07_Metodos de perforacion y sist montajes esp

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Capítulo 7
J
./
METODOS DE PERFORACION y SISTEMAS DE MONTAJE
ESPECIALES
./
./
./ 1. INTRODUCCION
-"
./ Además de los equipos estándar de perforación,
existen en el mercado unidades y sistemas de montaje
destinados a aplicaciones especiales o muy concretas.
Entre esos trabajos cabe citar: la perforación de ma-
cizos rocosos con recubrimiento de materiales no
consolidados y/o lámina de agua, los equipos de per-
foración de pozos y chimeneas, la perforación térmica,
la perforación con chorro de agua, etc.
./
"
./
./
2. PERFORACION A TRAVES DE RECUBRI-
MIENTO"
./
./
Estos métodos de perforación fueron desarrollados
para resolver los problemas que se presentaban al
atravesar terrenos pedregosos, macizos poco consoli-
dados o alterados, recubrimientos, etc., que exigían
la entubación continua de los barrenos para conse-
guir su estabilidad.
Algunas de las aplicaciones que actualmente tienen
estos sistemas son:
./
./
"
- Perforación para voladuras submarinas.
- Perforación para voladuras de macizos con recu-
brimiento sin retirada previa de éste.
-..Anclajes.
- Cimentaciones.
- Pozos de agua.
- Sondeos de investigación, etc.
./
.r
./
"
./
Los recubrimientos pueden estar formados por le-
chos naturales de arcillas, arenas, gravas, etc., así
como por rellenos de materiales compactados o no,
escolleras, pedraplenes, etc.
La perforación puede realizar;se, como se verá a
continuación, con martillo en cabeza o martillo en
fondo y consiste en atravesar el recubrimiento al
mismo tiempo que se lleva a cabo la entubación, para
proseguir después el barrenado en la roca compacta.
Una característica importante de estas técnicas es
que el barrido debe ser muyeficaz, pudiendo realizarse
./
./
./
./
a través de un adaptador o espiga con circulación
central de fluido, o por medio de una cabeza de barrido
independiente o lateral, en cuyo caso la presión del
fluido debe ser mayor.
Los dos métodos desarrollados se conocen por OD y
ODEX.
2.1. Método OD
En este caso la entubación SI:)realiza por percusión y
rotación utilizando para ello un tubo exterior de reves-
timiento cuyo extremo inferior monta una corona de
carburo de tungsteno. Interiormente, se dispone de un
varillaje convencional cuya prolongación se lleva a
cabo con manguitos independientes de los.de los tu-
bos. Tanto los tubos como el var(lIaje se conectan al
martillo mediante un adaptador de culata especial que
transfiere la rotación y la percusión a ambos. Fig. 7.1.
n
(~) ADAPTADOR
DE CULATA
VARillAJE
TUBERIA
EXTERIOR
BOCA DE
PERFORACION
BOCA
EXTERIOR
Figura 7.1. Método 00 (Atlas Capeo).
111
Las operaciones básicas de aplicación del sistema
son:
- La tubería de revestimiento con o sin el varillaje
interior atraviesan simultáneamente el recubri-
miento.
- La corona externa avanza unos centímetros
cuando se alcanza el substrato rocoso.
- Se perfora con el varillaje interior, siempre que en
el transcurso de dicha operación no se atraviesen
niveles descompuestos o arenosos, en cuyo caso
se descendería al mismo tiempo la tubería exterior.
- Se extrae el varillaje extensible.
- Se introduce la tubería de plástico para la carga del
explosivo.
- Se extrae la tubería de revestimiento.
Figura 7.2. Operaciones en el sistema OO.
Como entre la tubería exterior y las paredes de los
taladros existe un rozamiento que aumenta con la
profundidad, las perforadoras utilizadas deben dispo-
ner de un elevado par de rotación.
Para el barrido de los barrenos, normalmente, se em-
plea agua y también aire comprimido con o sin espu-
manteo Si la evacuación de los detritus lo exige, el'ba:
rrido central puede complementarse con un barrido la-
~ffil. if
2.2. Método ODEX(Overburden Drillingwith
the Eccentric)
En este método la entubación se efectúa gracias a
las vibraciones de la perforadora y al propio peso de la
tubería.
