Cap. 01.- Las Perforaciones en Las Actividades Mineras

7/29/2019 Cap. 01.- Las Perforaciones en Las Actividades Mineras

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PERFORACION Y VOLADURA

Capitulo I.-Las perforaciones en la

actividades mineras

DOCENTE: ARMANDO HUMBERTO BOHORQUEZ HUARA

Cajamarca, 11 de Septiembre de 2012


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Actividad Minera

Fases:1. Prospeccin

2. Exploracin

3. Desarrollo

4. Preparacin

5. Explotacin

6. Procesamiento

7. Comercializacin8. Cierre de mina


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Ciclo de Trabajo

- Perforacin

Desarrollos y Preparaciones - Voladura

(frentes) - Acarreo

- Transporte

- Perforacin

- Voladura

Explotacin (tajos) - Extraccin

- Relleno

- Transporte


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Definicin de Perforacin

Perforacin Subterrnea Perforacin Superficial


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Qu es la perforacin?

Se entiende como perforacin en minera la accin o

acto que, a travs de medios mecnicos, tiene como

finalidad construir un agujero. Para que esto se logre debe extraerse todo el material

destruido dentro del agujero mediante la utilizacin de

aire comprimido o agua. En este punto es donde se

produce la diferencia entre lo que es la perforacin deexploracin y la de produccin


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Qu es la perforacin?

En el primer caso la materia que se extrae sirve con el

propsito de analizar y poder determinar tipos,

calidades y cantidades de mineral para la eventual

explotacin del yacimiento.

La perforacin de produccin, en tanto, tiene por

finalidad cargar los agujeros con explosivos y generar

la voladura para poder quebrar la roca y as ir

avanzando con la explotacin de la mina.


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Los sistemas de penetracin de la roca que han sidodesarrollados y clasificados por orden de aplicacinson:

en minera y obra

pblica la

perforacin se

realiza

actualmente, de

una forma casi

general, utilizando

la energa

mecnica.


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La perforacin se basa en principios mecnicos de percusin yrotacin , cuyos efectos de golpe y friccin trituran la roca

Perforacin


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Los componentes principales de un sistema de perforacinde este tipo son:

perforadora

barreno

broca

Fluido de barrido


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perforadora

la perforadora que es la fuente

de energa mecnica.


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el varillaje o barreno que es el medio de

transmisin de esa energa.

la boca o broca que es el til que

ejerce sobre la roca dicha energa


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el fluido de barrido que efecta la limpieza

y evacuacin del detrito producido


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Seccin del taladro:

Espaciadores inertesTaco inerte

Cordn detonante

Cebo

Partes de un taladro


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Accesorios de Perforacin

- Barrenos 2, 4 6 8

- Barretilla

- Saca barrenos- Cucharilla

- Atacador de madera

- Llave stilson

- Aceite- Fsforo o chispero


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EQUIPOS DE PERFORACIN

1. Manuales

De percusin con aire comprimido, para huecos

pequeos (25 a 50 mm de dimetro), para trabajo

horizontal o al piso (jack leg) o para huecos verticales altecho (stopers).

Actualmente se emplean tres tipos de mquinas perforadoras


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2. Mecanizadas

De percusin y de roto percusin, montadas en chasis

sobre ruedas u orugas. Para huecos hasta 150 mm y 20 m

de profundidad. Ejemplo los wagondrill, track drill y

jumbos neumticos o hidrulicos, que emplean barrenos

acoplables con brocas intercambiables


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3. Mecanizadas rotatoriasGeneralmente de grandes dimensiones para uso en

tajos abiertos, montadas sobre camin o sobreorugas con traslacin propia, con motor rotatorio

independiente y perforacion por presin con brocas

rotatorias.

DISEO DE UNA MALLA


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DISEO DE UNA MALLALos trabajos perforacin depende de un diseo de malla

adecuado:


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MALLA DE PERFORACION:


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Por otro lado, los tipos de trabajo, tanto en obras de superficiecomo subterrneas, pueden clasificarse en los siguientes grupos:

a) Perforacin de banqueo.

b) Perforacin de avance de galeras y tneles.

c) Perforacin de produccin.

d) Perforacin de chimeneas.e) Perforacin de rocas con recubrimiento.

f) Sostenimiento de rocas.


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a) Perforacin de banqueo.

