividad ha privilegiado, en nuestro país, la utilización de las tecnologías Raise Boring y Blind Hole en las diferentes compañías mineras existentes en Chile. La tecnología Raise Boring llega a Chile en los 70 con la incorporación de un equipo Raise Boring en la Mina El Salvador el cual excavo diversas chimeneas para esa División de Codelco y presta servicios esporádicos a faenas mineras en Copiapó. Más adelante llegando a los años 80 la Mina El Teniente, incorpora otro equipo a sus operaciones realizando excavaciones de chimeneas en 1,8m de diámetro. La siguiente inversión considerable no fue hasta el año 1994, donde la empresa Kala S.A. del Grupo Master Drilling International, de Sudáfrica trae a Chile su primer equipo Raise Boring el cual puede excavar chimeneas y piques en diámetros que van de 1,2 a 3,5 metros, y en longitudes hasta de 500 metros con inclinaciones de hasta 40°.A la fecha cuenta con más de 15 equipos Raise Boring operando en Chile, Perú y Brasil. Adicionalmente, entre los años 1997 y 1998, Kala S.A. trae a nuestro país tres equipos con tecnología Blind Hole para excavaciones de 1,5 y 0,7 metros de diámetro, comenzando su operación en la mina El Teniente con altos niveles de seguridad en zonas donde el fenómeno de explosiones de roca, amenazaba frecuentemente con accidentes graves al personal que utilizaba los métodos manuales de excavación.

EXTRACCION MINA I

4

Hoy ambos métodos están consolidados en nuestro país, desplazando a otras tecnologías como la construcción de chimeneas con Jaula Trepadora Alimak o Vertical Crater Retreat (VCR) principalmente por la seguridad y productividad en las operaciones.

EXTRACCION MINA I

5

1

Funcionamiento del método

1.1 Raise boring Consiste principalmente en la utilización de una máquina electrohidráulica en la cual la rotación se logra a través de un motor eléctrico y el empuje del equipo se realiza a través de bombas hidráulicas que accionan cilindros hidráulicos. La operación consiste en perforar, descendiendo, un tiro piloto desde una superficie superior, donde se instala el equipo, hasta un nivel inferior. Posteriormente se conecta en el nivel inferior el escariador el cual actúa en ascenso, excavando por corte y cizalle, la chimenea, al diámetro deseado. Dependiendo de las características del equipo el motor eléctrico puede ser de 150 HP a 500 HP, este rango de potencias irá directamente en relación con el diámetro final de escariado y la longitud del pique o chimenea. En este método de excavación de chimeneas se necesitará contar con dos superficies de trabajo: Al inicio de la excavación, en la parte superior y al final de la excavación en la parte inferior. Es decir, el método será aplicable para excavaciones en interior de la mina entre dos galerías o desde superficie a una galería ubicada al interior de la mina.

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6

Perforación de un tiro piloto Es realizada en forma descendente, vertical o inclinada, utilizando como herramienta de corte un tricono de rodamientos sellados. El avance de la perforación se logra, agregando barras a la columna de perforación, la cual se estabiliza con barras estabilizadoras de piloto. El detritus producto de la perforación es barrido con agua a presión impulsada por bombas de 37 a 50 KW de potencia, extrayéndolo por el espacio anular que queda entre la pared del pozo y la columna de barras de perforación. Una altura de salida del flujo de agua, con detritus, o " bailing", de 10 a 12 cms., medida de la salida del pozo, nos indicará un buen barrido. Bajo ese valor será necesario revisar posibles inconvenientes como: pérdidas de agua por el fondo, falta de volumen de agua para barrer o aumento de densidad

del

material

a

extraer.

En todos esos casos será necesario agregar aditivos químicos que nos ayuden con la extracción. Normalmente junto al equipo será necesario tener

dos

piscinas unos

15

de m3

cada una para

Ilustración 1 “Paso 1. Tiro piloto” – “Paso 2. Escariado o ensanchamiento”

EXTRACCION MINA I

7

almacenamiento y recirculación de agua utilizada en el barrido de los detritus. En caso de tener un tipo de roca muy disgregable, en que el barrido con agua no sea adecuado, será necesario utilizar aire comprimido a alta presión

para

esta

operación.

