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perforacion y voladura
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PERFORACION Y VOLADURA I
ING. JOSÉ SIVERONI MORALES
UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE
FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA
INGENIERIA DE MINAS
Cajamarca del 2014
LAS PERFORACIONES EN LA ACTIVIDADES MINERAS
Prospección
Exploración
Desarrollo
Preparación
Explotación
Procesamiento
Comercialización
ACTIVIDAD MINERA
PERFORACIÓN
Perforación en Minería Subterránea
¿QUÉ ES LA PERFORACIÓN?
• Se entiende como perforación en minería la acción o acto que, a través de medios
mecánicos, tiene como finalidad construir un agujero.
• Para que esto se logre debe extraerse todo el material destruido dentro del
agujero mediante la utilización de aire comprimido o agua. En este punto es
donde se produce la diferencia entre lo que es la perforación de exploración y la
de producción.
¿PARA QUE SE PERFORA?
La perforación se hace con el objetivo de arrancar o volar la máxima cantidad de
roca o mineral situando el explosivo en el lugar apropiado (en este caso el taladro),
a fin de lograr el objetivo con el mínimo de explosivos que se pueda.
LOS SISTEMAS DE PENETRACIÓN DE LA ROCA QUE HAN SIDO DESARROLLADOS Y CLASIFICADOS POR ORDEN DE APLICACIÓN SON:
PERFORACIÓN
La perforación se basa en principios mecánicos de percusión y rotación ,
cuyos efectos de golpe y fricción trituran la roca
Por Percusión (Simple
Cincelado)
Por Percusión y Rotación (Corte y cincelado)
Por Rotación y trituración
(giro y peso de la barra)
COMPONENTES PRINCIPALES DE UN SISTEMA DE PERFORACIÓN
perforadora
barreno
broca
Fluido de barrido
• Varillaje o barreno Varillaje, medio de transmisión de dicha energía.
• BROCA Broca o bit, útil que ejerce sobre la roca la energía.
Sección del taladro:
Espaciadores inertes Taco inerte
Cordón detonante
Cebo
PARTES DE UN TALADRO
ACCESORIOS DE PERFORACIÓN
- Barrenos 2’, 4’ 6’ 8’
- Barretilla
- Saca barrenos
- Cucharilla
- Atacador de madera
- Llave stilson
- Aceite
- Fósforo o chispero
EQUIPOS DE PERFORACIÓN
1. Manuales
De percusión con aire comprimido, para huecos pequeños (25 a 50 mm de
diámetro), para trabajo horizontal o al piso (jack leg) o para huecos verticales al
techo (stopers).
2. Mecanizadas
De percusión y de roto percusión, montadas en chasis sobre ruedas u orugas. Para
huecos hasta 150 mm y 20 m de profundidad. Ejemplo los wagondrill, track drill y
jumbos neumáticos o hidráulicos, que emplean barrenos acoplables con brocas
intercambiables
DISEÑO DE UNA MALLA
Los trabajos perforación depende de un diseño de malla adecuado:
DENOMINACION DE LOS TALADROS
MALLA DE PERFORACION:
a. Perforación de banqueo.
b. Perforación de avance de galerías y túneles.
c. Perforación de producción.
d. Perforación de chimeneas.
e. Perforación de rocas con recubrimiento.
f. Sostenimiento de rocas.
Por otro lado, los tipos de trabajo, tanto en obras de superficie como
subterráneas, pueden clasificarse en los siguientes grupos
a. PERFORACIÓN DE BANQUEO
Perforaciones verticales o inclinadas utilizadas preferentemente en proyectos a cielo abierto y minería
subterránea (L.B.H.) (long blast hole). Este tipo de perforación se emplea, en general, para la minería
a cielo abierto y para algunos métodos de explotación subterránea, como el hundimiento por
subniveles.
Perforaciones preferentemente horizontales llevadas a cabo en forma manual o
mecanizada. Los equipos y métodos varían según el sistema de explotación, pero por lo
general, para minería en gran escala subterránea se utilizan los equipos de perforación
llamados "jumbos", que poseen desde uno a tres o más brazos de perforación y
permiten realizar las labores de manera rápida y automatizada.
b. PERFORACIÓN DE AVANCE DE GALERÍAS Y TÚNELES
C. PERFORACIÓN DE PRODUCCIÓN
Con este nombre se conoce al conjunto de trabajos de extracción del mineral que se realiza
en las explotaciones mineras. Una perforación de producción corresponde a la que se
ejecuta para cumplir los programas de producción que están previamente establecidos.
D. PERFORACIÓN DE CHIMENEAS
Raise Boring
Se trata de las labores verticales, que son muy utilizadas en minería subterránea y en
obras civiles. En ellas se emplean métodos de perforación especiales.
JAULA TREPADORA ALIMAK
e. SOSTENIMIENTO DE ROCAS
Utilizado para la colocación de pernos de anclaje en labores subterráneas
principalmente.
Desarrollo de la perforación en minería
Según el tipo de t r a b a j o q u e s e realice en minería u obra públ ica de s u p e r f i c i e l o s equipos que más se utilizan y diámetros más comunes para las voladuras en banco se recogen en la Fig. 1.2.
