tecnicas en perforacion de rocas en mineria superficial

7/17/2019 Tecnicas en Perforacion de Rocas en Mineria Superficial

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Curso de Actualizacin:

PERFORACION Y VOLADURA DE ROCASPERFORACION Y VOLADURA DE ROCASPERFORACION Y VOLADURA DE ROCASPERFORACION Y VOLADURA DE ROCAS

EN MINERIA SUPERFICIALEN MINERIA SUPERFICIALEN MINERIA SUPERFICIALEN MINERIA SUPERFICIALTECNICAS MODERNAS Y OPTIMIZACION DE COSTOSTECNICAS MODERNAS Y OPTIMIZACION DE COSTOSTECNICAS MODERNAS Y OPTIMIZACION DE COSTOSTECNICAS MODERNAS Y OPTIMIZACION DE COSTOS

Sesin N 2: TECNICAS DE PERFORACION DE ROCASTECNICAS DE PERFORACION DE ROCASTECNICAS DE PERFORACION DE ROCASTECNICAS DE PERFORACION DE ROCAS

Mg. Ing. Fredy Ponce R.

I. CONCEPTOS GENERALES DE LA PERFORACION DE ROCAS

II. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL RENDIMIENTO DE LAPERFORACION

III. GEOMECANICA DE ROCAS APLICADA A LA PERFORACIONVOLADURA DE ROCAS

IV. SISTEMAS DE PERFORACION DE ROCAS

V. METODOS DE PERFORACION DE ROCAS

VI. EQUIPOS DE PERFORACION EN MINERIA SUPERFICIAL

Sesin 2Sesin 2:: TECNICAS DE PERFORACION DE ROCASTECNICAS DE PERFORACION DE ROCAS

Temario:

DIA MIERCOLES 02 NOVIEMBRE 2011



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I.I.I.I. CONCEPTOS GENERALES DE LACONCEPTOS GENERALES DE LACONCEPTOS GENERALES DE LACONCEPTOS GENERALES DE LA

PERFORACION DE ROCASPERFORACION DE ROCASPERFORACION DE ROCASPERFORACION DE ROCAS


PERFORACION Y VOLADURA DE ROCAS EN MINERIA SUPERFICIAL

TECNICAS MODERNAS Y OPTIMIZACION DE COSTOS


1. PERFORACION DE ROCAS1. PERFORACION DE ROCAS

CONCEPTO:

La perforacin de rocas dentro del campo de las voladuras esla primera operacin unitaria que se realiza, y tiene comofinalidad abrir en la roca unos huecos u orificios cilndricosdenominados Taladros, Barrenos, Hoyos o BlastHoles, de diferentes dimetros y profundidades de acuerdo adiseos y parmetros sujetos a un mejoramiento continuo, y auna dinmica de cambios como la tecnologa avanza.



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OBJETIVO:

El objetivo de estos taladros es: alojar a las cargas deexplosivos y sus accesorios iniciadores, para despusdetonarlos y lograr la fragmentacin de la roca requerida.

Video 1: PERFORACIONVideo 1: PERFORACION

1. PERFORACION DE ROCAS1. PERFORACION DE ROCAS

drillinganim.m1vMg. Ing. Fredy Ponce R.

2. CONCEPTOS RELACIONADOS A LA PERFORACION2. CONCEPTOS RELACIONADOS A LA PERFORACION

1) Perforar.- Agujerear taladrar la roca atravesando la longitudrequerida.

2) Percusin.- Fuerza muy grande que acta durante un tiempobrevsimo.

3) Triturar.- Moler, desmenuzar una materia slida sinpulverizarla.

4) Presin de avance.- Fuerza que ejerce el mbolo neumtico.5) Perforadora.- Maquina empleada para la perforacin de rocas

y terrenos.

6) Taladro.- Agujero echo con la herramienta de perforacin.7) Perforacin.- Accin de perforar.



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3. PRINCIPIOS DE PERFORACION DE ROCAS3. PRINCIPIOS DE PERFORACION DE ROCAS

Se basa en principios mecnicos de percusin y rotacin, cuyosefectos de golpe y friccin producen el astillamiento y trituracinde la roca en un rea equivalente al dimetro de la broca y hastauna profundidad dada por la longitud del barreno utilizado.

La eficiencia en perforacin consiste en lograr la mximapenetracin al menor costo.

En perforacin tienen gran importancia la resistencia al corte odureza de la roca (que influye en la facilidad y velocidad depenetracin) y la abrasividad. Esta ltima influye en el desgastede la broca y por ende en el dimetro final de los taladros, cuandosta se adelgaza (brocas chupadas).


PERFORACION PARA VOLADURA DE BANCOPERFORACION PARA VOLADURA DE BANCO



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VELOCIDAD DE PENETRACIN Y BARRIDO

La velocidad de penetracin no solamente depende de laaplicacin de fuerza; tambin depende del barrido olimpieza de los detritos del taladro con aire comprimido y/ocon agua a presin, a travs de la misma barra conformeavanza la perforacin.

Algunas perforadoras hidrulicas tienen una bombaespecial para el agua de barrido, para conseguir unapresin alta y constante por encima de 10 bar, lo queaumenta la velocidad de penetracin.

La lubricacin del sistema varillaje-broca durante el trabajoes fundamental, ya que cada mquina tiene su propio

sistema, sea con agua, aire o ambos, con pulverizacin onebulizacin de aceite.


No se debe utilizar slo agua en materiales como sal, yeso,potasa, anhidrita o bauxita y ciertas arcillas, porque forman unlodo que atraca el varillaje. Como alternativa en este casotendramos:- Usar aire slo (con mecanismo de vaco para colectar el polvo).- Perforar con barrenos helicoidales o augers, sin aire.- Mezcla controlada de aire-agua como niebla, para humedecer

la inyeccin. Por otro lado, el aire slo tender a crear mucho polvo en el

ambiente. La dureza y abrasividad de la roca son factores importantes para

determinar qu medio de perforacin emplear: rotacin simple orotopercusin. Usualmente cuanto ms suave sea la roca mayordebe ser la velocidad de perforacin (normalmente hasta unmximo de 1 500 rpm). Por otro lado, cuanto ms resistente sea ala compresin, mayor fuerza y torque sern necesarias paraperforarla.

VELOCIDAD DE PENETRACIN Y BARRIDO



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II.II.II.II. FACTORES QUE INFLUYEN EN ELFACTORES QUE INFLUYEN EN ELFACTORES QUE INFLUYEN EN ELFACTORES QUE INFLUYEN EN EL

RENDIMIENTO DE LA PERFORACIONRENDIMIENTO DE LA PERFORACIONRENDIMIENTO DE LA PERFORACIONRENDIMIENTO DE LA PERFORACION





1) Tipo de aplicacin del trabajo (masivo, estructural)

2) Tipo de roca (dureza, resistencia compresiva, abrasividad)

3) Tipo de equipo de perforacin (neumtico, hidrulico)

4) Velocidad de penetracin del martillo (pies/min)

5) Presin de aire de barrido hacia arriba (lb/pulg)

6) Tipo de varillaje (broca, barra de extensin)

7) Dimetro y profundidad de taladros

8) Orientacin de taladros (vertical, inclinado, horizontal)

9) Presin del aire comprimido (para equipos neumticos)

10)Clima organizacional

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL RENDIMIENTO DEFACTORES QUE INFLUYEN EN EL RENDIMIENTO DELA PERFORACION SUBTERRANEALA PERFORACION SUBTERRANEA



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2.7) DIAMETRO Y PROFUNDIDAD DE TALADROS

Estos 2 factores influyen muy significativamente en elrendimiento de perforacin.

Por ejemplo un taladro de mayor dimetro exige mayortiempo en su penetracin, al igual que la profundidad delos taladros en donde solo el hecho de aumentar unabarra de perforacin ms, hace que se eleve el tiempoen la perforacin.

Conforme se aumenta el dimetro o la profundidad de lostaladros, la velocidad de perforacin va disminuyendo,de un modo insignificante, cayendo bruscamente al sersobrepasado de su lmite.


2.8) ORIENTACION DE LOS TALADROS2.8) ORIENTACION DE LOS TALADROS Es otro factor que se tiene que tener presente, porque al

perforar los taladros de arrastres, alzas y coronascon los equipos de perforacin en las laboressubterrneas, se emplea entre 8 a 10% de tiempomayor que para perforar los taladros de produccin.

De igual forma con los jumbos de perforacin radial, elsimple hecho de perforar hacia arriba luego de pasar lalongitud promedio, hace que retarde la perforacin por elpeso del varillaje.



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2.9) PRESION DEL AIRE COMPRIMIDO2.9) PRESION DEL AIRE COMPRIMIDO

Para el caso de los equipos de perforacin neumticos, elaumento de la presin del aire comprimido de 5 a 6atmsferas hace aumentar la velocidad de perforacinen 25 a 30%, y el aumento de 5 a 7 atmsferas en 45 a65%.

Para que la perforacin sea eficaz, es necesario que elfondo de los taladros se mantengan constantementelimpio, expulsando el detritojusto despus de suformacin. Si esto no se realiza, se consumir una granenerga en la trituracin de esas partculas traducindoseen desgastes del varillaje de perforacin y prdidas derendimientos, con el consiguiente riesgo de

atascamiento.