El equipo consiste en una boca escariadora excén-
trica que ejecuta un taladro de un calibre mayor que el
del tubo exterior que desciende a medida que avanza la
perforación. Una vez alcanzada la profundidad pre-
vista, la sarta gira en sentido contrario, de modo que la
boca escariadora se vuelve concéntrica perdiendo
diámetro, pudiendo así extraerse por el interior de la
112
tubería de revestimíento. A continuación, se introduce
el varillaje convencional y se continúa la perforación.
TUBERIA DE
REVESTIMIENTO
GUlA
BOCA
PI LOTO
Figura 7.3. Método OOEX (Atlas Capeo).
Los martillos rotopercutivos utilizados pueden ser
de cabeza o de fondo. Si se emplea el_de cabeza, la
percusión se transmite a la tubería de revestimiento
por medio de un cabezal de golpeo que la hace girar y
vibrar. En este caso el barrido puede ser central o
lateral.
MARTILLO EN CABEZA
AOAPTAOOR OE CULATA
MAMOUITO
CABEZAL OE GOLPEO
VARILLA EXTENSIBLE
TUBERIA OE REVESTIMIENTO
MANOUITO OE ALETAS
Figura 7.4. Método OOEX con martillo en cabeza (Atlas
Capeo).
./
Si se aplica el martillo en fondo, esta unidad dispone
de un acoplamiento para transmitir la vibración al vari-
llaje y el barrido se efectúa a través de la cabeza de
../ rotación. Fig. 7.5.
./
ADAPTADOR
./ UNIDAD DE ROTACION
./
./
~
-c..
_
'
F
J
.
TUBERIA DE PERFORACION
CABEZAL DE SALI DA
,--- DE DETRITUS
-~
I
./
MANGUITO DE ALETAS
./
MARTILLO EN FONDO
./ TUBERIA DE REVESTIMIENTO
./ .., GUlA
ESCARIADOR
~J
BOCA PILOTO
./
./
Figura 7.5. Método ODEX con martillo en fondo (Atlas
Capeo).
./
En ambos métodos el detrito asciende por el anillo
circular que queda entre la tubería y el varillaje, sa-
liendo por los cabezales.
Como fluido de barrido puede emplearse el aire
./
TABLA 7.1.
./
./
./
./
./
./
.ODEX 90a 1,2 MPa
ODEX 115-2,15a 1,8 MPa
Por otro lado, en cuanto a las aplicaciones de estos
métodos de perforación, además de la descrita para ba-
./
hasta una profundidad de unos 20 m, a partir de la cual
se recomienda la adición de un espumante que permite
aumentar la eficiencia del barrido, la estabilidad de las
paredes, reducir los desgastes e incrementar la veloci-
dad de perforación.
Este método presenta numerosas ventajas, aunque
algunos aspectos críticos a estudiar son las dimensio-
nes de los tubos de revestimiento, el barrido y el sis-
téma de perforación.
Foto 7.1. Boca de Perforación ODEX.
En lo relativo ala selección del equipo a utilizar, ésta
dependerá fundamentalmente de la profundidad de los
barrenos. En la Tabla 7.1, se da una primera guía de se-
lección para ambos métodos de perforación.
rrenos de voladura, en la Tabla 7.2 se indican otras po-
sibilidades.
113
PERFORADORASCONMARTillOENFONDO
PERFORADORASCON
.. MARTillO ENCABEZA
CARACTERISTICAS ""
ODEX ODEX ODEX ODEX ODEX ODEX ODEX 00
90 115 140 165 215 76 127 72
Diámetro interior mínimo (mm) 90 115 140 165 215 76 127 72
Diámetro del barreno escariado (mm) 123 152 187 212 278 96 162 108
Profundidad máxima en
recubrimiento (m) 60 100 100 100 100 40 40 40
Equipo interior 3"DTH 4"DTH 5"DTH 6"DTH 7-8" DTH R38 R38 R38
Tubo de revestimiento Rosca Rosca Soldado Soldado Soldado Rosca Rosca Soldado
soldada soldada soldada soldada
X Adecuado.