Habitualmente se utiliza para perforaciones de unos 200 metros de longitud aire comprimido a razón de 900 a 1200 CFM con 200 a 300 PSI. La deflexión o desviación del tiro piloto dependerá de la pericia de operación y de la calidad del macizo rocoso a perforar. La presencia de diques, fallas o discontinuidades en general, tenderá a provocar mayores desviaciones. Escariado o ensanchamiento del tiro piloto. Una vez perforado el tiro piloto y después de retirado el tricono, se procede a conectar el cabezal o escariador provisto con cortadores, en la galería ubicada en el interior de la mina, donde finalizó la perforación piloto. El escariador avanza en ascenso, excavando la roca por corte y cizalle, al diámetro final de la chimenea. Normalmente la presión de empuje en la etapa de escariado es de unas 5 veces mayor a la etapa de perforación piloto. Para retirar el escariador al final de la excavación existen 2 alternativas:

Ilustración 2 "Escariado 3D"

EXTRACCION MINA I

8



Bajar la columna de barras, desconectar y retirar el escariador por el fondo de la chimenea o pique, a través de la galería inferior. En este caso será necesario dejar un puente de roca, no excavado, en la parte superior de 2 a 3 metros dependiendo del diámetro final de excavación y la calidad geo mecánica de la roca excavada.



Excavar la chimenea completa, retirando el escariador por la parte superior de la excavación. Normalmente es posible utilizar esta alternativa cuando el inicio del pique o chimenea está en la superficie. Para realizar esta operación se requiere montar el equipo Raise Borer en vigas metálicas que atraviesen la excavación circular abierta en superficie, sostener el escariador desconectado de la columna mediante una grúa, retiro del equipo, para finalizar con el retiro del escariador.

Ilustración 3 "Partes equipo Raise Boring"

EXTRACCION MINA I

9

1.2 Blind hole Su

funcionamiento

radica

en

la

utilización

de

una

máquina

electrohidráulica para la excavación de chimeneas en forma ascendente. En esta metodología el equipo se instala en el nivel inferior y la operación consiste en perforar el tiro guía 60 centímetros adelantado al escariador, que va excavando la sección completa, posteriormente, en forma solidaria. El material excavado cae por gravedad al nivel de botadero 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, que va con la transmisión inmediatamente bajo el escariador. En otros casos se utilizan motores hidráulicos para el empuje y rotación.

Ilustración 4 Blind Hole

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10

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.

Ilustración 5 Consola de equipo de perforación

EXTRACCION MINA I

11

2

Partes principales de los equipos

2.1 Raise boring Conjunto de reductores: conjunto de 3 o 4 transmisiones en base a engranajes y piñones planetarios que reducen las velocidades de rotación a los valores señalados anteriormente, según la operación que se esté realizando. -sistema de empuje electrohidráulico: conjunto de bombas hidráulicas y electroválvulas de alta presión, alrededor de 3000 PSI, que entrega la presión de trabajo a los cilindros hidráulicos para el empuje en las dos etapas de la operación. La presión necesaria para la operación dependerá de: longitud de la columna suspendida, calidad geo mecánica de la roca a excavar, calidad estructural de la roca y diámetro final de la excavación. En general podemos indicar los siguientes rangos de presión de trabajo: Perforación Piloto: 0 a 3 megapascales. Escariado: 4 a 20 megapascales. Sistema de sujeción de la columna de barras: corresponden a componentes mecánicos, tratados térmicamente que tienen como misión sujetar la columna en las 2 etapas de la operación, transmitiendo la energía de empuje y rotación a las herramientas de corte. Base y cuerpo principal: componentes fabricados en fierro fundido donde se montan los elementos (base y cuerpo principal). El conjunto completo es montado en la base de concreto.

EXTRACCION MINA I

12

Conjunto eléctrico: sistema de componentes eléctricos compuesto por transformadores, sistemas de partidas suaves, limitador de torque y sistemas de seguridad que resguardan alguna rotura o daño de la columna extendida en situaciones de partidas y detenciones de rotación en cualquiera de las etapas. Columnas

de

perforación:

formada

básicamente

por

barras,

estabilizadores de piloto y de escariado, Cross over, stem bar y barra de partida. La adecuada combinación de este material, permite una operación eficiente y segura. Habitualmente una barra de 11 ¼” de diámetro y 1,50 mt. De longitud tiene un peso de 420 kgs. Una barra similar a la anterior, pero de 10” de diámetro pesa 260 kgs. Escariador, cabezal: Estructuras metálicas, asimétrica, donde van ubicados los cortadores que dan el área de corte final de excavación. Normalmente construido en aceros especiales, conectada a la barra steam, trabaja por empuje y rotación en forma ascendente, contra el macizo rocoso provocando su ruptura por corte cizalle. El número y disposición de los cortadores definirá el área final de la excavación. En la siguiente tabla se indicará el número de cortadores según el tamaño de escariadores más comunes:

EXTRACCION MINA I

13

N° de cortadores según diámetro de escariador. Diámetro

Final

de Numero de cortadores (un)

escariado(mt) 1,5

8

1,8

10

2,1

12

2,5

14

2,7

14

3,0

16

3,5

22

4,0

26

4,5

28

Tabla 1- N° de cortadores según diámetro de escariador.