El deseo de que nos saluden y nos traten con cario es unanecesidad humana. Hasta los recin nacidos loexperimentan; si se les niega el contacto fsico, sudesarrollo se ve afectado.

En cambio hay muchos adultos que tienen una armaduraemocional. Parecen ser capaces de vivir todo el tiempo sinsonrer o demostrar amabilidad. Es muy frecuente ver enlas empresas de hoy, bastante orden y limpieza en el reade trabajo, ms su personal labora muchas veces sin elclima comunicacional.

2.10) CLIMA ORGANIZACIONAL

El clima de la organizacin no proviene tantode la faena especfica que realiza cada uno delos miembros de la empresa, sino de cmo sesienten respecto a sta y con los compaerosde trabajo.



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Cuando los trabajadores sienten respeto y son valorados

el clima es positivo y lo contrario cuando se tiene pocaconfianza y aprecio por ellos.

Este factor es muy importante porque decide el triunfo enla tarea, y a todo supervisor, jefe o gerente le agradaraescuchar o saber que su cuadrilla, turno o empresa vendims minerales que el me anterior, que sus estadosfinancieros mejoraron con estas ventas, porque se obtuvomejor rendimiento en trmino de unidades producidas vslos costos optimizados.

2.10) CLIMA ORGANIZACIONAL


III.III.III.III. GEOMECANICA DE ROCAS APLICADA AGEOMECANICA DE ROCAS APLICADA AGEOMECANICA DE ROCAS APLICADA AGEOMECANICA DE ROCAS APLICADA A

LA PERFORACION Y VOLADURA DE ROCASLA PERFORACION Y VOLADURA DE ROCASLA PERFORACION Y VOLADURA DE ROCASLA PERFORACION Y VOLADURA DE ROCAS






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1. CONCEPTUALIZACION ACTUAL DE LA GEOMECNICA

Hoy en da la geomecnica juega un rol muy importante en la

ingeniera minera e ingeniera civil; particularmente constituyela base cientfica de la ingeniera minera, ya que a diferenciade la ingeniera civil, tiene sus propias peculiaridades, guiadospor el concepto vida de la operacin.

La caracterizacin geomecnica del macizo rocoso servital para las operaciones unitarias de perforacin y voladuraa emplearse.

La aplicabilidad de la Geomecnica beneficia el aspecto de laseguridad minera, ya que la aplicacin de esta ciencia,garantiza el anlisis adecuado para el control de estabilidad delas excavaciones subterrneas y superficiales.

Todo Diseo Minero y/o Civil debe tomar el factor geomecnico comoherramienta clave para un diseo correcto.

Las operaciones de Perforacin y Voladuradebern tomar el factorgeomecnico como base para sus diseos respectivos.


2. CAUSAS DEL DESARROLLO DE LA GEOMECNICA

Bsicamente su desarrollo obedece a las siguientes causas:

Incremento de la actividad cientfica a travs de teoras, mtodos,instrumentacin y implementacin de software geomecnicos.

Incremento del tamao y volmenes de produccin de lasoperacin mineras, subterrneas y superficiales. Control de laestabilidad global del yacimiento..Nexo con tcnicas deperforacin y voladura, sumado al soporte.

Necesidad de explotacin de recursos minerales en ambientesdesfavorables de minado. Condiciones desfavorables ambientesde alta ley. Nexo con tcnicas de perforacin y voladura,sumado al soporte.

La conservacin del recurso humano y la seguridad industrial.[Normas MEM].

Aplicacin de nuevas tecnologas de excavaciones de roca:perforacin y voladura.



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3. BENEFICIOS DE LA GEOMECNICA

La aplicacin de la Geomecnica, beneficiar a las diversas

reas operativas de la Compaa Minera, beneficindolas enlos siguientes aspectos:

a) Garantizar la seguridad durante la excavacin de laslabores mineras, mediante la interpretacin dedeformaciones, niveles de esfuerzos, principalmente.

b) Permitir brindar a los departamentos de perforacin yvoladura a fin de seleccionar el tipo y cantidad deexplosivo adecuada para el tipo de roca a ser excavada.

c) Define las aberturas mximas y tiempos de autosoporte delas excavaciones mineras: temporales y permanentes.

d) Determina la estabilidad estructuralmente controlada de las

labores de preparacin y explotacin [EEC], verificando encada una de ellas la formacin de bloques y cuasinestables.


e) Permitir definir las secuencias de explotacin, tanto a nivelparticular y global en el yacimiento.

f) Permitir definir las categoras y tipos de sostenimiento aaplicarse, determinando estndares de sostenimiento enfuncin a los tiempos de exposicin de las labores mineras:preparaciones y explotacin.

g) Permitir la estandarizacin del tipo y cantidades desostenimiento a aplicarse en cada una de las labores mineras,as como el tipo de relleno a aplicarse.

h) Permitir seleccionar y disear alternativas de nuevos mtodosde explotacin en las futuras zonas de explotacin. As como

establecer algunas variantes en el mtodo de explotacinaplicado actualmente.

i) Permitir mediante el monitoreo geomecnico verificar y validarsuposiciones adoptadas durante las fases de diseo inicial dellaboreo minero.

3. BENEFICIOS DE LA GEOMECNICA



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4. PROPIEDADES GEOMECNICAS DE INTERS PARA LASTCNICAS DE PERFORACIN Y VOLADURA

Como lo indicramos el anlisis e interpretacin delcomportamiento mecnico del macizo rocoso estarntimamente relacionado al desarrollo de las tcnicas deperforacin y voladura a efectuarse.

Teniendo como objetivo general: excavar en el macizorocoso causando el menor dao posible a la zona deinfluencia del trazo de la perforacin.

Los parmetros geomecnicos que deben ser consideradospara un correcto diseo de la perforacin y voladura en elmacizo, bsicamente son:

1) Mdulos elsticos de la masa rocosa (Radio de Poisson,

Mdulo de Elasticidad).2) Resistencia a la compresin uniaxial de la masa rocosa.3) Condiciones de las discontinuidades.4) Resistencia a la tensin.


4.1) CONSTANTES ELSTICAS

a) Modulo de Young (E)La elasticidad es la propiedad que hace un objeto, que ha sidodeformado, regrese a su forma original despus de que se hanremovido las fuerzas deformadoras. Segn esta definicin, casitodos los materiales son elsticos (hasta cierto lmite).

Robert Hooke estableci que el esfuerzo es proporcional a ladeformacin ( ); a esto se le conoce como la ley de Hooke.

El mdulo de elasticidad se representa por la letra E y porconsiguiente se calcula con la siguiente relacin:

Donde: E = Mdulo de Young. = Esfuerzo o tensin. = Deformacin.



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Aunque da la impresin de ser una medida de las propiedadeselsticas de los materiales, E es una medida de su rigidez,entre mayor es el valor de esta constante, mayor es la rigidezdel material. Esta constante de proporcionalidad fue calculadaa principios del siglo XIV por Tomas Young por lo que esllamado el mdulo de Youngy corresponde a la constante deproporcionalidad que relaciona el esfuerzo y la deformacinunitaria (mientras que el material no exceda su lmite elstico).

El Modulo de Young es una medida de resistencia elstica ode la habilidad de una roca para resistir la deformacin.Cuanto mayor sea el Modulo de Young mayor dificultad tendrpara romperse.

Tiene influencia en la malla de perforacin, tipo ycantidad de explosivo a disponer en las operaciones devoladura.


a) Modulo de Young (E)


Cuando un cuerpo se acorta por efecto de una compresin,Cuando un cuerpo se acorta por efecto de una compresin,se alarga en la direccin perpendicular a la compresin. Unse alarga en la direccin perpendicular a la compresin. Uncuerpo alargado por efecto de una traccin, disminuye sucuerpo alargado por efecto de una traccin, disminuye suancho en la direccin perpendicular a la tensin.ancho en la direccin perpendicular a la tensin. La relacinentre la deformacin longitudinal y la deformacintransversal se denomina coeficiente de Poisson (v).

El coeficiente de Poisson es la razn entre la contraccinlateral y la elongacin axial.


b) Relacin de Poisson (v)



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MDULOS DE YOUNG Y COEFICIENTES DE POISSON TPICOS PARA ROCAS


4.2) RESISTENCIA A LA COMPRESIN (RCU)

Considerada una de las propiedades ms importante a utilizaren el diseo de la perforacin y voladura, verifica la resistenciaa sobrepasar para llegar a la rotura por presin.

Su conocimiento determina la tcnica de perforacin yvoladura a emplear: seleccin de trazo de perforacin,seleccin de tipo de explosivos, principalmente sumada alestudio de las constantes elsticas de la roca.

La Resistencia a la compresin de la roca puede determinarseen forma rpida en los frentes avance, conociendo de estaforma la respuesta del macizo rocoso a ser excavado,reaccionando oportunamente para las variantes de

perforacin y voladura a ejecutarse. La RCU en el campo, se llega a determinar mediante la

utilizacin del Martillo Schmith, el cual puede formular rangosde resistencia de roca de 20 - 400 MPa. Los anlisis debernser efectuados discretizando dominios geomecnicos.