O Puede usarse.
3. PERFORACION DE POZOS
Para la excavación de pozos de gran longitud y sec-
ción, se utilizan estructuras metálicas o jumbos de
accionamiento neumático o hidráulico que van equi-
pados con 3 ó 4 brazos e igual número de deslizaderas
y perforadoras.
Durante el trabajo estos conjuntos se apoyan en el
fondo del pozo y se anclan a los hastiales con unos
cilindros hidráulicos horizontales. La columna soporte
central puede girar 360°, y los brazqs que son seme-
jantes a los de los jumbos de túneles~ pueden variar su
inclinación con respecto a la vertical 'y alargarse si son
telescópicos.
Una vez perforada y cargada cada pega, el conjunto
se pliega y eleva hasta una posición s,egura, pasando a
continuación a la operación de desescombro con cu-
charas bivalva o retros hidráulicas y cubas, tal como se
representa en la Fig. 7.6.
lf
Figura 7.6. Equipo completo de excavación de pozos.
114
TABLA 7.2 '-...
'-...
\....\....
\....
\....
También, existen diseños de plataformas para el en-
sanche de pozos.
4.
\....
PERFORACION DE CHIMENEAS
'-
4.1. Plataforma trepadora Alimak '-
Este método de excavación de chimeneas y piqueras
se introdujo en 1957, y desde entonces debido a su
flexibilidad, economía y velocidad se ha convertido en
uno de los más usados del mundo, sobre todo en aque-
llos casos donde no existe ningún nivel de acceso
superior.
Estos equipos están constituidos por una jaula, la
plataforma de trabajo, los motores de accionamiento,
el carril guía y los elementos auxiliares.
En la Fig. 7.7 se representa un ciclo de trabajo com-
pleto.
1. PERFORACION y CARGA DE
BARRENOS
3. VENTILACION y RIEGO
\....
\....
'-
\....
'-
\....
2. DESCENSO DE LA PLATAFORMA
Y VOLADURA
\....
\....
'-
\....
4. ELEVACION DE LA PLATAFORMA
Y SANEO DEL TECHO
Figura 7.7. Ciclo de trabajo con plataforma Alimak. '-
OOEX 00
90' 115 140 165 215 76 127 72
POZOSde agua O X X X X
Terraplenado de carreteras O O O O O O O X
Perforación submarina O O X
Perforación de barrenos O O X X
Anclajes X X X X
Inyecciones X X X O X
Prospecciones X X X O X
./
La elevación de la plataforma se realiza a través de
un carril guía curvado empleando motores de aire
" comprimido, eléctricos o diesel. La fijación del carril a
./ la rocase llevaa cabo con bulonesde anclaje,y tanto
las tuberías de aire como de agua necesarias para la
perforación, ventilación y el riego se sitúan en el lado
J interno del carril guía para su protección.
Durante el trabajo los perforistas se encuentran so-
bre Una plataforma segura, ya que disponen de una
cubierta y una barandilla de protección, y para el
./ transporte del personaly materialesse utiliza la jaula
que se encuentra debajo de la plataforma.
En un relevo dos perforistas pueden avanzar de 2,2 a
./ 3 m. Los accionamientos de aire Comprimido son ade-
cuados para longitudes inferiores a los 200 m, los
eléctricos hasta 800 m y a partir de esas distancias se
./ recomiendan los motores diesel.
Las principales ventajas de estos equipos son:
"
./
- Pueden usarse para chimeneas de pequeña o gran
longitud y con cualquier inclinación.
- Las diferentes secciones y geometrías de las chi-
meneas pueden conseguirse cambiando las pla-
taformas. Siendo posible excavar secciones desde
3 m2 hasta 30 m2. Fig. 7.8.
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r...,, I, . .,I ',, ,,. '. . I, ,, I:.<, I
Ln" n--_J
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Figura 7.8. Diferentes configuraciones de plataformas.
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./
- Es posible en una misma obra cambiar la direc-
ción e inclinación de las chimeneas mediante el
uso de carriles curvos.
- La longitud de las excavaciones puede ser"Prácti-
camente ilimitada. La chimenea más larga efec-
tuada hasta la actualidad tiene 1.040 m y una incli-
nación de 45°.