Estación de trabajo: la estación de trabajo podrá estar ubicada en superficie o interior de la mina. Para estaciones en superficie se requiere una plataforma de unos 100 m2 de superficie donde se ubicará la losa de concreto donde se anclará el equipo de Raise Borer. Motor eléctrico: tiene como misión dar la rotación de la columna de perforación en las 2 etapas: perforación de piloto y escariado. En la etapa de perforación piloto la columna rota a una velocidad de 30 RPM y en la etapa de escariado a 8 RPM. Normalmente en potencias de 150 HP a 500HP, 750 RPM Y 550 o 380 Volt, dependiendo del tipo de equipo.

EXTRACCION MINA I

14

2.2 Blind hole Set de barras: este set se compone de tubos de perforación y estabilizadores, los dos hechos de acero fundido alto en manganeso. Las barras tienen sus centros huecos que permiten que un fluido, que por lo general es agua, viaje desde la máquina a la broca piloto para que la roca triturada sea removida durante la operación. La principal función de los estabilizadores es disminuir la desviación del orificio pioloto con la finalidad de mantener el diámetro total del orificio piloto. Cortador de rocas: Está compuesto por las unidades cortadoras y por triconos. Ambas piezas tienen como función cortar la roca mediante compresión la cual es ejercida desde el set de barras. El tricono de esta perforadora está compuesto por un conjunto de te cortadoras pequeñas que se encuentran unidos en la misma barra, cuya función es realizar el orificio piloto de la perforación. Torre de taladro: esta pieza se encuentra posicionada en una caja que posee en su interior un motor hidráulico que es alimentado desde la unidad de potencia mediante mangueras de alta presión y una caja de engranajes que permite que una mesa giratoria se mueva, generando así el movimiento del set de barras, también contiene puntos para medir vibraciones. Esta torre solo tiene un movimiento vertical, debido a que la caja que la contiene posee dos grandes cilindros hidráulicos de doble efecto, estos cilindros son los que permiten que exista un movimiento de avance y retroceso. Finalmente posee un enfriador de aceite y bombas que alimentan un sistema de lubricación para los engranajes y rodamientos del sistema de rodamiento.

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Consola de control: Mediante esta consola, se pueden dirigir todos los movimientos de avance y perforación que realiza la torre de taladro. Se conecta mediante un cableado eléctrico a las demás unidades del equipo. Unidad de potencia: esta pieza contiene todos los implementos electrohidráulicos que hacen posible el funcionamiento de la torre de taladro, como lo son también los motores eléctricos, las bombas etc.

Ilustración 6 Unidad de potencia

EXTRACCION MINA I

16

3

Rendimientos

3.1 Raise boring El rendimiento en la excavación de chimeneas con equipos Raise Boring es variable y dependerá fundamentalmente de la calidad geomecánica de la roca, la profundidad del pique o chimenea y por supuesto del diámetro final de excavación el cual alcanza diámetros de 1.5 a 6.0 mts. Por ejemplo, faenas como la que opera Minera Maipo en Alhue, el yacimiento tiene zonas con alta resistencia a la compresión uniaxial alrededor de 300 a 400 Mpa, en la cual el rendimiento de excavación a diámetro final de 1,5 mt., aplicando altas presiones de empuje, no llegaba a 4 mts por turno, en turnos de 8 horas, con penetraciones de 3 cm. cada 6 minutos. En cambio, excavando a diámetro final de 3,0 mt. En zonas de calizas en Minera Punta del Cobre, donde la resistencia a la compresión uniaxial de la roca llegaba a 160 megapascales, se logran hasta 8 mts por turno con penetraciones de hasta 6 cms. cada 6 minutos. En general podemos indicar los siguientes rendimientos netos para rocas competentes con una resistencia a la compresión uniaxial de hasta 180 Mpa. 