Perforaciones verticales oinclinadas utilizadaspreferentemente enproyectos a cielo abierto yminera subterrnea

(L.B.H.) (long blast hole).Este tipo de perforacin seemplea, en general, para laminera a cielo abierto ypara algunos mtodos de

explotacin subterrnea,como el hundimiento porsubniveles.


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b) Perforacin de avance de galeras

y tneles.

Perforaciones preferentemente horizontales llevadas a cabo enforma manual o mecanizada. Los equipos y mtodos varansegn el sistema de explotacin, pero por lo general, paraminera en gran escala subterrnea se utilizan los equipos deperforacin llamados "jumbos", que poseen desde uno a tres oms brazos de perforacin y permiten realizar las labores demanera rpida y automatizada.


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c) Perforacin de produccin.

Con este nombre seconoce al conjunto de

trabajos de extraccin del

mineral que se realiza en

las explotaciones mineras.Una perforacin de

produccin corresponde a

la que se ejecuta para

cumplir los programas de

produccin que estn

previamente establecidos.


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d) Perforacin de chimeneas.

Raise Boring

Se trata de las labores verticales, que son muy utilizadas en minera subterrnea y en

obras civiles. En ellas se emplean mtodos de perforacin especiales


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Jaulatrepad

oraAlim

ak


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e)Perforacin de rocas con

recubrimiento.

Se utiliza por ejemplo,en perforacin de pozos

de captacin de aguas y

perforaciones

submarinas.


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f) Sostenimiento de rocas Utilizado para la colocacin de pernos de anclaje en

labores subterrneas principalmente.


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Desarrollo de la perforacin en minera


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Diferentes Clasificaciones (Segn el mtodo mecnicode perforacin)

Rotopercutivos Mtodos rotativos

Son los ms utilizados

en casi todos los tipos

de roca, tanto si elmartillo se sita en

cabeza como en el

fondo del barreno.

Se subdividen a su vez en

dos grupos, segn que la

penetracin se realice portrituracin (triconos), o

por corte (brocas

especiales). El primer

sistema se aplica en rocas

de dureza media a alta y el

segundo en rocas blandas.


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Martillo en fondo Martillo en cabeza

En estas perforadoras dos

de las acciones bsicas,

rotacin y percusin, seproducen fuera del

barreno transmitindose a

travs de una espiga y

varillas hasta la broca de

perforacin. Los martillos

pueden ser adicionalmente

neumticos o hidrulicos.

La percusin se realiza

directamente sobre la

broca de perforacin,mientras que la rotacin

se efecta en el exterior

del barreno.


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Atendiendo a la Resistencia a Compresin de las rocas y al dimetro deperforacin, se pueden delimitar los campos de aplicacin de losdiferentes mtodos tal como se refleja en la Fig1.1.


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Segn el tipo de trabajo que se realice en minera u obra pblicade superficie los equipos que ms se utilizan y dimetros mscomunes para las voladuras en banco se recogen en la Fig. 1.2.


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CLASIFICACION DE LAS ROCAS

La perforacin de barrenos se realiza, casi en latotalidad de los casos, en masas rocosas, por lo que es

interesante antes de iniciar una obra conocer los

diferentes tipos de materiales que se presentan y sus

propiedades bsicas. Estas caractersticas de las rocas dependen en gran

medida de su origen, por lo que a continuacin se

describen brevemente los tres grandes grupos que

existen.


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CLASIFICACION DE LAS ROCAS

Rocas gneas.

Rocas sedimentarias.

Rocas metamrficas.


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Rocas gneas Su comportamiento ante la fragmentacin, corte, desgaste y

meteorizacin puede ser variado; aunque las rocas gneassin meteorizar, a efectos de su perforacin, son todas durasy compactas.

Si la roca tiene un contenido en SiO2 superior al 62%,geoqumicamente se la denomina cida, entre ese valor y el52% intermedia, entre 45 y 52% bsica, y finalmente convalores menores del 45% es ultra bsica. En el mismosentido que las rocas gneas son ms pobres en slice, a lavez son ms ricas en silicatos ferro magnesianos. Lascidas son ms abrasivas y duras que las bsicas; pero stasltimas son ms densas y resistentes al impacto que lasprimeras.


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Rocas metamrficas

Estas rocas son intermedias en sus caractersticasfsicas y qumicas, entre las gneas y las sedimentarias,

pues presentan asociaciones de minerales que

pertenecen a los dos tipos.