PROPIEDADES DE LAS ROCAS QUE AFECTAN A LA
PERFORACIÓN
Las principales propiedades físicas más importantes de las rocas que influyen en los
mecanismos de penetración y consecuentemente en la elección del método de perforación
son:
ü Dureza
ü Resistencia
ü Elasticidad
ü Plasticidad
ü Abrasividad
ü Textura
ü Estructura
ü Características de rotura
FACTORES DE INFLUENCIA
ü DUREZA
Ø Se entiende por dureza la resistencia de una capa superficial a la penetración en ella de
otro cuerpo más duro.
Ø La dureza de las rocas es el principal tipo de resistencia a superar durante la perforación,
pues cuando se logra la penetración del útil el resto de las acciones se desarrollan
fácilmente.
Escala de Mohs
DUREZA
ü RESISTENCIA
Ø Es la propiedad de oponerse a su
destrucción bajo una carga exterior,
estática o dinámica.
Ø Las rocas oponen una resistencia
máxima a la compresión.
Ø La resistencia de las rocas
depende fundamentalmente de su
composición mineralógica.
Resistencia a la compresión simple
ü ELASTICIDAD
La mayoría de los minerales constituyentes de las rocas tienen un comportamiento elástico-
frágil, que obedece a la Ley de Hooke, y se destruyen cuando las tensiones superan el límite
de elasticidad.
ü PLASTICIDAD
Ø En algunas rocas, a la destrucción le precede la deformación plástica.
Ø Esta comienza en cuanto las tensiones en la roca superan el límite de elasticidad.
Ø La plasticidad depende de la composición mineral de las rocas y disminuye con el
aumento del contenido de cuarzo, feldespato y otros minerales duros. Las arcillas
húmedas y algunas rocas homogéneas poseen altas propiedades plásticas.
ü ABRASIVIDAD
Ø Es la capacidad de las rocas para desgastarla superficie de contacto de otro cuerpo
más duro, en el proceso de rozamiento durante el movimiento.
Ø Esta propiedad influye mucho en la vida de los útiles de perforación.
ABRASIVIDAD
ü TEXTURA
Ø La textura de una roca se refiere a la estructura de los granos de minerales
constituyentes de ésta. Se manifiesta a través del tamaño de los granos, la forma, la
porosidad, etc. Todos estos aspectos tienen una influencia significativa en el rendimiento
de la perforación.
Ø Como los granos tienen forma lenticular, como en un esquisto, la perforación es más
difícil que cuando son redondos, como en una arenisca.
ü ESTRUCTURA
Las propiedades estructurales de los macizos rocosos, tales como esquistosidad, planos
de estratificación, juntas, diaclasas y fallas, así como el rumbo y el buzamiento de éstas
afectan a la linealidad de los barrenos, a los rendimientos de perforación y a la estabilidad
de las paredes de los taladros.
ü PARÁMETROS DE PERFORACIÓN
Ø Velocidad de rotación (rpm)
Ø Fuerza de empuje
Ø Diámetro de perforación
Ø Velocidad y caudal del aire de barrido
Ø Desgaste de los trépanos
Ø Dureza o resistencia de la roca
PARAMETROS DE RENDIMIENTOS
ü VELOCIDAD DE ROTACIÓN
Es inversamente proporcional a la resistencia a compresión de la roca. Sin embargo, hay
que tener en cuenta que la velocidad de rotación también varía en función de la marcha en
la que se esté trabajando. Por eso, es mejor tener en cuenta el par motor, que para su
cálculo ya se introducen las variables de la presión de la bomba hidráulica, la marcha, y la
velocidad de rotación.
ü FUERZA DE EMPUJE Y DIÁMETRO DE PERFORACIÓN
Ø La fuerza de empuje que es necesario aplicar aumenta directamente con la dureza de la
roca, y debe alcanzar una magnitud suficiente para sobrepasar su resistencia a la
compresión.
Ø Por otra parte, esta fuerza no puede exceder un determinado valor límite, para evitar
daños prematuros en la cabeza de perforación.
Ø En formaciones rocosas duras o muy duras, una fuerza excesiva conduce a la
incrustación de la cabeza y consecuente destrucción, lo que significa el término de la vida
útil de la herramienta.
Ø A su vez, a mayor diámetro de perforación, más grande es la cabeza de la barrena y por
consiguiente mayor la superficie a perforar por lo que ofrecerá mayor resistencia.
Ø En suma, la fuerza de empuje es función de dos variables: la dureza de la roca y el
diámetro de perforación.
ü VELOCIDAD Y CAUDAL DEL AIRE DE BARRIDO
VELOCIDAD DE ROTACIÓN Mientras el barrido es perfecto, la velocidad de avance (Va) es linealmente
proporcional a la velocidad de rotación.
En la práctica, a medida que Va aumenta, el barrido se torna ineficiente.
Velocidad de avance vs. Parámetros de perforación
Gráfico de la velocidad de avance en función de las revoluciones por minuto
ü FUERZA DE EMPUJE Mientras el barrido es perfecto, la velocidad de avance (Va) aumenta
exponencialmente con la fuerza de empuje.
En la práctica, a medida que Va aumenta, el barrido se torna deficiente.
Gráfico de la velocidad de avance en función de la fuerza de empuje
ü DESGASTE DEL TRICONO
La velocidad de avance decrece exponencialmente con el desgate del tricono.
Gráfico de la velocidad de avance en función del desgaste
GRACIAS
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