Perforación Piloto: 12 ¼: 12 a 20 mts. Por día



Perforación Piloto: 13 3/4:10 a 15 mts. Por día



Escariado a 1,5 mt: 12 a 20 mts. Por día



Escariado a 2,5 mt: 8 a 14 mts. Por día



Escariado a 3,0 mt: 6 a 10 mts. Por día



Escariado a 3,5 mt: 4 a 8 mts. Por día

EXTRACCION MINA I

17

Estos rendimientos son netos, consideran una operación de 16 horas por día y son producto de la experiencia en excavaciones en diferentes faenas de Chile. 3.2 Blind Hole Esta tecnología ha funcionado con singular éxito en la División El Teniente de Codelco disminuyendo notoriamente los riesgos de excavación de chimeneas ascendentes, por caída y explosión de rocas sus díametros son considerablemente más pequeños 0.6 a 1.5 mts. Al igual que su rendimiento, pero tiende a ser nominal de unos 7 mts por día.

EXTRACCION MINA I

18

4

Aplicaciones

4.1 Raise boring El método es aplicable con gran éxito en las siguientes actividades mineras: Chimeneas de Ventilación: Por la calidad de la excavación, al dejar paredes

lisas,

se

disminuye

notablemente

la

pérdida

de

carga,

disminuyendo la sección de la labor de ventilación que permita pasar el mismo flujo de aire, respecto de una labor excavada con explosivos. Chimeneas de Traspaso de Mineral: Al tener paredes lisas aumenta el deslizamiento del material chimenea, eficiencia

al

pasar

por

la

aumentando

la

de

traspaso

Ilustración 7 Chimeneas de traspaso

y

disminuyendo las posibilidades de atascamiento. Chimeneas de Cara Libre: Una buena alternativa para la construcción de chimeneas de cara libre por la rapidez y exactitud de la excavación que favorece la eficiencia del diagrama de disparo de producción. Chimeneas de Servicio y Acceso: Por su terminación y en diámetros pequeños, son una excelente alternativa para el paso a diferentes niveles de servicios como agua, aire comprimido, drenajes y cables de energía eléctrica. Como acceso de personal son más seguras por su mayor estabilidad de la pared de roca.

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Bondades del método 

Método altamente seguro para el personal: ya que todo el comando de la excavación se realiza a través de un panel de control fuera de la línea de caída del material.



El personal no está en contacto con el frente a excavar.



No hay riesgos por uso de explosivos.



Rapidez y productividad: Los rendimientos que se pueden alcanzar no tienen comparación con lo de otros métodos de excavaciones de chimeneas.



Método no contaminante por gases de explosivos por lo que no se requiere grandes volúmenes de aire fresco en el área de trabajo.



Posee una gran autonomía: Se pueden excavar chimeneas o piques de grandes longitudes. Ej: Pique de Ventilación en Minera Punta del Cobre con 381 mts de longitud, vertical y 3,0 metros de diámetro, finalizado en 112 días de operaciones. Este es el pique de mayor longitud excavado en Chile con este método.

EXTRACCION MINA I

20

4.2 Blind Hole Chimeneas pilotos zanjas: Excavadas en los diferentes proyectos en Mina El Teniente en 0,7 mts. diámetro. Pilotos de drenaje o servicios: Excavados en 0,7 mts de diámetro, en forma ascendente, y con la finalidad de traspasar servicios como aire o cables de energía eléctrica. Chimeneas de traspaso intermedio: Excavadas en 1,5 mt. de diámetro y que permiten el traspaso de mineral de un nivel a otro en distancias cortas. Chimeneas para cara libre o slot.: Excavadas en 1,5 mt. de diámetro y actúan como cara libre para la excavación del nivel de hundimiento. Construcción de sistemas de buzones: Construidos en Mina El Teniente y que consisten en dos chimeneas en Y, desarrolladas desde la base, que se utilizan como sistemas de traspaso y carga de material. En general este método ha sido aplicado con mucho éxito en los diferentes proyectos en Mina El Teniente, por su alta productividad y seguridad en las operaciones. Bondades del método: 

Método altamente seguro para el personal de operaciones ya que todo el manejo de la excavación se realiza a través de un panel de control fuera de la línea de caída de la roca.



El personal no está en contacto con el frente a excavar por lo que ante cualquier evento que se produzca en el macizo rocoso.



No hay riesgos por uso de explosivos.

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

Rapidez y productividad: Los rendimientos que se alcanzan no son comparables con otros métodos tradicionales de construcción de chimeneas.



Método no contaminante por gases de explosivos.



Excelente calidad de terminación de las chimeneas: Se obtienen paredes lisas.