- Puede emplearse como equipo de producción en
algunos yacimientos aplicando el método «Alimak
Raise Mining». Fig. 7.9.
- En el ensanchamiento de chimeneas pilotos para la
excavación de pozos de gran s.ección puede com-
plementarse con unidades de perforaciÓn hori-
zontal.
- El equipo básico es posible emplearlo en la aper-
tura de varias chimeneas simultáneamente.
- En terrenos malos las plataformas pueden utili-
"
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CARGA Y
DESIltDNTE DE
EXCAVACIDN PERFORACION CARRILES GUlA.
PILOTO HORIZONTAL VOLADURA
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Tr--'UT--~T--
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il'"i ¡r." t', "
:: :~" ,-" 'lo" 'F" ,:-" ,F
:: I~" 'c" ,,¡ ,
Figura 7.9. Método de explotación de yacimientos estre-
chos e inclinados.
zarse para realizar el sostenimiento con bulonaje,
inyección, etc.
- La inversiónes menor que con el sistema Raise
Borer.
- Requiere mano de obra no demasiado especiali-
zada.
- La preparación inicial del área de trabajo eS muy
reducida.
Foto 7.2. Plataforma Alirhak.
. Por el contrario, algunos inconvenientes que pre-
senta son:
115
- El ambiente de trabajo es de escasa calidad.
- La rugosidad de las paredes es grande, lo cual
constituye un inconveniente en las chimeneas de
ventilación y una ventaja en las piqueras de paso de
mineral.
- El estado del macizo remanente es peor que el
conseguido con el método Raise Boring.
4.2. Jaula Jora
Esta máquina es fabricada por Atlas Copco y se
aplica también a la excavación de chimeneas y pique-
ras, tanto verticales como inclinadas. La diferencia bá-
sica con el equipo anterior es que se precisa la realiza-
ción de un barreno piloto de un diámetro entre 75 y 100
mm por donde penetra el cable de elevación. Los prin-
cipales componentes son la plataforma de trabajo, la
jaula de transporte, el mecanismo de elevación y en
chimeneas inclinadas el carril guía. Fig. 7.10.
UAULA 5 5OPORTE
'.RODILLOS GUlA 6.MANDO$
3. CARRILGUlA 7. VIGADE TECHO
4.VIGA DE B.CARRETE DE
TRANSPORTE CABLE
9.CABRESTANTE
Figura 7.10. Jaula Jara en chimenea vertical e inclinada
(Atlas Capeo).
Durante la perforación, la plataforma se fija a los
hastiales de la excavación mediante un sistema de
brazos telescópicos. El principal inconveniente de este
método, frente al anterior, es la perforación del-bac'
rreno piloto, pues del control de su desviación depen-
* derá la longitud de la chimenea. El cam,¡:;,ode aplica-
ción práctico y económico se encuentra entre los 30 y".
100 m.
En cada pega es necesario desenganchar la jaula del
cable de elevación, pues de lo contrario éste último se
dañaría durante las voladuras. El barreno central pre-
senta las ventajas de servir de hueco de expansión en
los cueles paralelos, con los que se consiguen avances
por disparo de unos 3 a 4 m, y de entrada de aire fresco.
4.3. Método Raise Boring .
Este método, que en los últimos 20 años se ha difun-
dido extraordinariamente, consiste en el corte o esca-
riada de la roca por un equipo mecánico.
Las ventajas que presenta son:
116
- Alta seguridad del personal y buenas condiciones "-
de trabajo.
- Productividad más elevada que con los métodos.
convencionales de arranque con explosivos.""
- Perfil liso de las paredes, con pérdidas por fricción
del aire mínimas en los circuitos de ventilación. \...
- Sobreexcavación inexistente.
- Rendimiento del avance elevado.
- Posibilidad de realizar excavaciones inclinadas, "--
aunque es más adecuado para chimeneas vertica-
les.
"-
Los inconvenientes más importantes sbn:
- Inversión muy elevada.
- Coste de excavación por metro lineal alto.
- Poca flexibilidad al ser las dimensiones y formas de
las chimeneas fijas y no ser posible cambiar de
dirección.