As se encuentran en ellas minerales, como el cuarzo,los feldespatos, las micas, los anfboles, los piroxenos

y los olivinos, esenciales en las rocas gneas, pero no

tienen feldespatoides. Como en las rocas

sedimentarias, pueden tener calcita, dolomita, slice yhematites; pero no tienen minerales evaporticos.


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Rocas sedimentarias

Las rocas sedimentarias se forman por la acumulacinde restos o detritus de otras rocas preexistentes, por la

precipitacin qumica de minerales solubilizados o por

la acumulacin de restos de animales o vegetales.


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CARACTERISTICAS Y PELIGROS DE LOS DISTINTOSTIPOS DE ROCA.

Caliza

Fcil de excavar;consumo reducido de

explosivos y barrenos.Pueden encontrarsecavernas, a veces degrandes dimensiones, ymanantiales de agua

importantes. No suelenhallarse gasespeligrosos.

CARACTERISTICAS Y PELIGROS DE LOS DISTINTOS


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Arenisca

Fcil de excavar;

consumo de explosivos

normalmente menor que

en la caliza; mayor

consumo de barrenos.

No suele presentar

discontinuidades ni se

encuentran grandes

manantiales de agua.



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Pizarra

De excavacin fcil; segn sunaturaleza y de la inclinacin delos estratos, suele encontrarsepoco agua, aunque a veces sepresentan manantiales importantes

cuando la capa fretica est sobrela excavacin. Las pizarraspueden ir asociadas al yeso y alcarbn; en el caso del segundo,puede existir el metano, gas

explosivo muy peligroso; puedehallarse tambin el hidrgenosulfurado, mortal, aunque enpequeas cantidades.



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Rocas granticas

Generalmente fciles de excavar;no se necesita entibar y elrevestimiento preciso es,normalmente, pequeo; elconsumo medio de los explosivos

es ms del doble que en laarenisca normal; el de barrenos,depende de la naturaleza de laroca, que vara entre lmites muyamplios; aunque, normalmente,

las condiciones de esta roca sonfavorables, de vez en cuandopueden encontrarse manantialesde agua con grandes caudales.



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Rocas volcnicas

Son costosas de barrenar y

precisan importante

consumo de explosivos;

suelen encontrarse estratos

de tobas descompuestas que

dan lugar a grandes

manantiales, como tambin

gases peligrosos, txicos o

explosivos.


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P i d d d l


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Propiedades de las rocas que

afectan a la perforacin

Las principales propiedades fsicas ms importantes de lasrocas que influyen en los mecanismos de penetracin yconsecuentemente en la eleccin del mtodo de perforacinson:

Dureza

Resistencia Elasticidad

Plasticidad

Abrasividad

Textura

Estructura

Caractersticas de rotura


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dureza

Se entiende por dureza laresistencia de una capasuperficial a la penetracinen ella de otro cuerpo msduro.

La dureza de las rocas esel principal tipo deresistencia a superardurante la perforacin,pues cuando se logra lapenetracin del til elresto de las acciones sedesarrollan fcilmente.

Escala de Mohs


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dureza


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Resistencia

Se llama resistencia mecnica de una roca a lapropiedad de oponerse a su destruccin bajo una carga

exterior, esttica o dinmica.

Las rocas oponen una resistencia mxima a la

compresin.

La resistencia de las rocas depende fundamentalmente

de su composicin mineralgica.


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Resistencia a la compresin simple


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Elasticidad

La mayora de los minerales constituyentes de lasrocas tienen un comportamiento elstico-frgil, que

obedece a la Ley de Hooke, y se destruyen cuando las

tensiones superan el lmite de elasticidad


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elasticidad


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Plasticidad

En algunas rocas, a la destruccin le precede ladeformacin plstica.

Esta comienza en cuanto las tensiones en la roca

superan el lmite de elasticidad.

La plasticidad depende de la composicin mineral de

las rocas y disminuye con el aumento del contenido de

cuarzo, feldespato y otros minerales duros. Las arcillas

hmedas y algunas rocas homogneas poseen altas

propiedades plsticas.


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Abrasividad

La abrasividad es la capacidad de las rocas paradesgastarla superficie de contacto de otro cuerpo ms

duro, en el proceso de rozamiento durante el

movimiento.

Esta propiedad influye mucho en la vida de los tilesde perforacin.


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Abrasividad.- En la Tabla 1.2 se indican algunos

contenidos medios de diferentes tipos de roca.