5

Aceros de perforación

Los aceros de perforación en simples palabras son la primera pieza que aplica energía a la roca, en conjunto con la acción de empuje y rotación. Existen muchos tipos de aceros para todos los tipos de maquinaria y distintas empresas que los comercializan y crean nuevas tecnologías como Atlascopco y Sandvik entre otras, pero enfocándonos en estos dos métodos definiremos los siguientes: Tricono: Su constitución es un conjunto de 3 brocas pequeñas que están unidos en una misma barra cuya función es realizar el orificio piloto de la perforación. Generalmente están hechos de aceros de manganeso o tugsteno. Debido a su alta dureza y su elasticidad característica que los hace resistentes al trabajo continuo.

Ilustración 8 Triconos de perforación piloto

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Escareador: Es una herramienta de perforación de agujero piloto, usualmente son utilizados en la perforación vertical en formaciones muy duras en minería, es por esto que poseen una alta tasa de penetración y una gran variedad en diámetros.

Ilustración 9 Escareador de tiro piloto íntegro

Hay 3 clasificaciones en el mercado actual para estos escareadores, el primero consiste en una pieza completa en las cuales todas las cuchillas están unidas a un disco de giro (integro), el segundo un poco más dinámico, tiene piezas del disco de giro que se pueden extraer con sus acoples de rodillos de corte segmentados, y la tercera en la que pasa a tener piezas extendibles en sus acoples al disco de giro.

EXTRACCION MINA I

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Ilustración 11 Escareador Extendible

Ilustración 10 Escareador Segmentado

Cortadores: Estos son rodillos que, según la estructura del macizo rocoso, tiene una estructura dentada definida para cada caso, con la finalidad de cortar y triturar la roca. Sillas de montaje: Pieza que permite el anclaje de los cortadores en el disco de giro. Vástago: Pieza de acero en forma de tubo que contiene un disco de acople al disco de giro u otras barras para la perforación piloto o el escareador. referenciales

(Imágenes catálogo

Sandvik)

Ilustración 12 Cortador y silla de anclaje

EXTRACCION MINA I

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6

Proveedores y equipos

6.1 Equipos Atlas Copco Atlas Copco se caracteriza por sus áreas de negocio especializadas; sus ventas directas y servicio con presencia en todo el mundo; un negocio de servicio fuerte, estable y en crecimiento; su personal profesional, y una estrategia de fabricación flexible y centrada en los activos esenciales. Dándole un enfoque a la sustentabilidad de la producción, lo que significa que se caracteriza por la búsqueda de resultados duraderos con un uso responsable de los recursos humanos, naturales y del capital.

Ilustración 13 Atlas copco logo

EXTRACCION MINA I

25

Robbins 73RH

Robbins 123RH

Diámetro de la chimenea, nominal

5m

Diámetro de la chimenea, rango

3.1 - 6 m

Longitud de chimenea, nominal

900 m

Longitud máxima de la chimenea

1100 m

Empuje de escariado

8923 kN

RPM, piloto

0 - 58 rpm

RPM, escariado

0 - 7 rpm

Aire de achique (a 7 bar/100 psi)

25 m³/min

Empacado, agua

800 l/min

Alimentación eléctrica (50/60 Hz)

580/650 kW

EXTRACCION MINA I

Diámetro de la chimenea, nominal

2.1 m

Diámetro de la chimenea, rango

1.5 – 2.4 m

Longitud de chimenea, nominal

550 m

Longitud máxima de la chimenea

700 m

Empuje de escariado

4159 kN

RPM, piloto

0 - 52 rpm

RPM, escariado

0 - 9 rpm

Aire de achique (a 7 bar/100 psi)

16 m³/min

Empacado, agua

530 l/min

Alimentación eléctrica (50/60 Hz)

260/298 kW

26

Robbins 44RH

Robbins 34RH QRS

Diámetro de la chimenea, nominal

1.5 m

Diámetro de la chimenea, nominal

1.2 m

Diámetro de la chimenea, rango

1 – 1.8 m

Diámetro de la chimenea, rango

0.6 – 1.5 m

Longitud de chimenea, nominal

340 m

Longitud de chimenea, nominal

340 m

Longitud máxima de la chimenea

610 m

Longitud máxima de la chimenea

610 m

Empuje de escariado

2000 kN

Empuje de escariado

1150 kN

RPM, piloto

0 - 49 rpm

RPM, piloto

0 - 58 rpm

RPM, escariado

0 - 16 rpm

RPM, escariado

0 - 7 rpm

Aire de achique (a 7 bar/100 psi)

13 m³/min

Aire de achique (a 7 bar/100 psi)

25 m³/min

Empacado, agua

450 l/min

Empacado, agua

800 l/min

Alimentación eléctrica (50/60 Hz)

198/227 kW

Alimentación eléctrica (50/60 Hz)