- Dificultades en rocas en malas condiciones.
Requiere personal especializado y una preparación
previa del lugar de trabajo.
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CJCJ
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Figura 7.11. Perforación de una chimenea con Raise Boring
Estándar. \..
....
/
Actualmente, operan en el mundo más de 300 unida-
des, pudiendo distinguirse los siguientes subsistemas
de Raise Boring: estándar, reversible y para huecos/ .
ciegos.
a) Raise Boring estándar/
Es el más utilizado y consiste en colocar el equipo en
la parte superior de una planta o nivel, o incluso en el
/ exteriorde la mina, para desde ese punto realizar un
barreno piloto descendente que cala en un hueco
abierto previamente. A continuación, en el interior se
/ acopla la cabeza escariadora realizando la perforación
de la chimenea en sentido ascendente.
b) Raise Boring Reversible/
Se realizan las mismas operaciones que en el caso
anterior con la diferencia de colocar el equipo en un
/ nivel inferior, e invirtiendo los modos de ejecución del
barreno piloto y chimenea que son ascendentes y des-
cendentes respectivamente.
c) Raise Boring para huecos ciegos
Una vez colocado el equipo en una planta inferior, se
realiza la excavación en sentido ascendente a plena
sección, sin perforar barrenos pilotos.
Los elementos básicos para realizar el trabajo, ade-
/ más del equipo en sí que ejerce la rotación y el empuje
desde su punto de instalación, son para el barreno
piloto, el tricono, los estabilizadores de rodillos y las
/ barras de perforación; y para la ejecución delesca-
riado, el eje, la base, los cortadores y los alojamientos
de éstos. Fig. 7.12.
/
/
BOVEDA PLANA ALOJAMIENTO
6~ ~~~ !in \ ¡ ,1 ~ )\." CORTADORESc5- L5- \E-\ 1-[7 -
DOBLE
BOVEDA ESCALONADA BASE
/
];igura 7.12. Componentes del equipo de escariado.
#'
/
Las cabezas pueden ser según su diseño: integrales,
segmentadas y extensibles. Las primeras se utilizan
para diámetros desde 1 a 3 m con barrer:1os pilotos de
200 a 250 mm, las segmentadas para diámetros de
chimeneas entre 1,5 Y3 m y los mismos taladros pilotos
que las anteriores, y por último las cabezas extensibles
para secciones desde 2 hasta 6,3 m con barrenos pilo-
tos que llegan hasta los 350 mm,
La estructura de corte varía según el tipo de roca en el
que se vaya a emplear y su resistencia a la compresión.
Los cortadores para roca blanda tienen menor número
de insertos que los de roca media o dura. Además, es-
tos insertos son más largos y afilados que los que ten-
dría un cortador para roca dura y abrasiva. Así se incre-
/
/
menta la velocidad de perforación y se reduce el des-
gaste.
Existen dos tipos distintos de cortadores que se sitúan
en la cabeza de escariado diametralmente opuestos, fi-
gura 7.13, obteniéndose mayores tamaños de los frag-
mentos y mayor velocidad de perforación.
DISTANClA ENTRE FILAS ~~~'OR'"~,
Figura 7.13. Acción de dos cortadores diametralmente
opuestos.
También la inclinación de los cortadores en la cabeza
del escariado es distinta según la posición que ocupen
en la misma. Un ángulo de hasta 33° respecto a la hori-
zontal facilita que los cortadores del contorno manten-
gan mejor el diámetro de escariado, evitándose el des-
gaste de la cabeza. Ese ángulo puede disminuir hasta
5° en los cortadores interiores e incluso llegar a ser 20°
negativo en los centrales para minimizar así las desvia-
ciones.
Los soportes de los cortadores van soldados o atorni-
llados al cuerpo de la cabeza y colocados en círculos
concéntricos a igual distancia o nivel con mayor número
de cortadores en la periferia, donde el volumen de roca
excavada será mayor que en el centro.
(. --o
{f;¡)
f-----¡l200
, -
('__m___) .