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4.3) CONDICIONES DE LAS DISCONTINUIDADES

Condicin de distribucin espacial de las discontinuidades

[mayores y menores] orientaciones y espaciamientobsicamente. Dichas propiedades debern ser evaluadasrespecto a los principales sistemas de discontinuidadespresente en el macizo rocoso.

El espaciamiento determinar el tamao de bloques in situ ypor ende el grado de fragmentacin del macizo rocosoesperado. Los programas de Perforacin y voladuraapuntarn a lograr la ptima fragmentacin en funcin aeste parmetro.

La performance de la perforacin y voladura, responder alas condiciones de estabilidad que asocia la distribucin

espacial de las discontinuidades.


4.4) RESISTENCIA A LA TENSIN

Asocia la resistencia de la roca a ser deformada hasta llegar asu punto de rotura, Operativamente se conoce a este parmetrocomo Resistencia al Arranque.

Asocia la fragilidad de la masa rocosa cuando es sometida aesfuerzos de tensin.

Asocia la resistencia de la roca a ser deformada, es laresistencia elstica del macizo rocoso.

Los ensayos de laboratorio de Compresion Uniaxialdeterminarn los mdulos elsticos de Poisson y Young. Si nose cuenta con informacin de ensayos de laboratorio se pueden

estimar con ayuda de Softwares geomecnicos y formulaciones,que asocian los parmetros de resistencia bsicamente.



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PARMETROS GEOMECNICOS

PROPIEDADES DE INGENIERA

RESISTENCIA DEFORMABILIDAD

Resistencia a la Traccin

Resistencia a Compresin Uniaxial (RCU)

Resistencia a Compresin Triaxial:a) Cohesin (c)b) Angulo de friccin ()

Mdulos Elsticos:a) Mdulo de Young (E)b) Mdulo de Poisson (v)

ENERGIA REQUERIDA DEL EXPLOSIVO


5. FUNDAMENTOS DE LA CLASIFICACIN RMR (ROCK MASS

RATING)

Los mecanismos de dao producto de la voladura tienen efectosrealmente nocivos en la estabilidad del macizo rocoso. Las malastcnicas de perforacin y voladura a emplearse por eldesconocimiento de las propiedades geomecnicas del macizorocoso, producirn efectos de grado considerable en el estabilidadde las excavaciones subterrneas.

A) DAOS INDUCIDOS EN EL MACIZO ROCOSO POR LA VOLADURA

a) Generacin de nuevas fracturas a las existentes.

b) Apertura de discontinuidades pre - existentes.c) Reduccin de la resistencia al corte de las discontinuidades.d) Degradacin de la Calidad Geomecnica del Macizo Rocoso.e) Activacin de Energas Geodinmicas presentes en el macizo

rocoso.

CRITERIOS DE DAO EN EL MACIZO ROCOSO



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INFLUENCIA DE LA DEGRADACIN DE LA CALIDAD DE ROCA

Efecto de la influencia de las Vibraciones causadas por efecto de la voladura,dao en el macizo. Control de los Niveles de Vibracin para los Factores dereduccin de RMR por Dao.


II.II.II.II. SISTEMAS DE PERFORACION DE ROCASSISTEMAS DE PERFORACION DE ROCASSISTEMAS DE PERFORACION DE ROCASSISTEMAS DE PERFORACION DE ROCAS






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1) Mecnicos: Percusin Rotacin Rotopercusin

5) Hidrulicos: Chorro de agua Erosin Cavitacin

2) Trmicos: Soplete o lanza trmica Plasma Fluido caliente Congelacin

6) Elctricos: Arcoelctrico Induccin magntica

3) Qumicos:

Microvoladura Disolucin

7) Nucleares:

Fusin Fisin

4) Snicos: Vibracin de alta frecuencia

8) Sismicos: Rayo Lser

Existen distintos sistemas de perforacin de rocas, diferenciados

principalmente por el tipo de energa que utilizan, y han sidodesarrollados y clasificados por orden de aplicacin:

1. SISTEMAS DE PERFORACION DE ROCAS1. SISTEMAS DE PERFORACION DE ROCAS


A pesar de la enorme variedad de sistemas posibles depenetracin de la roca, en trabajos de minera tanto a tajoabierto como en minera subterrnea y en obras deconstruccin, la perforacin se realiza actualmente de unaforma casi general, utilizando LA ENERGA MECNICA,debido a su mayor practicidad, desarrollo y economa.

Este sistema define distintos mtodos de perforacin ycomponentes de perforacin.

La perforacin de roca es an mecnica por percusinrotacin, y lo ser por buen tiempo ms.

2. SISTEMA MECANICO DE PERFORACION DE ROCAS2. SISTEMA MECANICO DE PERFORACION DE ROCAS



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LOS VIEJOS PERFORADORESLOS VIEJOS PERFORADORES


3. CLASIFICACION DEL SISTEMA MECANICO3. CLASIFICACION DEL SISTEMA MECANICODE PERFORACION DE ROCASDE PERFORACION DE ROCAS



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A) ROTOPERCUSIVOS

En este mtodo tiene lugar la accin combinada de percusin,rotacin, barrido y empuje. Son muy utilizados en laboressubterrneas y minera a cielo abierto, tanto si el martillo sesita en la cabeza como en el fondo de la perforacin.

Son los ms utilizados en casi todos los tipos de roca, tanto siel martillo se sita en cabeza como en el fondo del barreno.tanto para equipos neumticos como hidrulicos.

3.1) SEGN METODO DE PERFORACION

3. CLASIFICACION DE PERFORACION MECANICA DE ROCAS3. CLASIFICACION DE PERFORACION MECANICA DE ROCAS

Los dos grandes mtodos mecnicos de perforacin de rocas sonlos rotopercutivos y los rotativos.


A) ROTOPERCUSIVOS

Entre los equipos que utilizan este mtodo estn losmanuales, y los mecanizadas montados en chasis sobreruedas u orugas; para taladros hasta 150 mm (6 dedimetro) y 20 m de profundidad. Ejemplos: los martillosmanuales, wagondrill, track drill y jumbos neumticos ohidrulicos, que emplean barrenos acoplables con brocasintercambiables.





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B) ROTATIVOSGeneralmente utilizan equipos de grandes dimensiones para usoen minas a tajo abierto, montadas sobre camin o sobre orugascon traslacin propia, con motor rotatorio independiente yperforacin por presin (pull down o presin de barra).

Utilizan con brocas rotatorias tricnicas de 6 a 15 de dimetro,siendo las ms comunes de 6, 9 7/8 , 11 y 12 5/8.




B) ROTATIVOS

Se subdividen a su vez en dos grupos, segn que la penetracinse realice por trituracin, empleando triconos, o por corteutilizando bocas especiales. El primer sistema se aplica en rocasde dureza media a alta y el segundo en rocas blandas.





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CAMPOS DE APLlCACION DE LOS METODOS DE PERFORACIONEn funcin a la Resistencia Compresiva de las rocas y al dimetro de perforacin

MTODOS DE PERFORACIN EN TRABAJOS A CIELO ABIERTO (ATLAS COPCO)



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Es el sistema de perforacin conocido como convencional, y serealiza con equipos ligeros operados a mano por perforistas, conel mtodo de perforacin rotopercusivo, tipo martillo en cabeza.

Se utiliza muy frecuentemente para labores puntuales y obras depequea escala o envergadura, donde, principalmente pordimensiones, no es posible usar otras mquinas o no se justificaeconmicamente su empleo.

Son equipos de percusin con aire comprimido, para huecospequeos (25 a 50 mm de dimetro), para trabajo horizontal oinclinado (jack leg), vertical al piso (pick hammer) o para taladros

verticales al techo (stopers). Emplean barrenos de acerointegrales terminados en una broca fija tipo bisel, o barrenos conbroca acoplable.

A) PERFORACION MANUAL

3.2) SEGN TIPO DE MAQUINARIA



3.2) SEGN TIPO DE MAQUINARIA

Los equipos de perforacin van montados sobre unasestructuras, de tipo mecano, con las que el operador controlatodos los parmetros de la perforacin desde una posicincmoda. Estas estructuras o chasis pueden ir montadas sobreneumticos u orugas y ser automotrices o remolcables.

La mecanizacin utiliza sistemas que permiten relacionar lasvariables de rotacin, empuje, percusin y barrido con lasvariables dependientes de la roca (dureza, resistencia), y conlas posibilidades de los equipos de perforacin, en funcin deuna mayor velocidad de penetracin y rendimiento.

Este tipo de perforacin usan los mtodos rotopercusivos, tantomartillo en cabeza como martillo en fondo, neumticos ehidrulicos; as como el mtodo rotativo.

B) PERFORACION MECANIZADA




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Son perforaciones verticales, inclinadas y en algunos casoshorizontales, utilizadas preferentemente en proyectos deminera a cielo abierto y en minera subterrnea (mtodos deexplotacin de hundimiento por subniveles.

A) PERFORACION DE BANQUEO

3.3)3.3) SEGN TIPO DE TRABAJOSEGN TIPO DE TRABAJO


Los tipos de trabajo, tanto en obras de superficie comosubterrneas, pueden clasificarse en los siguientes grupos:

Es el mejor mtodo para la voladurade rocas ya que se dispone de unfrente Iibre para la salida yproyeccin del material y permite

una sistematizacin de las labores.