580/650 kW

EXTRACCION MINA I

27

Robbins 91RH

Robbins 73RVF

Diámetro de la chimenea, nominal

2.4 m

Diámetro de la chimenea, nominal

4.5 m

Diámetro de la chimenea, rango

1.5 – 3.1 m

Diámetro de la chimenea, rango

2.4 - 5 m

Longitud de chimenea, nominal

550 m

Longitud de chimenea, nominal

600 m

Longitud máxima de la chimenea

700 m

Longitud máxima de la chimenea

1000 m

Empuje de escariado

4159 kN

Empuje de escariado

6700 kN

RPM, piloto

0 - 60 rpm

RPM, piloto

0 - 58 rpm

RPM, escariado

0 - 11 rpm

RPM, escariado

0 - 7 rpm

Aire de achique (a 7 bar/100 psi)

18 m³/min

Aire de achique (a 7 bar/100 psi)

18 m³/min

Empacado, agua

600 l/min

Empacado, agua

600 l/min

Alimentación eléctrica (50/60 Hz)

365/377 kW

Alimentación eléctrica (50/60 Hz)

580/650 kW

EXTRACCION MINA I

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6.2 Equipos Kamach Grupo empresario chino, mundialmente conocido, el cual está enfocado en la venta distribución y prestación de servicios de maquinarias especializadas industriales.

Ilustración 14 Empresas conformantes de KAMACH

EXTRACCION MINA I

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Parámetros

AFY900/90

AFY1400/300

Diámetro del agujero guía (mm) Diámetro de escariado (m) Profundidad de perforación (m) Velocidad del eje de rotación de salida (rpm) Torsión nominal (KN·m) Torsión máxima (KN·m) Impulso máximo de la broca (kN) Máxima tensión de aproximación (kN) Ángulo de inclinación del agujero (°) Potencia del motor (kW) Tipo de conducción Aplicación en la roca

7 15 150 380 60-90 52.7 hidráulico ≤ 1600MPa

Parámetros Diámetro del agujero guía (mm) Diámetro de escariado (m) Profundidad de perforación (m) Velocidad del eje de rotación de salida (rpm) Torsión nominal (KN·m) Torsión máxima (KN·m) Impulso máximo de la broca (kN) Máxima tensión de aproximación (kN) Ángulo de inclinación del agujero (°) Potencia del motor (kW) Tipo de conducción Aplicación en la roca

EXTRACCION MINA I

190 0.9 90 5-33

250 1.4 300 5-36 36 70 550 1300 60-90 129.6 hidráulico ≤ 1600MPa

30

Parámetros

AFY1800/40/250

Diámetro del agujero guía (mm) Diámetro de escariado (m) Profundidad de perforación (m) Velocidad del eje de rotación de salida (rpm) Torsión nominal (KN·m) Torsión máxima (KN·m) Impulso máximo de la broca (kN) Máxima tensión de aproximación (kN) Ángulo de inclinación del agujero (°) Potencia del motor (kW) Tipo de conducción Aplicación en la roca

250 1.4 – 1.8 300 - 250 5-33 25 40 700 1250 60-90 86 hidráulico ≤ 1600MPa

Parámetros

AFY2500/400

EXTRACCION MINA I

Diámetro del agujero guía (mm) Diámetro de escariado (m) Profundidad de perforación (m) Velocidad del eje de rotación de salida (rpm) Torsión nominal (KN·m) Torsión máxima (KN·m) Impulso máximo de la broca (kN) Máxima tensión de aproximación (kN) Ángulo de inclinación del agujero (°) Potencia del motor (kW) Tipo de conducción Aplicación en la roca

270 1.4, 2.0, 2.5 400 2-21 80 102 700 2450 60-90 168.5 hidráulico ≤ 1600MPa

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6.3 Equipos RUC La empresa RUC cementation mining, de origen australiano, también presenta modelos de maquinarias de tipo Raise boring y Blind hole, teniendo entre ellas la más conocida strata 950, la perforadora que fue ocupada para el rescate de los mineros de la mina San José.