Figura 7.14. Inclinaciones de los cortadores en la cabeza de
escariado
Las potencias de los equipos pueden ser superiores
alas 600 kW con velocidades de giro, pares de rotación
y empujes sobre la roca cuyos valores oscilan entre: 15
..y 30 r/min, 150 y 820 kNm y 4 Y 12,5 MN respectiva-
mente.
5. PERFORACION TERMICA (JET PIERCING)
El origen de este método se remonta a 1927, cuando
Sto res lo intentó aplicar en Alemaniaen una minacon
vetas de cuarzo. En la década de los años 30 se llevaron
a cabo experienciasen losyacimientos de taconitas en
la zona de Mesabi, y fue después de 1947cuando con el
empleo de quemadores con diseño especial se consi-
guió realizaruna perforacióneficientey con altos ren-
dimientos, basada en la decrepitación de la roca en
117
lugar de su fusión, gracias a los rápidos cambios de ,
temperatura producidos por el vapor de agua y los
gases de combustión, que a su vez sirven para eva-
cuar los detritus producidos.
Actualmente, este método ha perdido campo de
aplicación frente a las grandes perforadoras rotativas,
quedando su empleo reducido al corte de rocas orna-
mentales.
5.1. Proceso de perforación térmica
1::1 proceso de penetración depende de una caracte-
rística de las rocas que se denomina decrepitabilidad
(Spallability) y que se basa en la diferente capacidad de
dilatación con la temperatura de los cristales constitu-
yentes de las rOCas.
Las propiedades que afectan a la decrepitabilidad de
las rocas son muy complejas, pero puede establecerse
la siguiente relación:
Difusión Coeficiente de Tamaño dex x
D
.
t b
'
I
'
d d
térmica dilatación (a To) grano
ecrepl a I 1 a ex
Resistencia a la compresión (a To)
"To» es la temperatura crítica a la cual la roca pasa a
ser plástica.
Según la ecuación anterior, las rocas serán más fá-
cilmente perforables con este método cuando:
- Exista una alta dilatación térmica por debajo de
700°C.
5
~
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Z
w4
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w
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o
--- CUARZOa A ~ 573°C
.r
2
500 1000
TEMPERATURA °c
1500
Figura 7.15. Dilatación térmica volumétrlca del cuarzo
(Dane, 1942).
118
"-
- Alta difusividad térmica a temperaturas inferiores a
los 400°C.
- Estructura intergranular homogénea sin productos ~
de alteración, arcillas, caolines, micas, etc.
- Reducido porcentaje de minerales blandos de baja
temperatura de fusión o descomposición. "-
Un ejemplo de rocas que tienen una buena aptitud a
la decrepitabilidad son: las taconitas, las cuarcitas, los
granitos, las riolitas, las areniscas duras y las diabasas. "-
En general, cuanto más alto es el contenido de cuarzo
mejor decrepita la roca, ya que además de poseer
grandes coeficientes de dílatación lineal y volumétrica "-
tienen un cambio de cristalización a 573°C. Fig. 7.15.
Las rocas con un contenido en cuarzo mayor del
30% decrepitanbien, así como aquellasen las que en "-
su composición existe cierta cantidad de agua.
El equipo básico o quemador consiste en una cá-
mara de combustión, Fig. 7.16, donde se atomiza el
combustible (gas-oil) que se mezcla con el oxígeno "-
al ser alimentados bajo presión. El inyector incre-
menta la velocidad de salida de los gases de com-
bustión. La temperatura de la llama puede llegar en "-
el extremo del quemador a los 3.000°C cuando se
inyecta oxígeno y a los 2.000°C si es aire comprimido.
El agua de refrigeración alrededor del quemador "-
evita su fusión y ayuda en su escape como vapor a
aumentar los gases y la presión de evacuación de
los detritus. '-
'-
'-
'--
'-
'-
'-
Figura 7.16. Sección de un quemador.
Con oxígeno no se precisa presión especial, pero sí
con el aire comprimido que se emplea a 0,7 MPa, En la "
Fig. 7.17, se indican las velocidades medias de pene-
tración en función del caudal, presión y diámetro del
barreno, '-
'"
78
~72"-
..s 66
TI POS DE ROCA
ARENISCA
DOLOMITA
CUARCITAZ 60,
O
054-
<[
a:: 48,
.....
