Sistemas de Perforación en Minería
Sistemas de Perforación de Roca
Perforación de Producción: Sistemas por percusión (Top Hammer; Down/In the hole). Sistemas por rotación (con triconos o brocas escalonadas).
Perforación de Prospección: Sistemas por percusión (Top Hammer, con aceros de extensión). Sistemas por percusión (Down the hole, con aire reverso). Sistemas por rotación y corte con coronas diamantadas.
Perforación en Labores de Desarrollo/Preparación Subterránea: Dos casos: labores que se ejecutan de forma convencional (perforación y voladura) y de forma no convencional (sección completa).
- Sistemas convencionales para:
- Labores horizontales o sub-horizontales: Manual (jack leg, PM) / Mecanizada (jumbo frontal, MM-GM).
- Labores verticales o sub-verticales: Manual (stopper, PM) / Semi-mecanizado (jaula Alimak, MM-GM).
- Sistemas no convencionales para:
- Labores horizontales o sub-horizontales: Perforación a sección completa para desarrollos horizontales (Tunneling Boring Machines, Rock Headers).
- Labores verticales o sub-verticales: Perforación por rotación a sección completa para desarrollos verticales (Boxhole Boring Machine, Raiser Borer Machine, Blind Voring Shaft Machine).
Equipos manuales y mecanizados para perforación de producción: Los equipos manuales por percusión tipo Top hammer son pequeños, de poco peso y maniobrables, con un pequeño largo y diámetro de hoyos. Los equipos mecanizados tienen mayor complejidad, tamaño y peso, con diámetros medianos a grandes y largos grandes.
Relación con el Tipo de Explotación
– Cielo abierto/cantera: Diámetros menores asociados a sistemas de percusión (top hammer, down the hole), mayores a sistemas rotary. Diámetro grande asociado a un banco de mayor altura, malla mayor, mayor cantidad de toneladas por metro perforado, lo cual es importante para elegir la maquinaria. El tamaño de operación (ton/día) influye en la altura de banco asociada al sistema de operación.
Energía: Los sistemas de percusión son autopropulsados con la siguiente línea de energía: diésel-eléctrica-hidráulica/neumática. El sistema rotary comúnmente usa energía eléctrica externa. Todo esto define la siguiente regla: «A mayor altura de bancos, mayor diámetro de hoyos». El montaje para sistemas de percusión (top hammer) es sobre orugas para terrenos irregulares y presencia de fragmentos de roca angulosos; para (down the hole) montaje en orugas y neumáticos. Los rotary se montan sobre orugas que mejoran la estabilidad cuando el mástil es muy alto. Los gatos nivelantes aseguran la horizontalidad del equipo.
– Subterráneo: Diferencias entre equipos de desarrollo o preparación vs los de producción. El tamaño de la mina no necesariamente influye en los sistemas de perforación usados en producción. La restricción de espacio determina los equipos de perforación (parámetros de altura de las galerías, articulación fácil de equipos y baja emisión de gases). Energía: su desplazamiento es mediante motor diésel, pero en puntos de trabajo es energía eléctrica transformada a hidráulica. Fluido extractor (agua o aire humificado) para abatir el polvo que genera aire irrespirable y poca visibilidad. Montaje más común: neumáticos; equipos para perforar tiros largos sobre orugas, para sondajes patines. Gatos nivelantes aseguran la horizontalidad.
Rajo: a > tamaño de rajo > altura banco > diámetro > tamaño y número de equipos
a > diámetro > tn de roca por metro perforado
a > diámetro < número de hoyos
Subterránea: a > tamaño de mina > #frentes o labores > densidad equipos de perforación
El sistema de rotación se usa para perforación de desarrollo y el de percusión se usa para perforación de producción.
El método de explotación influye muy directamente en el tipo y tamaño de los equipos requeridos.
Sistema de Perforación por Percusión
General: Rocas de durezas medianas, duras, muy duras y abrasivas. Diámetros hasta 8 pulgadas.
Top Hammer: Percusión con perforadora en cabeza. La máquina perforadora permanece fuera de la perforación desde la cual se transmite a través de la barra.
– Tipos y características técnicas:
Labores horizontales, sub horizontales, preparación subterránea: equipos manuales (jacklegs), equipos mecanizados (jumbos de perforación frontales, bajo perfil y articulados).
Labores verticales, sub verticales de desarrollo, preparación subterránea: equipos manuales (perforadoras livianas tipo stoper), semi mecanizados (jaula alimak + stoper).
Labores de banqueo: equipos montados sobre orugas (trackDrills) con perforadora hidráulica.
Perforación de producción con tiros radiales: equipos de bajo perfil, articulados para minería subterránea con perforadora hidráulica.
– Rango de diámetros y aceros:
Diámetro: top hammer 1-7 pulgadas (rajo), hasta 3 o 5 pulgadas (subterránea). Se escoge in the hole sobre top hammer cuando los hoyos son muy largos.
Aceros: aceros integrales o barrenas; aceros de extensión (adaptador + coplas + broca).
In the hole: Percusión con perforadora en cabeza. La máquina perforadora permanece dentro de la perforación. La rotación se transmite desde el exterior por un conjunto de barras.
– Rango de diámetro: DTH 100-254 mm, ITH 110-140 mm.
– Tipos de aceros: bit de culata con insertos en botones de carburos de tungsteno. Su distribución y resistencia al desgaste tienen principal relación con el UCS.
Rotary: No hay transmisión de una onda de choque por un varillaje. Las fuerzas que intervienen son un alto torque y empuje.
– Rotación y corte: La roca es removida cuando los insertos puestos en rotación fuerzan la roca. Mayor fuerza de avance aumenta la velocidad de penetración.
Aceros utilizados: brocas helicoidales con cuchillos de cortes frontales que rebanan el material desde el fondo del hoyo, evacuando los detritos. Aplicación en rocas muy blandas y blandas.
– Rotación y trituración: Grandes, poderosos y pesados equipos de perforación rotativa que actúan mediante la aplicación de fuerte empuje sobre una broca o bit, provistas de tres conos. Usado en perforación de pozos de petróleo y CA de grandes yacimientos. Aplica a todo tipo de rocas y para grandes volúmenes. Diámetro: 5.25-15 pulgadas. Funciona con energía eléctrica.
Perforación abrasiva: equipos con brocas cilíndricas cuya superficie está provista de insertos de diamantes. Perforan mediante abrasión o alta fricción. Se usa para obtener testigos de sondaje.
Principales consideraciones para seleccionar aceros de perforación son:
UCS / Tipo de matriz constituyente de la roca / El sistema de perforación usado / El largo de la perforación.