Ilustración 15 RUC

EXTRACCION MINA I

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Parámeters

ROBBINS 53R

Raise Diameter Blind Box Hole Dia Raise Length Pilot Hole Diameter Drive Speeds Ream Speeds Pilot Thrust Reaming Pull Power Requirements Dip Angle Limit Water Consumption

1.1 – 1.8m 300 12¼" Tri-cone bit size 30 rpm 8 rpm 168 ton 344 ton 350 kVA 60°

Drive Type

Electric drive

56 l/s

ROBBINS 71R Parámeters

EXTRACCION MINA I

Raise Diameter Blind Box Hole Dia Raise Length Pilot Hole Diameter Drive Speeds Ream Speeds Pilot Thrust Reaming Pull Power Requirements Dip Angle Limit Water Consumption

1.1 - 2.4m 1.1 – 1.8m 60 12¼" Tri-cone bit size 2 - 13 rpm 4 - 26 rpm 150 ton 340 ton 190 kW, 256 kVA 90 – 45°

Drive Type

Hydraulic

8 l/s RB - 40 l/s BH

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ROBBINS 85R Parámeters Raise Diameter Blind Box Hole Dia Raise Length Pilot Hole Diameter Drive Speeds Ream Speeds Pilot Thrust Reaming Pull Power Requirements Dip Angle Limit Water Consumption Drive Type

up to 5m 500 m 13¾" or 15" Tri-cone bit size 0 - 96 rpm 0 - 6 rpm 158 ton 517 ton 550 kVA 60°

56 l/s Hydraulic Motor

STRATA 400 Parámeters Raise Diameter Blind Box Hole Dia Raise Length Pilot Hole Diameter Drive Speeds Ream Speeds Pilot Thrust Reaming Thrust Power Requirements Dip Angle Limit Water Consumption Drive Type

EXTRACCION MINA I

1.1 – 4.0m 1.1, 1.4 or 1.5m 60 m 311 or 349mm Low: 0-6 RPM, High: 0-30 RPM 0 - 6 rpm 400 Ton 1000 Volt 90 to 45°

8 and 25 l/s Hydraulic Drive

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STRATA 960 Parámeters Raise Diameter Blind Box Hole Dia Raise Length Pilot Hole Diameter Drive Speeds Ream Speeds Pilot Thrust Reaming pull Power Requirements Dip Angle Limit Water Consumption

> 3m 1000 m 16" Tri-cone bit size 0 - 62 rpm 0-5 or 0 - 9 rpm 69 ton 960 Ton 495 Kw / 594 kVA 70° V f H

Drive Type

Hydraulic Drive

36 l/s

WIRTH HG330 Parámeters

EXTRACCION MINA I

Raise Diameter Blind Box Hole Dia Raise Length Pilot Hole Diameter Drive Speeds Ream Speeds Pilot Thrust Reaming pull Power Requirements Vertical Drilling Water Consumption

3.5m - 6m +1000 m 15" Tri-cone bit size 0 - 48 rpm 0 - 4 rpm 296 ton 1000 Ton 650 kVA 7m

Drive Type

Hydraulic Drive

100 m3/dia

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Inversión y costos de operación

Antes de comenzar a hablar de sus inversiones y costos de operación se relatará en primera parte los controles de calidad que se deben generar en ambos procedimientos de control de calidad, también se debe saber que al ser métodos hidráulicos ya tienen costos por mantención y repuestos, debido a su alta seguridad y precisión, además de su fácil operación aumentan sus gastos, por ende, la necesidad de tener trabajadores especializados genera un alto impacto en su utilización. 7.1 Raise boring Las operaciones con equipos Raise boring requieren establecer estándares y procedimientos estrictos que permitan tener operaciones seguras y confiables. Entre los mayores riesgos que se pueden mencionar es la rotura de la columna en alguna de las etapas con la consiguiente caída de las barras o escariador al nivel inferior. Las actividades principales, entre otras, que es necesario realizar antes en este tipo de operaciones son: 

Detección de fisuras en el material de perforación mediante test

de

ultrasonido,

líquidos

penetrantes

y

partículas

magnéticas. 

Detección de fisuras en componentes de sujeción y sistemas de

transmisión

con

los

mismos

métodos

indicados

anteriormente. 

Chequeo de horizontabilidad en superficie del escariador, para asegurar que todos los cortadores realicen el corte a la misma altura.



Alineamiento de cortadores en el escariador.

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

Revisión del estado de los rodamientos del tricono antes de iniciar la perforación.



Verificar que los sistemas de seguridad del equipo como el soft starter y el limitador de torque estén operando en óptimas condiciones.



Confección de procedimientos de trabajo para cada una de las actividades operativas.



Verificar que la base de apoyo del equipo esté construida bajo estrictos estándares.



Instrucción y capacitación permanente del personal de operaciones.



Buena práctica operacional.