W 42,
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W30'
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g 12
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I
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I
6
- VELOCIDADDEPENETRACION
DIAMETRODE 8ARRENO
70 210 260 350 420
PRESION DEL AIRE (MPo)
140
Figura 7.17. Velocidades de penetración con quemadores
de aire comprimido.
Las velocidades normales oscilan entre 3 y 12 m/h,
pudiendo llegar en casos favorables a los 20 m/h.
5.2. Aplicaciones
Las aplicaciones más importantes de este método
son:
A. Ensanchamiento de barrenos
Este procedi miento presenta las siguientes ventajas:
- Menor volumen de roca perforado por unidad
arrancada.
- La configuración de la columna de explosivo es
mejor al aproximarse a I/D = 20 Y generar así ma-
yores tensiones. El consumo específico para una
fragmentación dada es menor.
- Se consigue una mejor rotura al nivel del pie de
banco, reduciendo la sobreperforación.
- El volumen de retacado disminuye y el confina-
miento de los gases de explosión es más efectivo,
reduciéndose además el tiempo necesario para di-
cha operación.
Figura 7.18. Ensanchamiento de barrenos.
- El perfil de la pila de escombro es más adecuado a
la forma de trabajo de las excavadoras de cables.
B. Corte de rocas
Se utiliza en canteras de granito ornamental en la
fase primaria de independización de bloques del ma-
cizo rocoso, abriendo rozas o canales transversales a
los bancos de explotación de una anchura de 60 a 80
mm y una profundidad que puede llegar a los 10 m.
En cuanto a los sistemas de montaje, al igual que cpn
los equipos rotopercutivos, estas unidades pueden ser
de tres tipos: manuales, sobre chasis remolcables y
automotri ceso
Las principales ventajas de la perforación térmica
son:
- Posibilidad de perforar formaciones muy duras y
ab rasivas.
- Facilidad para ensanchar los barrenos.
- Eliminación parcial del arranque convencional con
explosivos en rocas ornamentales.
- Altas velocidades de perforación en rocas que de-
crepitan bien.
Por el contrario, los inconvenientes que presenta
son:
- Las máquinas comparables a las grandes perfora-
doras rotativas son caras.
- El costede la energía es muy alto.
- Elevado nivel de ruido y poco control sobre el polvo
producido.
La distribución porcentual de los costes, de acuerdo
con el Surface Mining, es la siguiente:
0/0
- Oxígeno.................................
- Mano de obra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
- Concesión de patente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
- Gas-oil ..................................
- Escariadores.............................
- Energía..................................
- Mantenimiento...........................
- Agua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31,0
14,4
11,0
10,0
10,3
1,3
18,0
4,0
6. PERFORACION CON CHORRO DE AGUA
Esta tecnología ha tenido un desarrollo espectacular
durante la Última década, ligado a la puesta a punto de
equipos hidráulicos de potencia adecuada, robustos y
fiables. Actualmente, en minería se utilizan en el corte
de rocas ornamentales y en la perforación de barrenos
para bulonaje en diámetros de 24 y 32 mm.
Los equipos constan básicamente de una central
hidráulica accionada por un motor eléctrico, y aco-
plada a una bomba hidráulica de alta presión, que a su
vez acciona un multiplicador de presión, constituido
por un pistón de doble efecto y movimiento alternativo,
capaz de realizar entre 60 y 80 ciclos por minuto. El
efecto multiplicador se consigue por la diferencia rela-
tiva de superficies activas del pistón, uno de los cuales
119
impulsa el agua a través de una boquilla inyectora de
zafiro sintético con un orificio de 0,1 a 1 mm de diáme-
tro.
La Fig. 7.19 refleja el principio de operación del mul-
tiplicador de presión.
ACEITE ';IDRAULlCO ENTRADA
SALIDA ENTRADA AGUA
SALIDADEAGUA--~~AALTAPRESION ~
ENTRADA ACEITE HIDRAULlCO
AGUA ENTRADA SALIDA
~~--SALlDA DE AGUAA
- ALTA PRESION
Figura 7.19. Equipo multiplicador de presión.