B) PERFORACION DE PRODUCCION

3.3)3.3) SEGN TIPO DE TRABAJOSEGN TIPO DE TRABAJO


Este trmino se utiliza en las explotaciones minerassubterrneas y superficiales, para aquellas labores deextraccin del mineral. Los equipos y los mtodos varansegn los sistemas de explotacin, siendo un factor comnel reducido espacio disponible en las galeras para efectuarlos taladros en las operaciones subterrneas.

Una perforacin de produccin corresponde a la que seejecuta para cumplir los programas de produccin que

estn previamente establecido.



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4.4. COMPONENTESCOMPONENTES PRINCIPALES DEPRINCIPALES DE UNA PERFORACIONUNA PERFORACIONMECANICA DE ROCASMECANICA DE ROCAS

a) Perforadora, que es la fuente de energa mecnica.b) Varillaje, es el medio de transmisin de dicha energa.

c) Broca, til que ejerce dicha energa sobre la roca.

d) Fluido de barrido, que efecta la limpieza y evacuacindel detrito producido.


III.III.III.III. PRINCIPIOS DE ROTURA ENPRINCIPIOS DE ROTURA ENPRINCIPIOS DE ROTURA ENPRINCIPIOS DE ROTURA EN

METODO ROTOPERCUSIVOMETODO ROTOPERCUSIVOMETODO ROTOPERCUSIVOMETODO ROTOPERCUSIVO






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1. METODOS DE PERFORACION MECANICA DE ROCAS

Fuente: Manual de Voladura EXSAMg. Ing. Fredy Ponce R.

1) Perforacin por Percusin Simple.- con efecto de golpe ycorte como el de un cincel y martillo. Ejemplo, el producido porlos martillos neumticos pequeos y rompepavimentos.

2) Perforacin por Percusin y Rotacin.- con efecto de golpe,corte y giro, como el producido por las perforadoras neumticascomunes, trackdrills, jumbos hidrulicos.

3) Perforacin por Rotacin y Trituracin.- con efecto de cortepor friccin y rayado con material muy duro (desgaste de laroca, sin golpe), como el producido por las perforadorasdiamantinas para exploracin.

4) Perforacin por Rotacin y Corte.-5) Perforacin Rotativa con Diamantes.-

1. METODOS DE PERFORACIN MECANICA DE ROCAS1. METODOS DE PERFORACIN MECANICA DE ROCAS



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Corresponde al sistema ms antiguo y

clsico de perforacin de rocas, utilizadodesde el siglo XIX, que se basa en elimpacto de una pieza de acero (PISTON)que golpea a un accesorio (ADAPTADOR),que a su vez transmite la energa por elacero (BARRA) hasta la unidad de corte(BROCA).

Mecanismo de

Perforacin con Martillo

couplinggoodside1.avi couplingbadside.avi

Transferencia de la Energa

22.. METODOS ROTOPERCUSIVOSMETODOS ROTOPERCUSIVOS


La perforacin rotopercutiva emplea la accin combinadade percusin, rotacin, empuje y barrido, ya sea enequipos manuales para labores menores (pequea minerasubterrnea y obras de construccin de poca envergadura),o en equipos mecanizados (principalmente en minerasubterrnea de gran escala; trabajos de precorte en mineraa cielo abierto, y en obras de construccin de granenvergadura.

En la perforacin por percusin y rotacin, la roca se triturapor efecto de la elevada fuerza o presin que aplica sobre lamisma con la broca. Esto hace que se crea una tensin en la

roca alrededor del punto de contacto del inserto de la brocaque aumenta conforme se incrementa la carga.

El material que se encuentra debajo de la broca se convierteen polvo fino, mientras que en las inmediaciones del insertode la broca se forma una zona triturada.

PrincipiosPrincipios dede RoturaRotura de Rocade Roca porpor MtodoMtodo RotopercusivoRotopercusivo



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Proceso de trituracin durante una onda de choqueProceso de trituracin durante una onda de choqueProceso de trituracin durante una onda de choqueProceso de trituracin durante una onda de choque

Herramienta de pruebaafilada

Herramienta de pruebacon cierto desgasta

Herramienta de pruebatotalmente desgastado,

no se producetrituracin, solo una

deformacin que

desaparece conforme sereduce la fuerza sobre la

herramienta

La fuerza de avance hace que la broca continela penetracin, luego se repite rpidamente la

secuencia de trituracin, y a medida que aumentala profundidad de penetracin aumenta tambin eltamao de los trozos de roca


El martillo se sita en la cabeza de la columna de perforacin.La rotacin y percusin se produce fuera del taladro, y puedeser accionado neumtica o hidrulicamente.

Sus caractersticas principales son:

Dimetro de perforacin limitado hasta 5 (127 mm)

Para todo tipo de roca y dureza

La velocidad de perforacin (m-p/h) disminuye, conformeprofundiza, por prdida de energa en la transmisin deonda de choque y desviacin del taladro (longitud 30 m)

Presiones de aire son limitados ( 150 PSI)

2.1) MARTILLO EN LA CABEZA DE PERFORACION (Top Hammer)

Se tiene 2 mtodos rotopercusivos, dependiendo de la ubicacindel martillo con respecto a la perforacin: martillo en cabeza (tophammer), y martillo en fondo (down the hole).

2.2. METODOS ROTOPERCUSIVOSMETODOS ROTOPERCUSIVOS



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Este sistema de perforacin se puede calificar como el ms

clsico o convencional, y aunque su empleo por accionamientose vio limitado por los martillos en fondo y equipos rotativos, laaparicin de los martillos hidrulicos en la dcada de lossetenta lo ha hecho resurgir, ampliando su campo deaplicacin.

2.1) MARTILLO EN LA CABEZA DE PERFORACION (Top Hammer)


El martillo se sita en el fondo de la perforacin. La percusinse realiza directamente sobre la broca y la rotacin se efectafuera del taladro, y puede ser accionado neumtica ohidrulicamente.

La relacin carrera / dimetro es de:

1.6 - 2.5 en dimetros pequeos, 1.0 en dimetros grandes

Sus caractersticas principales son:

Para todo tipo de roca y dureza

Requiere aire a alta presin ( 250 PSI) Dimetro limitado de 3 - 6 (89 - 152 mm.) La profundidad no es un factor limitante.

2.2) MARTILLO EN EL FONDO DE PERFORACION (Down The Hole)

2.2. METODOS ROTOPERCUSIVOSMETODOS ROTOPERCUSIVOS



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3.3. PRINCIPIOSPRINCIPIOS DEDE LA PERFORACION NEUMATICA MANUALLA PERFORACION NEUMATICA MANUAL

El efecto de impacto producido por el golpe del pistn a laculata del barreno, transmite la energa cintica en formade onda de choque, la cual se desplaza a lo largo delbarreno hasta llegar al inserto.

INSERTO

BROCA

CULATA

3.1) PERCUSION


La onda de choque se desplaza a una velocidad deLa onda de choque se desplaza a una velocidad de 5,0005,000 m/m/segsegconocida comoconocida como VELOCIDAD DE IMPACTO DEVELOCIDAD DE IMPACTO DE PISTON.PISTON.

Ondatensiona

l

Ondacompres

iva

3.1) PERCUSION

3.3. PRINCIPIOS DE LA PERFORACION NEUMATICA MANUALPRINCIPIOS DE LA PERFORACION NEUMATICA MANUAL



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Es el efecto que produce el giro del barreno producido porlos impactos del pistn.

El movimiento del barreno hace girar al inserto para quelos impactos sucesivos sobre la roca acten en diferentespuntos en el fondo del taladro.


3.2) ROTACION


Permite mantener en contacto permanente la broca oacero de perforacin con la roca ejerciendo presinequilibrada hacia la roca.


3.3) EMPUJE



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Es la evacuacin de detritus del fondo del taladro.Se realiza con fluido de aire y agua que se inyecta a presinhacia el fondo del taladro a travs de un orificio central delvarillaje y de la broca.


3.4) BARRIDO


Los mtodos rotativos se subdividen en dos grupos, segn sila penetracin en la roca se realiza por trituracin (triconos) opor corte (brocas especiales).

El primer sistema se aplica en rocas de dureza media a alta yel segundo en rocas blandas.

En este tipo de perforacin no existe la percusin.

4. METODOS ROTATIVOS4. METODOS ROTATIVOS



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IV.IV.IV.IV. PERFORACION MECANIZADA ROTOPERCUSIVAPERFORACION MECANIZADA ROTOPERCUSIVAPERFORACION MECANIZADA ROTOPERCUSIVAPERFORACION MECANIZADA ROTOPERCUSIVA

(Neumtica vs. Hidrulica)(Neumtica vs. Hidrulica)(Neumtica vs. Hidrulica)(Neumtica vs. Hidrulica)





La necesidad de incrementar los dimetros de perforacin(sobre 3") para responder a mayores ritmos de produccinen las labores mineras y de construccin, y el desarrollotecnolgico en el mbito de la automatizacin de lasoperaciones introdujeron importantes cambios a laperforacin de rocas.

