PRINCIPIOS DEPERFORACIONPARA VOLADURASCURSO CERTIFICACION ROTARY DRILL

AGUJERO PARA VOLADURA: Hueco perforado en roca para ser cargado con explosivos, con el proposito de fragmentar y desplazar la roca al explotar.

TRES AREAS DE APLICACION PARA LA VOLADURA:MinasCanterasProyectos de Construccion

MINERIA Y CANTERASMina: Excavacion en la superficie de la tierra, con el proposito de remover y vender un mineral o material economicamente valioso.Au, Ag, Cu, Fe, Al, Sn, otros metalesSal, azufre, fosfato, otros quimicosCarbonAgregado, triturado, otros materiales para construccionEconomicamente valioso depende del precio del mineral en el mercado y su costo de extraccionOferta y demanda determinan el mercadoNo se pueden pasar los aumentos de costos al cliente

El desarrollo minero es intensivo en capital, cuya recuperacion es lenta debido a los tiempos tan largos necesarios para comenzar a producirLa rentabilidad depende de la adecuada planeacion de la produccion y mineria selectiva debido al valor del dinero en el tiempoEl tiempo y los gastos en compras varian durante el proyectoEl proceso de mineria acaba con el deposito de mineralCada mina tiene una vida proyectadaEl deposito no es homogeneo

La mineria es una industria de alto riesgo, llena de personas necesariamente conservadoras en sus decisiones!

Tipos de minasCielo Abiertobajo nivel del suelo, en bancos.Tajo Abiertoal lado de una montaaStripmueve esteril a zonas previamente excavadas (carbon)Canterase refiere a la mineria de materiales para construccion (agregado, triturado, caliza, etc.)puede ser cielo abierto o tajo abierto

MINA LOS COLORADOS, CHILEMina Tajo Abierto

Requisitos para perforacion y voladura (mineria)FlexibilidadDescapoteVias y otra infraestructuraVoladura Secundaria (reduccion de sobretamao)Capacidad de ProduccionToneladas o metros cubicos por hora, turno, dia, semana, mes, aoDisponibilidadPara obtener la produccion requeridaCosto TotalCostos de propiedad y operacion del equipo de perforacion por tonelada de rocaCompatibilidadCargue y TransporteProcesamiento

PROYECTOS DE CONSTRUCCIONExcavacion en RocaCortes para carreterasCanalesPresasCimentacionesCanteras dentro de Proyectos GrandesPara obtener material para base, triturado o agregados para concretoConstruccion de AutopistasPresasSitios remotos con altos costos de transporte

Principios de PerforacinUn equipo de perforacin reune todos los conceptos bsicos, de elctricidad, hidrulica y neumtica.El aire es necesario para barrer el agujero y para accionar algunos de sus componentes mecnicos, - Martillos (DHD), Motores Neumticos, etc ( en algunos equipos)El sistema hidrulico es necesario para suministrar la potencia a cilindros, mecanismos de propulsin, rotacin, avance, accesorios. Los controles elctricos se utilizan para ignicin, control de solenoides, relevos, etc

martillosuperiorcabezarotatoria

PERFORACION POR PERCUSION(martillo superior, martillo de fondo)Penetracion de la broca en la roca ocurre debido a la combinacion de 4 acciones:PercusionRotacionAvanceBarrido

Percusion y RotacionMartillo SuperiorMartillo de Fondo

Brocas para PercusionUsadas con martillos superiores o de fondoInsertos de acero de carburo de tungstenoBrocas de boton, en cruz, en X, (cruz modificada)Varios diseos para uso en diferentes tipos de rocaPuede ser re-acondicionada puliendo los insertos

PercusionOndas de energia producidas por el piston del martillo, se transmiten a la broca a traves de la columna de perforacionLos insertos de la broca producen fracturas en la roca mediante la combinacion de impacto, triturado y paleado, produciendo pequeos recortes El proceso es similar al de un martillo y cincel, repetido rapidamente. La percusion consume 80-85% de la potencia del martillo

fracturas radialesdeformacion de la rocatiempo...