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Textura

La textura de una roca se refiere a la estructura de losgranos de minerales constituyentes de sta. Se

manifiesta a travs del tamao de los granos, la forma,

la porosidad, etc. Todos estos aspectos tienen una

influencia significativa en el rendimiento de laperforacin.

Como los granos tienen forma lenticular, como en un

esquisto, la perforacin es ms difcil que cuando son

redondos, como en una arenisca.


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Estructura

Las propiedades estructurales de los macizos rocosos,tales como esquistosidad, planos de estratificacin,

juntas, diaclasas y fallas, as como el rumbo y el

buzamiento de stas afectan a la linealidad de los

barrenos, a los rendimientos de perforacin y a laestabilidad de las paredes de los taladros.

En la Fig 1 7 se clasifican los macizos rocosos a partir


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En la Fig. 1.7 se clasifican los macizos rocosos a partirdel espaciamiento entre juntas y la resistencia delmaterial rocoso.


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Algunos de los parmetros ms importantes son, por

ejemplo, la presin sobre la corona, el par de rotacin, la

velocidad de rotacin, velocidad de penetracin, y la

presin de fluido. Estos parmetros pueden combinarsemediante ecuaciones ms complejas, para obtener otros

parmetros como la energa especfica o el d-exponent,

que pueden correlacionarse con las propiedades

geomecnicas del terreno.


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Parmetros de perforacin Velocidad de rotacin (rpm)

Fuerza de empuje

Dimetro de perforacin

Velocidad y caudal del aire de barrido

Desgaste de los trpanos

Dureza o resistencia de la roca


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Velocidad de Rotacin

En principio, conceptualmente la velocidad de rotacines inversamente proporcional a la resistencia a

compresin de la roca. Sin embargo, hay que tener en

cuenta que la velocidad de rotacin tambin vara en

funcin de la marcha en la que se est trabajando. Poreso, es mejor tener en cuenta el par motor, que para su

clculo ya se introducen las variables de la presin de

la bomba hidrulica, la marcha, y la velocidad de

rotacin.

Fuerza de empuje y dimetro de


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perforacin

La fuerza de empuje que es necesario aplicar aumentadirectamente con la dureza de la roca, y debe alcanzaruna magnitud suficiente para sobrepasar su resistenciaa la compresin.

Por otra parte, esta fuerza no puede exceder undeterminado valor lmite, para evitar daosprematuros en la cabeza de perforacin.

En formaciones rocosas duras o muy duras, una fuerzaexcesiva conduce a la incrustacin de la cabeza y

consecuente destruccin, lo que significa el trmino dela vida til de la herramienta.



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perforacin

A su vez, a mayor dimetro de perforacin, ms grandees la cabeza de la barrena y por consiguiente mayor la

superficie a perforar por lo que ofrecer mayor

resistencia.

En suma, la fuerza de empuje es funcin de dosvariables: la dureza de la roca y el dimetro de

perforacin.

V l id d d l d l i d b id


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Velocidad de rotacin.-Mientras el barrido es

perfecto, la velocidad de

avance (Va) es

linealmenteproporcional a la

velocidad de rotacin.

(Vase figura 3.1).

En la prctica, a medida que Va aumenta, el barrido se torna ineficiente.

Velocidad de avance vs. Parmetros de perforacin

V l id d d l d l i d b id


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Fuerza de empuje.-Mientras el barrido es

perfecto, la velocidad de

avance (Va) aumenta

exponencialmente con lafuerza de empuje.

En la prctica, a medida que Va aumenta, el barrido se torna deficiente.

Velocidad de avance vs. Parmetros de perforacin

D t d l t i


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Desgaste del tricono

La velocidad de avancedecrece

exponencialmente con el

desgate del tricono.


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glosario

Atacador Retacado

Herramienta empleada

para compactar los

cartuchos de explosivo yel material inerte de

retacado

Zona de los barrenos sin

carga de explosivo que

se rellena con unmaterial inerte, polvo,

arena, arcilla, etc.


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glosario

Sobre perforacin Roca suelta

Longitud de barreno

perforada por debajo del

nivel de arranqueproyectado.

Fragmentos de roca

desprendidos por las

grietas o diaclasas


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glosario

Velocidad de penetracin Velocidad de perforacin

Ritmo neto de avance

durante la perforacin

de un barreno.

Ritmo medio de

perforacin de barrenos

incluyendo los tiemposno productivos.


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