La mecanizacin utiliza sistemas que permiten relacionar losvalores de las variables de rotacin, empuje, percusin ybarrido con los de las variables dependientes de la roca(dureza, resistencia), y con las posibilidades de los equiposde perforacin, en funcin de una mayor velocidad depenetracin y rendimiento, que en definitiva llevan a:

ii UN MENOR COSTO POR METRO PERFORADO !!

1.1. CONCEPTOS DE PERFORACIONCONCEPTOS DE PERFORACION

MECANIZADA ROTOPERCUSIVAMECANIZADA ROTOPERCUSIVA



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La energa que descarga el pistn de la perforadora, rompela roca en astillas pequeas (recortes)

El sistema de rotacin gira la broca para que sta encuentreroca sin romper y con el siguiente impacto, la rompa.

No requiere de altos torques ni alta fuerza de empuje

En una perforacin mecanizada rotopercusiva, los equipos vanmontados sobre estructuras llamadas orugas o neumticos,desde donde el operador controla en forma cmoda todos losparmetros de perforacin.

1.1. CONCEPTOS DE PERFORACIONCONCEPTOS DE PERFORACIONMECANIZADA ROTOPERCUSIVAMECANIZADA ROTOPERCUSIVA


De percusin y de rotopercusin, montadas en chasis sobre ruedasu orugas. Para taladros hasta 150 mm (6 de dimetro) y 20 m deprofundidad. Ejemplo los wagondrill, track drill y jumbos neumticoso hidrulicos, que emplean barrenos acoplables con brocasintercambiables.

2.2. TIPOS DE PERFORACION MECANIZADA ROTOPERCUSIVATIPOS DE PERFORACION MECANIZADA ROTOPERCUSIVA

MARTILLO EN CABEZAMARTILLO EN CABEZA MARTILLO EN FONDOMARTILLO EN FONDO



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a) El martillo (drifter) se sita en la cabeza o parte superior dela columna de perforacin, y va instalado en perforadorassobre orugas (trackdrills), y se usa en la perforacin detaladros de pequeo dimetro y de poca profundidad.

b) Se mantiene en la gua, aplicando percusin y rotacin a lacolumna, el cual se produce fuera del taladro, y puede seraccionado neumtica o hidrulicamente.

c) El dimetro de perforacin limitado de 1 5/8 hasta 5.

d) La profundidad del taladro limitada mximo de 12 a 17 m.

e) Aplicable para todo tipo de roca y dureza

f) La velocidad de perforacin disminuye, conforme

profundiza, por prdida de energa en la transmisin deonda de choque y desviacin del taladro (longitud 30 m)

g) Las presiones de aire son limitados ( 150 PSI).

3.1)3.1) CARACTERISTICAS PRINCIPALESCARACTERISTICAS PRINCIPALES

3. PERFORACION CON MARTILLO EN CABEZA3. PERFORACION CON MARTILLO EN CABEZA


MONTAJE TIPICO DEL DRIFTER



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En este tipo de perforadoras, el martillo es accionado poraire comprimido.

Este sistema de perforacin (neumtico con martillo encabeza) se puede calificar como el ms clsico oconvencional, y aunque su empleo se vio limitado por losmartillos en fondo y equipos rotativos, la aparicin de losmartillos hidrulicos en la dcada de los setenta lo ha hechoresurgir, ampliando su campo de aplicacin.

3.2)3.2) PERFORACIONPERFORACION NEUMATICA CONNEUMATICA CON TRACKDRILLTRACKDRILL

A) COMPONENTES DE UN MARTILLO NEUMTICO:

a) Cilindro, cerrado con una tapa delantera que disponede una abertura axial donde va colocado el elemento

portabarras, as como un dispositivo retenedor debarras de perforacin.



b) Pistn, que con su movimiento alternado golpea elvstago o culata a travs de la cual se transmite la ondade choque a las barras de perforacin.

c) Vlvula, que regula el paso de aire comprimido en unvolumen determinado y de manera alternativa a la parteanterior y posterior del pistn.

d) Mecanismo de rotacin, ya sea de barra estriada,barra de trinquetes o de rotacin independiente.

e) Sistema de barrido, que consiste en un tubo que

permite el paso del aire hasta el interior del varillaje obarras

Generalmente estos elementos son comunes, varan lascaractersticas de diseo, dimetro de cilindro, longitud decarrera, conjunto de vlvulas de distribucin, etc.

A) COMPONENTES DE UN MARTILLO NEUMTICO:




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Caractersticas Und Valores

Relacin: Pistn / Perforacin mm / mm 1.50 - 1.70

Carrera del pistn mm 50 - 140

Frecuencia de golpeo golpes/min 1,000 - 2,800

Velocidad de rotacin RPM 40 - 400

Consumo relativo de aire por cadacm. de dimetro

m/min 2.10 - 2.80

Gran simplicidad de manejo. Fiabilidad y bajo costo de mantenimiento.

Facilidad de reparacin. Bajos precios de mercado. Posibilidad de funcionar conectados a antiguas instalaciones

de aire comprimido de minas subterrneas.

B) CARACTERSTICAS PROMEDIOS DE MARTILLOS NEUMTICOS:

C) VENTAJAS QUE OFRECEN LOS TRACKDRILLS NEUMATICOS:




Las longitudes de perforacin alcanzadas mediante estesistema de perforacin (neumticas con martillo en cabeza)suelen no superar los 30 m, debido a las importantes prdidasde energa en la transmisin de la onda de choque y a lasdesviaciones que tienen lugar en la perforacin.

Sin embargo, sus aplicaciones se han ido estrechando cadavez ms hacia perforaciones cortas, de longitudes entre 3 y15 m, y dimetros entre 50 mm a 100 mm, debidofundamentalmente a que la frecuencia de impactos y la forma

de la onda de choque que se transmite con pistones de grandimetro conllevan a un elevado consumo de aire comprimido(2,4 m/min por cada cm. dimetro) y a fuertes desgastes quese producen en todos los accesorios (barras, manguitos,brocas, etc.). Estas caractersticas constituyen susprincipales desventajas.

D) CAMPO DE APLICACIN DE TRACKDRILLS NEUMTICOS:





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E)E) TRACKDRILLS NEUMATICOS (con Martillo en Cabeza)TRACKDRILLS NEUMATICOS (con Martillo en Cabeza)





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Energia de Impacto .m .ftFreqncia 3000 bpm 3000 bpmTorque .m .ftRotao 0 180 RPM 0 180 RPMPresso de Trabalho . 140 kgf/cm 2000psiVazo Hidrulica . 140 l/min 36,5 GPMVazo Hidrulica impacto 80 l/min 21 GPMVazo Hidrulica rotao 60 l/min 15,5 GPMPesoComprimento Total (sem punho)Largura TotalAltura TotalSopro (limpeza) Interna InternaPunho 6 Estrias T38

or T456 Estrias T38

or T45Dimetro de Perfurao 65 2 4

Caractersticas Tcnicas:

Marca: AIR SERVICE Modelo: BJ 442P



A finales de los aos 60s y comienzo de los 70s tuvo lugar ungran avance tecnolgico en la perforacin de rocas a causa deldesarrollo de los martillos hidrulicos.

Una perforadora hidrulica consta bsicamente de los mismoselementos que una neumtica. Sin embargo, la principaldiferencia entre ambos sistemas radica en que las perforadorashidrulicas utilizan un motor que acta sobre un grupo debombas, las que suministran un caudal y presin de aceiteque acciona los componentes de rotacin y movimientoalternativo del pistn.

3.3)3.3) PERFORACIONPERFORACION HIDRAULICA CONHIDRAULICA CON TRACKDRILLTRACKDRILL




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Aunque en un principio la introduccin de estos equipos fueAunque en un principio la introduccin de estos equipos fuems importante en trabajos subterrneos, con el tiempo sems importante en trabajos subterrneos, con el tiempo sehan ido imponiendo en las labores de perforacin dehan ido imponiendo en las labores de perforacin desuperficie, complementando a las perforadoras neumticas.superficie, complementando a las perforadoras neumticas.