tiempo...fuerza depercusioninserto dela brocaroca pulverizadarecortes de roca fracturada

perfil del crater producido

RotacionEl giro de la broca entre impactos sucesivos permite que los insertos ataquen roca intacta en cada impactoLa velocidad optima de rotacion produce recortes grandes y desperdicia menos energia en fracturacion repetida de recortesBrocas de boton requiren velocidades mas bajas que brocas en XBrocas en Cruz: 10-20 de rotacion entre impactosBroca de boton: 5-7 de rotacion entre impactos

AvanceLa fuerza de avance empuja la columna de perforacion y la broca en el agujeroLa broca se mantiene en contacto con el fondo del agujero, transmitiendo el impacto a la rocaFuerza de avance insuficiente reduce la velocidad de penetration, aumenta el desgaste de las roscas de varillas y acoples, afloja la columna de perforacion y causa recalentamiento de los componentesFuerza de avance excesiva reduce la velocidad de penetracion, produce apriete excesivo de acoples, aumenta el desgaste de la broca, vibracion del equipo y desviacion del agujero

BarridoLos recortes deben ser evacuados del agujero para evitar la perdida de energia en triturado repetido, reducir abrasion y evitar el atasque de la brocaEl aire comprimido se inyecta a traves de la columna de perforacion y al salir por las boquillas de la broca arrastra los recortes hacia la superficieLa presion de aire en las boquillas de la broca debe ser suficiente para dislocar los recortes y acelerarlos hasta la velocidad de barrido en una distancia corta.La velocidad de barrido del aire en el area anular entre la columna de perforacion y la pared del agujero debe ser suficiente para arrastrar los recortes hasta la superficie

PERFORACION ROTATORIA (broca triconica)La penetracion en la roca ocurre debido a la combinacion de 3 acciones:EmpujeRotacionBarrido

Broca TriconicaCompuesta por tres conos giratoriosLos dientes o insertos son presionados contra la superficie de la roca en el fondo del agujero, al mismo tiempo que se da rotacionEl diseo de los dientes o insertos depende de la dureza del material que se quiere perforar

EmpujeLa fuerza de empuje (pulldown) se transfiere a la broca a traves de la columna de perforacionLos dientes de acero o los insertos de carburo de tungsteno aplican compresion a la roca, al mismo tiempo que rotanCuando la presion excede la resistencia a la compresion de la roca, los dientes o insertos penetran en la roca, desplazando trozos de roca lateralmente

RotacionAl girar el cuerpo de la broca, los conos giran en el fondo del agujero, permitiendo que los dientes entren en contacto con la rocaEl movimiento angular de los dientes en la roca, provoca el rompimiento y el triturado por la fuerza de empujeLa pequea desviacion de los conos (brocas para roca suave) aade a los dientes una accion de arrastre al rotarcuerpocono

tiempo...

tiempo...

Control/Supresion de PolvoPermite controlar el polvo y los recortes producidos por la perforacion;puede usarse para obtener muestras de la rocaProblemas de polvo: salud/molestia afectando al operador y a los residentes cercanos al proyecto; tambien causa desgaste prematuro y reduce la duracion de algunos componentesSistema seco equipado con bomba de vacio/filtro y separadorSistema humedo inyecta agua a la corriente de aire para eliminar las particulas de polvo que salen a la superficieINGERSOLL-RAND

Conceptos Generales de Perforacin

ROTACION -- MARTILLOS DE FONDOEl unico motivo de la rotacion es para colocar los botones sobre material frescoMuy lenta: Los botones impactan sobre material ya roto causando rotacion erratica y pegajosa ademas de resultar en una penetracion mas lentaMuy rapida: Los botones calibradores (situados en el borde de la broca) se gastan excesivamente debido a que son raspados con fuerzaCada tipo de roca tiene su optima velocidad de rotacion, la cual es una combinacion entre velocidad de penetracion, operacion suave y larga duracion de la brocaRotacion requiere torque: Generalmente, 500 lbs/pie de torque por pulgada de diametro de la broca

Para encontrar la velocidad de rotacion optimaDebe ser determinada por el operador en el campo bajo las condiciones existentesEl operador reduce la velocidad de rotation en incrementos a la vez que mide el tiempo que demora la penetracionLa velocidad optima de rotacion en la roca se obtiene al momento que la penetracion comienza a disminuirVelocidad inicial de rotacion: Usualmente, como regla comun, para, DHD de 6:Sobrecarga --40 a 60 RPMRoca suave --30 a 50 RPMRoca mediana --20 a 40 RPMRoca dura --10 a 30 RPMOtras velocidades iniciales estimadas: 300 Diametro de broca