La roturade la roca, debida a un chorro de agua a
alta presión, se produce por efecto del choque del
mismo y las microfracturas creadas consecuente-
mente. A una velocidad de 300 mis, la presión creada es
del orden de 150 MPa. próxima a la resistencia a la
compresión de muchas rocas. Con 500 mis, se alcan-
zan valores de 300 MPa, superiores ala resistencia de
la mayoría de los materiales rocosos.
Los datos operativos alcanzados con equipos en
prueba son los indicados en la Tabla 7.3.
En la perforación de barrenos, para aumentar laac-
ción de los chorros de agua, se dispone de unas bocas
de carburo de tungsteno que realizan un escariado de
las coronas de rocá concéntricas que se producen en
el fondo del taladro. Fig. 7.20.
~~.
Figura 7..20. Boca de perforación con cuatro orificios.
120
'-
TABLA 7.3
"-
'-
'-
La aplicación de esta técnica al arranque con explo-
sivos abre unas nuevas expectativas, por cuanto la
geometría de los barrenos puede modificarse y por
consiguiente permitir concentraciones de carga o au-'-
mentos de las tensiones de rotura en determinados
puntos de los macizos rocosos.
"-
~=I::::~~H~","1-11- "" I I """8 o BARRENO CONVENCIONAL '-
,~
Figura 7.21. Modificación de la geometría de los barrenos
perforados con chorro de agua.
'-
7. PERFORACION DE ROCAS
ORNAMENTALES '-
En la explotación de rocas ornamentales, como el
, granito, se utilizan en ocasiones sistemas de montaje
especiales, tanto en la perforación primaria, cuyo objeti- "-
vo es la independización de un gran bloque del macizo
rocoso, como en las operaciones siguientes de subdivi-
~ sión y escuadrado.
Generalmente, se emplean perforadoras hidráulicas
montadas sobre deslizaderas que se desplazan sobre
correderas de una longitud de 3,5 a 4,5 m. Estas a su .
vez puedenir soportadaspor bastidoresmetálicosque '---
se apoyan en cuatro pies o gatos estabilizadores sobre
el terreno o sobre unidades móviles, como son excava-
doras hidráulicas, carros de orugas o tractores de rue- "-
das, Fig. 7.22.
Los rendimientos de perforación son en el caso de
apertura de roza o canal lateral "slot drill", con barrenos,
secantes alineados, de 1,4 a 2,2 m2/hy en la perforación ~
primaria y secundaria con barrenos alineados de 200 a
400 mllh, según la potencia y características del equipo
utilizado.
',,-
"-
"-
RELACION DE PRESION DE CAUDAL
MULTIPLlCACION TRABAJO(MPa) (1/min)
4:1 0- 83 19 - 57
13: 1 O - 275 5,5 - 23
20: 1 O - 378 3,8 -15
---
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300
2200
o
or-
'360
4300(mm)
g
~
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Figura 7.22. Equipo de perforaciónde rocas ornamentales.
(TAMROCK).
BIBUOGRAFIA
- ALlMAK: "Vein Mining». 1977.
- ATLAS COPCO: "El Método 00».1970.
"Raise Oriving with Jora Lift». 1970.
"Underwater Blasting with the 00 Method». 1971.
"OOEX». 1975. .
"Rock Orilling Manual-Rock Orilling Tool Applications».
1985.
- BERNAOLA, J.: "Pertoración Mecanizada de Chimeneas".
Rocas y Minerales. Julio 1991.
- CALAMAN, J. J., and ROLSETH, M. C.: "Jet Piercing».
Surgace Mining. AIME. New York, 1968.
- MOHANTY, B., and MCFARLANE, P.: "Water-Jet Orilling
ands Its Applications in Mining and Blasting». Trans. of the
Institution of Mining and Metallurgy. April, 1986.
- PLA, F. et al.: «Curso de Perforación y Voladuras».
Fundación Gómez Pardo. 1978.
- STENMARK, E.: «Equipos y Métodos Alimak para Minería
y Obras Subterráneas». Alimak, 1982.
- TRIRUMALAI, K.: «Thermal Orilling of Blastholes». Mining
Engineering Handbook. SME. 1973.
121