Caractersticas Und ValoresPresin de trabajo Mpa 12 - 25

Potencia de impacto Kw 6 - 20

Frecuencia de golpeo golpes/min 2,000 5,000

Velocidad de rotacin RPM 1 - 500

Par mximo Nm 100 1,800

Consumo relativo de aire porcada cm. de dimetro m/min 0.60 - 0.90

A) CARACTERSTICAS PROMEDIOS DE MARTILLOS HIDRULICOS:




Depende de factores como:

a) Caractersticas geolgicas de la rocab) Propiedades fsicas de la rocac) Dimetro de taladrod) Potencia de la perforadorae) Distribucin de tensiones y estructura interna

La relacin entre la velocidad de penetracin y la resistencia ala compresin de una roca, est establecida por la siguiente:

Donde:V = Velocidad de penetracin, en m/minC = Resistencia a la compresin, en kg/cmN = Potencia de la perforadora, en KwD = Dimetro del taladro, en mm

( 3000 x N )C + 3,60 x D

100)

V =(

B) VELOCIDAD DE PENETRACIN DE UN MARTILLO HIDRAULICO





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VELOCIDAD DE PENETRACIN POR TIPO DE MARTILLO HIDRULICO




JHON HENRY RANGER 500

I. R. ECM 590 FURUKAWA

C)C) TRACKDRILLS HIDRAULICOS (con Martillo en Cabeza)TRACKDRILLS HIDRAULICOS (con Martillo en Cabeza)



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ROC 748 HC

ROC 642 HP

FURUKAWA



COMPRESOR NOMINAL:350 cfm y 150 psi

DIAMETRO: 2.50 a 5.00 MOTOR PRINCIPAL:

CAT 6 cilindros - Turbo PESO: 23,000 kg

Marca: JOHN HENRY Modelo: sobre Excavadora CATERPILLAR 320





43/694

COMPRESOR NOMINAL:176 cfm y 150 psi

DIAMETRO: 2.50 a 4.00 MOTOR PRINCIPAL:

Nissan 6 cilindros 147 HPTurbo

PESO: 11,160 kg

Marca: SOOSAN Modelo: SD 760D




Marca: FURUKAWA Modelo HCR12-ED

COMPRESOR NOMINAL: 350 cfm y 160 psi DIAMETRO: 2.50 a 5.00 MOTOR PRINCIPAL:

Diesel ISUZU 6BG1TPJ 165 HP PESO: 15,700 kg





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Energia de Impacto .m .ftFreqncia 3000 bpm 3000 bpmTorque .m .ftRotao 0 180 RPM 0 180 RPMPresso de Trabalho . 140 kgf/cm 2000psiVazo Hidrulica . 140 l/min 36,5 GPMVazo Hidrulica impacto 80 l/min 21 GPMVazo Hidrulica rotao 60 l/min 15,5 GPMPesoComprimento Total (sem punho)Largura TotalAltura TotalSopro (limpeza) Interna InternaPunho 6 Estrias T38

or T456 Estrias T38

or T45Dimetro de Perfurao 65 2 4


Marca: AIR SERVICE Modelo: Fnix 70 Junior



Marca: AIR SERVICE

Modelo: Fnix 70 Junior




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Uno de los accesorios que sirven para alojar el elemento deperforacin (pistn) y realizar el avance en forma mecanizada esla llamada "deslizadera", la cual va montada en los brazos de lostrackdrills y a la que se puede incorporar un conjunto de aparatosautomatizados e integrados al panel de control del operador.

Este sistema es muy utilizado tanto en equipos de superficiecomo subterrneos debido a su bajo precio, a la facilidad dereparacin y a la posibilidad de lograr grandes longitudes deperforacin. Algunos inconvenientes de este sistema son losmayores desgastes en ambientes abrasivos, el peligro querepresenta si se rompe la cadena perforando hacia arriba y ladificultad de conseguir un avance suave cuando laspenetraciones son pequeas.

3.4)3.4) ACCESORIOS DE PERFORACION PARA TRACKDRILLACCESORIOS DE PERFORACION PARA TRACKDRILL


A)A) DESLIZADERASDESLIZADERAS


a) Deslizaderas de cadena: este sistema de avance estformado por una cadena que se desplaza por dos canales yque es arrastrada por un motor neumtico o hidrulico,segn el fluido que se utilice en el accionamiento del martillo,a travs de un reductor y pin de ataque. La cadena actasobre la cuna del martillo que se desplaza sobre el ladosuperior de la deslizadera.






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b) Deslizaderas de tornillo: en estas deslizaderas el avancese produce al girar el tornillo accionado por un motorneumtico. Este tornillo es de pequeo dimetro en relacincon su longitud y est sujeto a esfuerzos de pandeo yvibraciones durante la perforacin. Por esta razn, no sonusuales longitudes superiores a los 1,8 m.

Las principales ventajas de este sistema son: una fuerza deavance ms regular y suave, y gran resistencia al desgaste.Se trata, adems, de un sistema menos voluminoso y msseguro que el de cadenas.

Sin embargo, los inconvenientes que presentan son: un altoprecio, mayor dificultad de reparacin y longitudes

limitadas.




c) Deslizaderas hidrulicas: el rpido desarrollo de lahidrulica en la ltima dcada ha hecho que este tipo dedeslizaderas se utilice incluso en perforadoras neumticas.El sistema consta de un cilindro hidrulico que desplaza laperforadora a lo largo de una viga soporte. Las deslizaderashidrulicas presentan las siguientes ventajas: simplicidad yrobustez, facilidad de control y precisin, capacidad paraperforar grandes profundidades y adaptabilidad a granvariedad de mquinas y longitudes de barrenos.

Por el contrario, los problemas que plantean son: mayores

precios, la necesidad de contar con un accionamientohidrulico independiente, se adaptan mejor en lasperforadoras rotativas que en las percutivas y presentan msdesgastes en el cilindro empujador.





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Tambin denominado Sarta de Perforacin, Aceros dePerforacin, Columna de Perforacin, es uno de loscomponentes ms importantes del equipo de perforacin, puesse trata de la estructura que conecta la perforadora con la roca.

Este sistema est compuesta de los siguientes elementos:

a) Adaptadores de culatab) Manguitos o Acoplesc) Barras de extensind) Brocase) Tipo de roscaf) Tubos

El dimetro del varillaje depende del dimetro y potencia delmartillo del equipo de perforacin (T38, T45, T51, etc.).



B)B) VARILLAJE DE PERFORACIONVARILLAJE DE PERFORACION


a) Adaptadores de culata: corresponden a aquellos elementosque se fijan a las perforadoras para transmitir la energa deimpacto, la rotacin y el empuje.




b) Manguitos o coplas: son estructuras que sirven para unir lasbarras hasta conseguir la longitud deseada, asegurando quelos extremos estn en contacto para una mejor transmisinde energa.


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c) Barrenos Integrales: son las barras utilizadas cuando seperfora con martillo en cabeza. Estas tienen seccin hexagonalo circular y en el caso de emplear perforacin manual,generalmente lo que se usa son los barrenos integrales, lascuales tienen unida la barra y la broca, eliminando el empleode coplas y mejorando la transmisin de energa.

Los principales tipos de barras integrales son:

Barrenos tipo cincel: son las ms usadas y se caracterizanpor su bajo costo y reparacin.

Barrenos de insertos mltiples: para rocas blandas yfisuradas.

Barrenos de botones: usadas para rocas poco abrasivas, defcil penetracin.




d) Tubos de Perforacin: el uso de perforadoras hidrulicas conmartillo en cabeza en perforaciones de gran dimetro (sobre 115mm) ha llevado a disear tubos de perforacin especficos queposeen las siguientes ventajas:

Mayor rigidez, lo que permite reducirlas desviaciones.

Mejor transmisin de la energa, al noser necesario el uso de coplas.

Mejor barrido, al existir una mejortransmisin del aire en el espacio

anular.

Barras de extensin MF, con acopleincorporado de 12 pies de longitud.





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d) Brocas: las brocas (bits) son los elementos que estn encontacto directo con la roca que se est perforando. Por estarazn, las caractersticas de la roca son importantes deconsiderar al momento de seleccionar el tipo de broca.

Segn el tipo de inserto, existen dos tipos de brocas:

Brocas de Pastillas o plaquitas. Brocas de Botones.




d) Brocas de Botones

El diseo de broca y botones se selecciona de acuerdo al tipode roca.La vida til de las brocas aparte del tipo de roca, est enfuncin del grado de afilado aplicado en ellas.





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Tipo de roca SiO (%)

Cuarcita 70 - 100

Arenisca cuarzosa 80 - 90

Arenisca feldesptica 30 - 80

Arenisca arcsica 60 - 80

Granito 35 - 70

Granodiorita 40 - 70

Diorita 10 - 20

Pegmatita 15 - 30

Sienita 50 - 65

Filita 10 - 25

Caliza 2 - 10

Dolomita 2 - 10

Arcilla 20 - 40Pizarra 10 - 35

Gneiss 15 - 50

Gabro 25 - 50

Esquisto 15 - 35

Tabla NESTIMACIN DE CONTENIDO DEESTIMACIN DE CONTENIDO DE

CUARZO SEGN TIPO DE ROCACUARZO SEGN TIPO DE ROCA


e) Roscas: estos elementos tienen la funcin de unir las culatas,coplas, barras y brocas, obteniendo un ajuste eficiente entrelos elementos de la sarta para lograr una adecuadatransmisin de energa. Es importante considerar que unapriete excesivo dificulta el desacoplamiento.

El tipo de rosca del varillaje o sarta de perforacin utilizadoactualmente es del tipo T.





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La perforacin hidrulica supone una superioridad tecnolgicaen relacin con la perforacin neumtica debido a las siguientescaractersticas:

1) Menor consumo de energa: las perforadoras hidrulicastrabajan con fluidos a presiones muy superiores a lasaccionadas neumticamente, y adems, las cadas depresin son mucho menores. Por lo tanto, la utilizacin de laenerga es ms eficiente, siendo necesario slo 1/3 deenerga de la que se consume con los equipos neumticos.

2) Menor costo de accesorios de perforacin: en losmartillos hidrulicos la transmisin de energa se efecta pormedio de pistones ms alargados y de menor dimetro quelos de los martillos neumticos.