EMPUJE -- MARTILLOS DE FONDO(DHD)El cuerpo del DHD debe avanzar junto con la broca y ser empujado contra la roca para que piston reciprocante pueda pegarle a la brocaRegla comun: 250 a 500 lbs de peso (incluyendo el peso de la sarta o columna de acero) para cada 1 de diametro de brocaInsuficiente presion de empuje provoca que la sarta se vea brincarExcesiva presion de empuje no solo no aumenta la penetracion, si no que aumenta el desgaste de la broca y en el sistema de rotacionEl empuje optimo debe ser determinado por el operador

EMPUJE -- PERFORADORAS ROTARIASContrario a los DHD, el empuje es la fuerza principal que causa la penetracionEl empuje en los insertos de la broca tiene que exceder la fuerza compresiva de la roca para que pueda penetrar (idealmente como 80% de su largo)El peso de empuje esta limitado porel tamao de los cojinetes dentro de los conos -- a brocas mayores, cojinetes mayores

Empuje optimo para perforadoras rotariasEl empuje optimo es cuando mas eficiente es la penetracion; depende casi siempre de la habilidad del operadorEmpuje insuficiente: Los insertos de los conos no penetran lo suficiente dento de la roca, los detritos se convierten en polvo con pequeas particulas y la penetracion es menor que la que se pudiese obtenerEmpuje optimo: Los insertos penetran en casi su totalidad dentro de la roca, la roca se remueve por medio del palanqueo de los insertos, los detritos son pequeos pedazos con poco polvo. El cuerpo de los conos nunca toca el fondo del agujeroEmpuje excesivo: Los insertos y el cuerpo de los conos se entierran completos dentro de la roca y ruedan en la roca como una compactadora, trabajando contra la fractura y limpieza del agujeroEl empuje optimo se estima con una formula y una tabla

ROTACION -- PERFORADORAS ROTARIASDado que el empuje optimo produce la mejor penetracion en la roca (pedazos mayores, poco polvo), la penetracion aumenta a medida que la rotacion aumentaEl limite practico de aumento se obtiene cuando la cantidad de detritos producidos no se puede extraer del fondo del agujero y a la vez comienza a triturar de nuevo lo ya triturado. En este momento se reduce la penetracionUna mayor velocidad de rotacion acorta la vida de los cojinetes de los conosPor medio de experimentacion, el operador debe determinar la velocidad de rotacion optima en conjunto con con el empuje optimoComo guia:Roca suave --75 a 160 rpmRoca mediana --60 a 80 rpmRoca dura --35 a 70 rpm

INDICES DE PERFORACION Y ABRASIVIDADMide las caracteristicas de la roca en referencia al rendimiento de perforacionRelacionado a standard conocido de un tipo de roca, Granito Barre encontrado en Vermont, USADeterminado empiricamenteUsado para calcular los indices de penetracion directa y desgaste de los accesoriosMultiplicar el rendimiento conocido por el indice de perforacion o dividir entre el indice de abrasividad

DIFERENCIAS ENTRE VELOCIDADES DE PENETRACIONPenetracion directa: Es la velocidad a la que la broca penetra la roca, se mide en pies/hora o metros/hora, en el tiempo que la unidad esta actualmente perforando (drill throttle time)Penetracion general: Penetracion incluyendo:Tiempo que esta perforando la unidadTiempo para cambiar la BarraPosicionado y tiempo de preparacionTiempo de traslacionLa penetracion general siempre es menor que la penetraciondirectaEs casi siempre una funcion de la eficiencia y capacidad del operator

Velocidad de Penetracion DirectaEs dificil de estimarVelocidades de penetracion en granito barre estan publicadas para martillos superiores y martillos de fondoEstimados de perforacion rotaria son mas efectivos cuando se hace una comparacion con una situacion similarSi la penetracion directa se sabe para una situacion con un diametro especifico, la penetracion con un diametro diferente puede ser estimada usando la formula siguiente: Nueva penetracion = penetracion actual x (diametro existente/nuevo diametro)3/2