Con respecto a su inversión el método Raise boring, es muy alto debido a que requiere una gran cantidad de infraestructura y equipo además de su mantención que es de aproximadamente 15.000 US$, agregándole a esta suma, cabe resaltar su alto costo por metro lineal de excavación que rondea los 380 a 400 US$/m, y en su forma ascendente puede llegar a los 700 US$/m. Además, cabe recalcar que puede presentar más inconvenientes y más gastos al tener como variante el estado de las rocas, ya que al ser de menor calidad dificulta el trabajo óptimo del equipo.

EXTRACCION MINA I

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7.2 Blind hole La operación Blind hole requiere estándares menos rigurosos, pero no menos importantes que la Raise Boring: 

Detección de fisuras en componentes y material de perforación utilizando técnicas de ultrasonido, líquidos penetrantes y partículas magnéticas



Diseño de sistemas de colección de la roca excavada y verificación de su correcto funcionamiento



Instrucción y capacitación permanente al personal de operación



Operaciones según estándares y procedimientos preestablecidos



Buena práctica operacional

Debido a que los costos de este procedimiento varían de forma directa dependiendo del tipo de roca y la dificultad de perforación (inclinada, con fallas), es difícil establecer costos de operación como el método Raise boring, pero sí se puede estimar una media en costos de operación de aproximadamente 800 US$/m con costos totales mayores al medio millón de dólares.

EXTRACCION MINA I

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8

Discusiones de grupo

Entendemos que la incorporación de sistemas mecanizados en la excavación de chimeneas ya sea utilizando las técnicas Blind Hole o Raise Boring contribuyen a un trabajo seguro para el personal, para los equipos y materiales especialmente en aquellos macizos rocosos de mala calidad. Gracias a su forma de trabajo se puede lograr una productividad significativamente

alta,

y no

son

comparables con

los métodos

tradicionales de construcción de chimeneas con utilización de explosivos. También cabe recalcar que la calidad de terminación de las excavaciones es casi perfecta por lo que los hace muy atractivos para los sistemas de ventilación, por la reducción de la pérdida de carga y por consiguiente la disminución de la potencia necesaria en los sistemas de ventilación. De esta misma forma, la calidad de terminación de las paredes, contribuye a tener piques de traspaso más fluidos, disminuyendo riesgos por atascamiento de la roca. La incorporación del método Raise Boring en la excavación de chimeneas slot, o de cara libre, entrega chimeneas más regulares, produciendo un mayor rendimiento en las tronaduras de producción o apertura de caserones mineros. Cabe entender que el entrenamiento y la capacitación del personal en este método es fundamental para el éxito de las operaciones. Raise Borer y Blinde Hole son tecnologías limpias al usar energía eléctrica e hidráulica, no contaminantes al basar su operación en técnicas de corte y cizalle sin utilizar explosivos, y la consiguiente producción de gases de tronadura y a su vez el daño geomecánico que pueda generar a la roca y al medio ambiente la tronadura. EXTRACCION MINA I

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Conclusiones

Concluyendo este informe se quiere entregar noción de que, pese a que estos equipos sean tan vanguardistas en la creación de chimeneas, y piques, es indispensable toma en cuenta como primer punto el factor económico, ya que a diferencia de la tronadura estas máquinas presentan una holgura menor al momento de requerir cambios operacionales por problemas de economía externos. A su vez, es de suma importancia tener una noción detallada y rigurosa de los ámbitos operacionales de las labores en las que se quiera o necesite aplicar el método, ya que es de alta complejidad ejecutarlo, y una mala planeación puede generar pérdidas muy cuantificables monetariamente y en tiempo. Como se mencionó también, la seguridad y los aspectos ambientales deben tomarse muy en cuenta hoy en día, es por eso que se debe poner en la balanza los pro y contras de la utilización de estos procesos con respecto al impacto que se desea minimizar. Y por último siempre tomar en cuenta que debido a sus altos costos operacionales y su alta complejidad la inversión y mantención es vital tenerla en cuenta antes de realizar cualquier decisión, ya que, pese a que es un proceso muy vanguardista, automatizado y seguro, no tiene una buena adecuación a cualquier variable que se pueda presentar en los tipos de trabajo.

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10 Referencias



www.atlascopco.cl



www.ruc.com.au



http://www.home.sandvik/en/products/



“Manual de perforación y voladura de rocas” – INSTITUTO GEOLÓGICO Y MINERO - MADRID, ESPAÑA (Dr Carlos López Gimeno.

Link

descarga

directa:

http://bibliogeo.ing.ucv.ve/DB/bfiegucv/EDOCS/SRed/20 11/10/T041500002027-0Manual_de_perforacion_y_voladura_de_rocas-000.pdf). 

www.kamach.com



www.codelco.com

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