3.5)3.5) PERFORACIONPERFORACION HIDRAULICA VS.HIDRAULICA VS. NEUMATICANEUMATICA


A) VENTAJAS:


La fatiga generada en las barras depende de la seccin ydel tamao del pistn. La forma de la onda de choque esmucho ms uniforme en los martillos hidrulicos que en losneumticos, donde se producen niveles de tensin muyelevados que son el origen de la fatiga sobre el acero y deuna serie de ondas secundarias de bajo contenidoenergtico. En la prctica, se ha comprobado que la vidatil de la sarta se incrementa en 20% para perforadorashidrulicas.

3) Mayor capacidad de perforacin: debido a la mejortransmisin de energa de la onda, las velocidades depenetracin de las perforadoras hidrulicas son entre 50% y100% mayores que en los equipos neumticos.



A) VENTAJAS:



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4) Mejores condiciones ambientales: los niveles de ruido enuna perforadora hidrulica son sensiblemente menores a losgenerados por una neumtica debido a la ausencia delescape de aire. Adems, la tecnologa de la perforadorahidrulica ha logrado el desarrollo de mejores diseos deequipos, haciendo que las condiciones generales de trabajoy seguridad sean mucho ms favorables.

5) Mayor elasticidad de la operacin: en la perforadorahidrulica es posible variar la presin de accionamiento delsistema, la energa por golpe y la frecuencia de percusin.

6) Mayor facilidad para la automatizacin: estos equipos sonmucho ms aptos para la automatizacin de operaciones,tales como el cambio de varillaje y mecanismos antiatranque,entre otros.



A) VENTAJAS:


Por el contrario, los inconvenientes que presentan son:

1) Mayor inversin inicial, debido a todos los componentesasociados a la perforadora, a su sistema de avanceautomtico y a las caractersticas de las fuentes de energaque utiliza (energa elctrica e hidrulica).

2) Reparaciones ms complejas y costosas, que en lasperforadoras neumticas, requirindose una mejororganizacin y formacin de personal de mantenimiento.



B) DESVENTAJAS:



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a) El martillo se sita en el fondo de la perforacin.b) La percusin se realiza directamente sobre la broca y la

rotacin se efecta fuera del taladro, y puede seraccionado neumtica o hidrulicamente.

c) La relacin carrera / dimetro es de:

1.6 - 2.5 en dimetros pequeos, 1.0 en dimetros grandes

d) Aplicable para todo tipo de roca y dureza

e) Requiere aire a alta presin ( 250 PSI)

f) El dimetro limitado de 3 - 6 (89 - 152 mm.)

g) La profundidad no es un factor limitante

4. PERFORACION CON MARTILLO EN EL FONDO (DTH)4. PERFORACION CON MARTILLO EN EL FONDO (DTH)



Los martillos que poseen estos equipos fueron desarrolladospor Stenuick en 1951, y desde entonces se han venidoutilizando tanto en minas a cielo abierto como en minassubterrneas asociadas al uso de mtodos de explotacin detaladros largos (L.B.H.) y V.C.R.

Actualmente, en el caso de obras de superficie, este mtodode perforacin est indicado para rocas duras y dimetrossuperiores a los 150 mm.

MARTILLO EN EL FONDO (D.T.H.)





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La percusin y rotacin son separados

Los DHD se pueden usar en track drills o perforadoras rotarias

TRACK DRILL PERFORADORAROTARIA


4.2)4.2) MECANISMOS DE PERCUSION Y ROTACION EN MARTILLOSMECANISMOS DE PERCUSION Y ROTACION EN MARTILLOSDE FONDODE FONDO


a) La rotacin a velocidad variableviene transmitida de un cabezalrotatorio, normalmente accionadopor un motor hidrulico, a travsde los tubos de perforacin.

b) El elemento de percusin seencuentra en el fondo del barreno

c) El barrido se efecta por elescape del aire del martillo atravs de los orificios en la broca.


4.2)4.2) MECANISMOS DE PERCUSION Y ROTACION EN MARTILLOSMECANISMOS DE PERCUSION Y ROTACION EN MARTILLOSDE FONDODE FONDO



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El DHD se encuentra al final de lacolumna, inmediatamente sobre la broca

El pistn del DHD, accionado por airedescarga la energa directamente en labroca.

La energa no se disipa a lo largo de lacolumna.

4.3)4.3) PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE UN MARTILLO DTHPRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE UN MARTILLO DTH



MARTILLO DE FONDO TIPICO (DHD)MARTILLO DE FONDO TIPICO (DHD)



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4.4)4.4) CARACTERISTICAS PROMEDIOS DE MARTILLOS DTHCARACTERISTICAS PROMEDIOS DE MARTILLOS DTHDimetros recomendados en funcin al dimetro de perforacin

Caractersticas Und Dimensiones

Dimetro de perforacin mm 100 125 150 200 300

Dimetro del pistn mm 75 91 108 148 216

Carrera del pistn mm 100 102 102 100 100

Peso del martillo Kg 38.5 68.5 106 177 624

Consumo de aire, a 1 Mpa m/min 1.33 1.37 1.39 1.35 1.39

Consumo relativo de aire

por cada cm. de dimetro

m/min 0.47 0.54 0.67 0.86 0.94



a) Taladros en dimetros de 4 a 8.5.

b) Profundidades mayores a 10 metros.

c) Demanda de taladros rectos sin desviacin.

d) Buen acabado del pozo o taladro.

e) Se aplica especialmente en terreno fracturado ysemiquebrantado.

f) Se requiere una alta disponibilidad y utilizacin.

g) Reduccin en el nivel de ruido de perforacin.

4.5)4.5) CUANDO SE USA UN MARTILLO DE FONDOCUANDO SE USA UN MARTILLO DE FONDO




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4.6) APLICACIN4.6) APLICACIN EN MINADO DE SUPERFICIEEN MINADO DE SUPERFICIE

Taladros de pre-corte para estabilizacin de paredes de bancos.

Taladros largos para limite final Perforacin secundaria

Instalacin de pernos de anclaje para estabilizacin de taludesdebilitados


Taladros de pre-corte paraestabilizacion de paredes debancos.

Taldros largos para limitefinal

Taladros de pre corte parabancos ms altos (30 mts)

Posibilidades para canteras

de cemento (Perforacion enCaliza)




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Taladros pre-corte para estabilizacion de paredes de bancos

Mayoria de operaciones la usan hoy para prevenir colapsos,debido a la sobre rotura.

El problema actual es el rendimiento en altitud. Afectamayormente, operaciones sobre los 3,000 metros s.n.m.



a) Mayor velocidad de penetracin en rocas semi-duras y duras

b) Ms eficiente en terrenos quebradizos y duros

c) La velocidad de perforacin es prcticamente constante amedida que aumenta la profundidad del barreno.

d) Menores desviaciones de los barrenos.

e) Mejor vida de los accesorios de perforacin.

f) Se puede usar perforadoras mas pequeas para mismosdimetros de barrenos en comparacin con perforacin rotaria.

g) Operacin ms silenciosa

h) Menor torque y mnimo peso en la broca requeridoi) Paredes del taladro ms estables

j) Velocidad de rotacin mas baja

k) Perforacin ms eficiente, ya que el aire que acciona el pistn,se usa para limpiar el barreno

4.7)4.7) VENTAJAS DE MARTILLOS EN EL FONDO (DTH)VENTAJAS DE MARTILLOS EN EL FONDO (DTH)

4.4. PERFORACION CON MARTILLO EN EL FONDO (DTH)PERFORACION CON MARTILLO EN EL FONDO (DTH)



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La perforacin con martillo en fondo presenta las siguientesventajas en relacin con la utilizacin del martillo en cabeza:

1) La velocidad de penetracin se mantiene prcticamenteconstante a medida que aumenta la profundidad de laperforacin.

2) Los desgastes de las brocas son menores que con martilloen cabeza, debido a que el aire de accionamiento que pasaa travs de la broca limpiando la superficie del fondoasciende eficazmente por el pequeo espacio anular quequeda entre la tubera y la pared del pozo.

3) La vida til de las barras es ms larga en relacin con lasutilizadas con martillo en cabeza.

4.8) PERFORACION4.8) PERFORACION CON MARTILLO EN FONDO (DTH)CON MARTILLO EN FONDO (DTH)VS. MARTILLO EN CABEZA (TVS. MARTILLO EN CABEZA (Topop HHammerammer))

VENTAJASVENTAJAS::


4) Las desviaciones de los barrenos son muy pequeas, por loque son apropiados para perforaciones de gran longitud.

5) La menor energa por impacto y la alta frecuencia favoreceperforar en terreno descompuesto.

6) Es preciso menor PAR y RPM que otros mtodos.

7) El costo por metro lineal (US$/m-p) en dimetros grandes yrocas muy duras es menor que con perforacin rotativa.

8) El consumo de aire es ms bajo que con martillo en cabeza

neumtico.9) El nivel de ruido en la zona de trabajo es inferior al estar elmartillo dentro de la perforacin.

VENTAJASVENTAJAS::

4.8) PERFORACION4.8) PERFORACION CON MARTILLO EN FONDO (DTH)CON MARTILLO EN FONDO (DTH)

VS. MARTILLO EN CABEZA (TVS. MARTILLO EN CABEZA (Topop HHammerammer))



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El martillo en fondo presenta ciertos inconvenientes respecto delmartillo en cabeza, los que se sealan a continuacin:

1) Baja velocidad de penetracin.

2) Cada martillo est diseado para una gama pequea dedimetros muy estrecha, que oscila entre 120 y 200 mm.

3) El dimetro ms pequeo est limitado por las dimensionesdel martillo con un rendimiento aceptable, que en laactualidad es de unos 76 mm.

4) Existe un riesgo de prdida del martillo dentro de los barrenospor desprendimientos de roca.

5) Se precisan compresores de alta presin con elevadosconsumos energticos.

DESVENTAJASDESVENTAJAS::

4.8) PERFORACION4.8) PERFORACION CON MARTILLO EN FONDO (DTH)CON MARTILLO EN FONDO (DTH)VS. MARTILLO EN CABEZA (TVS. MARTILLO EN CABEZA (Topop HHammerammer))


Mtodo de perforacin de gran peso y capacidad,desarrollado posteriormente al mtodo rotopercusivo.

En este mtodo de perforacin no existe la percusin.

La penetracin en la roca ocurre debido a la combinacinde 3 acciones:

a) Avance (empuje)b) Rotacinc) Barrido

5. PERFORACIN ROTARIA




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La perforacin se hace triturando la roca, sinimpacto.

La fuerza de avance es muy alta para podervencer la resistencia de la roca.

Los torques requeridos, tambin son muyelevados debido al alto empuje

En las perforadoras para voladuras debido a labaja profundidad requerida, se requiere de altafuerza de empuje y menor fuerza de levante

En estas maquinas el barrido normalmente se

hace con aire.


5.2)5.2) PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTOPRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO


Rotacin solamente - no percusin (soloque incluya DHD )

Gira la columna y la broca

La velocidad de rotacin es variablepara acomodar las condiciones debarrenacin

MECANISMO DE ROTACIN EN PERFORADORAS ROTARIASMECANISMO DE ROTACIN EN PERFORADORAS ROTARIAS




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ROTACIN

Gira los conos alrededor delfondo del barreno para que losdientes hagan contacto con laroca

El movimiento angular de losdientes causa una accin depalanca adems del empuje,rompimiento y desplazamientode los recortes

El alineamiento de los conosagrega una accin de canal al

girar los dientes

cabeza

cono


5.3)5.3) ELEMENTOS PARA UNA PTIMA PERFORACIN ROTATIVAELEMENTOS PARA UNA PTIMA PERFORACIN ROTATIVA1) Dimetro del Taladro

- Seleccionar el dimetro de broca que da el mejor productofinal.

- Encuentre el Burden, espaciamiento y la altura del Banco.- Obtenga la mejor fuerza x distribucin.- Mejore la Fragmentacin

2) Dimetro de la Broca y el Tubo

3) Use el Tubo ms largo posible para el hoyo deseado- Minimice la desviacin del Hoyo

- Maximice la capacidad de Barrido- Mejore la vida til de la Barra

4) Capacidad del Comprensor- Seleccione la capacidad del comprensor para lograr un

ptimo barrido.




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5.4)5.4) FACTORESFACTORES PRINCIPALES EN EL RENDIMIENTO DE LAPRINCIPALES EN EL RENDIMIENTO DE LA

PERFORACIN ROTATIVAPERFORACIN ROTATIVA

1) Resistencia de comprensin de la roca.

2) Optimizar la velocidad de barrido.

3) Optimizacin del peso (empuje) sobre la Broca.

4) Optimizacin de la rotacin (RPM).

5) Competencia del operador.



Altos Ratios de Penetracin se logra con:

Alta velocidad rotacin (RPM), y

Optimo peso sobre la broca

El requerimiento de fuerza se incrementa con:

C: resistencia de compresin de la Roca

Peso sobre la broca

R: velocidad de rotacin broca (RPM)

Perforadoras Rotativas con ms alto ratios de Penetracinsern las MAS PRODUCTIVAS.


CARACTERISTICAS DE PERFORACION ROTATIVA:CARACTERISTICAS DE PERFORACION ROTATIVA:


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ANTECEDENTES - SITUACIN ANTERIOR A 1990

Perforadoras accionadas elctricamente en mayor proporcin Provistas de compresoras de reducida capacidad Velocidades de perforacin reducidas Baja vida de accesorios Alto costo por Tonelada No superaban las 5,000 horas de trabajo / Ao Tiempos de posicionamiento y adicin de barras superiores en

30% a los actuales


5.5) PERFORACION ROTATIVA5.5) PERFORACION ROTATIVA ULTIMOS AVANCESULTIMOS AVANCES

ANTECEDENTES - SITUACIN POSTERIOR A 1990

- Aparicin de Equipos a diesel de mas de 120,000 lbs de empuje- Gran flexibilidad de operacin- Se reduce costos en promedio de 25%- Se incrementa vida de accesorios- Equipos elctricos se concentran en dimetros superiores a 12 1/4- Se incorporan sistemas de automatizacin y navegacin GPS- Record de operacin anual de mas de 6,000 horas/ao- Velocidad de perforacin se incremento en 35% en promedio

respecto a los obtenidos antes de 1,990



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Reduccin del costo por metro perforado x mayor velocidad deperforacion

Incremento de la disponibilidad Mayor utilizacin Reduccion de tiempos no productivos

Mayor flexibilidad para la operacin Uso de sistemas de informacion para optimizar perforacion y voladura Futura automatizacion de la perforacin

OBJETIVOS DEL NUEVO DISEOOBJETIVOS DEL NUEVO DISEO


PV 271PV 275

DM-M3

125,000 Lb

Hasta 16

375,000 Lb

DML

DM45/50

DM25SPDM25SP

DM30

PERFORADORAS ROTATIVAS PARA MINERA

Nueva Generacion PV = Pit Viper Series

PV 351PV 351

25,000 Lb

Desde 6

65,000 Lb



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Donde :

CPT : Costo de perforacion total (US$)B : Costo de la Broca (US$)VB : Vida til de la broca (metros pies)Mhr : Costo total Mquina por hora

(Costo de propiedad + Costo de Operacin)VeP : Velocidad de perforacion (mts/hr pies/hora)

FORMULA DE COSTO DE PERFORACION TOTAL (CPT)

CPT = ----- + ------B

VB

Mhr

VeP

OBJETIVO DE LAS NUEVAS PERFORADORAS:OBJETIVO DE LAS NUEVAS PERFORADORAS:

REDUCIR EL COSTO POR METROREDUCIR EL COSTO POR METRO


MAYOR VELOCIDAD DE PERFORACION TOTALMAYOR VELOCIDAD DE PERFORACION TOTAL

REDUCCION DE TIEMPOS PRODUCTIVOSREDUCCION DE TIEMPOS PRODUCTIVOS



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AVANCES TECNOLOGICOS EN BROCAS

Brocas PCD (Polycristalline DiamondCompact)- Diseadas para rocas duras y abrasivas

- Incrementan velocidad de perforacioninstantanea

- Son de mayor costo que las del tipotricono con insertos de carburo deTungsteno

- Estan en su fase de introduccion yvariacion de diseos iniciales.


COMPRESOR INGERSOLL-RAND

2000 a 3800 PCM- Mayor capacidad disponible en una

perforadora

110 PSI (758 kPa)- Mayor presin para mejorar la vida de

las brocas

Control de volumen variable Bombas de lubricacin

- Reducen la carga durante el arranque



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Las principales ventajas de este mtodo de perforacin, encomparacin al mtodo rotativo, son:

a) Es aplicable a todos los tipos de roca, desde blandas hastaduras.

b) Permite una amplia gama de dimetros de perforacin(desde 1" hasta 8").

c) En el caso de perforacin mecanizada, los equipos tienengran movilidad (puede ser montada la perforadora encamiones sobre ruedas).

d) Requiere de una persona para operar la perforadora.

6.6. PERFORACIONPERFORACION ROTOPERCUSIVAROTOPERCUSIVA VS. ROTATIVAVS. ROTATIVA

VENTAJASVENTAJAS::


a) Sistema de Energa Mecnica

b) Mtodo de Perforacin Rotopercusivo o Rotativo

c) Ubicacin del MartilloMartillo en Cabeza oMartillo en Fondo

d) Energa para accionar Martillo Neumtica o Hidrulica

e) Tipo de Maquinaria Manual Jack Hammer

Rango del dimetro de perforacin 38 mm

f) Tipo de Maquinaria Mecanizada Trackdrill Rango del dimetro de perforacin 2 a 5

7.7. SISTEMA DE PERFORACION DE ROCAS UTILIZADO ENSISTEMA DE PERFORACION DE ROCAS UTILIZADO EN

MINERIA SUPERFICIALMINERIA SUPERFICIALPara los trabajos de perforacin de rocas en minerasuperficial se utiliza el siguiente sistema de perforacin:



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FIN DE SESION N2

Mg. Ing. Fredy Ponce Ramrez

E-mail: [email protected]

Celular: 51 1 975589453

tecnicas en perforacion de rocas en mineria superficial

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