Tesis Final......
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RESUMEN Por mucho tiempo se pensaba que para reducir los costos y obtener buenas estadísticas de perforación era haciendo durar lo más que se pueda a las herramientas de perforación, especialmente lo triconos. Es decir, se tenía un cuidado especial al tricono, para que pudiera perforar la mayor cantidad de metros. En un primer momento, dio buenos resultados, pero el tricono no trabajaba toda su capacidad, originando bajas velocidades de penetración. Pero además, había otro problema: el terreno. El yacimiento de Mina Sur es muy difícil para la peroración, más que todo por la presencia de gravas y de bolones. Es por ello que en el desarrollo del trabajo de investigación se detallan las características geológicas y geotécnicas de las diferentes unidades geológicas que se presentan. Pero lamentablemente esta información es antigua y no ha sido actualizada, es por eso que hay zonas donde no se tiene conocimiento de sus características geotécnicas. Una vez analizado los diferentes casos, se llegó a concluir que la cantidad de metros perforados no implicaba en sí una reducción de los costos, si no, el factor más importante es la velocidad de penetración, es decir, se debe perforar lo más posible. Para mejorar la perforación se hicieron una serie de pruebas y análisis, las cuales se hicieron en un tiempo de cinco meses. 1
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RESUMEN
Por mucho tiempo se pensaba que para reducir los costos y obtener buenas
estadísticas de perforación era haciendo durar lo más que se pueda a las herramientas
de perforación, especialmente lo triconos. Es decir, se tenía un cuidado especial al
tricono, para que pudiera perforar la mayor cantidad de metros. En un primer momento,
dio buenos resultados, pero el tricono no trabajaba toda su capacidad, originando bajas
velocidades de penetración.
Pero además, había otro problema: el terreno. El yacimiento de Mina Sur es muy
difícil para la peroración, más que todo por la presencia de gravas y de bolones. Es por
ello que en el desarrollo del trabajo de investigación se detallan las características
geológicas y geotécnicas de las diferentes unidades geológicas que se presentan. Pero
lamentablemente esta información es antigua y no ha sido actualizada, es por eso que
hay zonas donde no se tiene conocimiento de sus características geotécnicas.
Una vez analizado los diferentes casos, se llegó a concluir que la cantidad de
metros perforados no implicaba en sí una reducción de los costos, si no, el factor más
importante es la velocidad de penetración, es decir, se debe perforar lo más posible.
Para mejorar la perforación se hicieron una serie de pruebas y análisis, las
cuales se hicieron en un tiempo de cinco meses. Uno de los análisis que se realizaron es
el de desgaste de triconos, para poder identificar el principal problema en la perforación.
Además se realizaron pruebas de aire y peso en las dos perforadoras habilitadas en
Mina Sur, para conocer sus deficiencias y estado real. Y por último se hizo un análisis
estadístico y el cálculo de la velocidad de penetración en los triconos corridos de enero a
junio del presente año.
De los análisis de desgaste, se pudo concluir que los triconos fallan por
problemas en los insertos y en los rodamientos. En el primer caso originado
principalmente por el tipo de terreno, mientras que en el segundo caso, por deficiencia de
aire para evacuar los detritus del fondo del taladro.
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Por medio de las pruebas de aire y peso, pudimos comprobar que hay
problemas, los cuales se pueden arreglar modificando los parámetros. Conociendo las
condiciones mecánicas y operacionales de la máquinas, se adecuaron los parámetros de
acuerdo al tipo de terreno (mineral y lastre).
Se procedió a estandarizar los parámetros de operación para cada perforadora,
de acuerdo a su estado. Luego, se midieron las velocidades de penetración en cada
terreno, y así poder seleccionar las herramientas de perforación más adecuadas.
Para hallar el Costo Total de Perforación, se utilizó la fórmula de TDC, donde
interviene el precio del tricono, los metros recorridos, el costo horario de la perforadora y
la velocidad de penetración.
Podemos concluir entonces que para reducir costos, y mejorar la productividad
en las perforadoras, es necesario jugar con la velocidad de penetración, pero tratando
de cuidar las herramientas, ya que se pude interpretar mal el concepto de incrementar la
velocidad, forzando el equipo y las herramientas.
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CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
.
El principal problema del área de perforación de Mina Sur son los elevados
costos de operación y la poca eficiencia de los equipos y herramientas de perforación.
Hay una deficiencia muy grande en el mantenimiento de los equipos de perforación, por
la falta y caducidad de repuestos debido a su antigüedad. Además, el tipo de terreno que
se presenta es muy difícil de perforar por la presencia de bolones y abundante arena y
arcillas (gravas) que con el agua forman un barro que perjudica el desempeño del
tricono.
Todo se manifiesta en una baja productividad, que en perforación se refiere a la
Velocidad de Penetración. Quiere decir que nos toma más tiempo del debido en perforar
un taladro.
Es por ello que se realizó una investigación, en base a la siguiente pregunta:
¿Como se relaciona la productividad y el control de costos, con la Velocidad de
Penetración?
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Así también se deseaba saber que influencia tiene la Velocidad de Penetración
sobre el Costo Total de Perforación. Y de cómo afecta en la productividad en el área de
perforación de Mina Sur.
1.2. JUSTIFICACIÓN .
Anteriormente, en la mayoría de operaciones mineras, no se le da mucha
importancia a la perforación, porque se pensaba que era una actividad simple y que no
requería de mejora alguna. Es por eso que los equipos de Mina Sur no tiene el
adecuado mantenimiento, y son equipos ya desfasados.
Pero, haciendo un análisis muy detallado, se llegó a la conclusión que los costos
de carguío y acarreo disminuían, la eficiencia del chancado aumentaba y se reducían las
voladuras secundarias, gracias a dos factores importantes: Una buena perforación y por
ende una eficiente voladura.
Así mismo, se sabe que dentro de la sarta de perforación, la herramienta más
importante es el Tricono, lo que no quiere decir que las demás herramientas no lo sean.
Cualquier mejora que se haga en la perforación se ve reflejada en el rendimiento del
tricono. Es por ello que el estudio se basa en al análisis y consumo de triconos entre julio
y diciembre de 2001, y de enero a junio del 2002.
1.3. CONTEXTO GENERAL DE LA INVESTIGACIÓN .
La investigación se llevó a cabo en las gravas mineralizadas de Mina Sur,
específicamente en la expansión Sur, con las perforadoras 391(Driltech 1190E) y
392(Ingersoll Rand DMH-100).
Para el desarrollo de nuestra investigación, sólo abarcamos la incidencia de los
triconos, más no de las demás herramientas, debido a que esta herramienta tiene mayor
influencia tanto en la velocidad de penetración, como en el costo total de perforación.
Se realizaron los análisis de desgaste de los triconos dados de baja: 9
7/8”(mineral) y 11”(lastre).
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Se hicieron pruebas de aire y peso, con la finalidad de conocer el estado real de
las perforadoras:391(lastre) y 392 (mineral), con equipos especiales proporcionados por
la empresa Baker Hughes Chile Ltda.
Se trabajó con un velocidad de rotación de 100 rpm. Este parámetro se obtuvo
después de muchas pruebas y seguimientos, además no se presentaron problemas en
los cabezales de rotación.
Se halló el Costo Horario para cada perforadora, y se analizaron cada uno de los
elementos que intervienen en el cálculo.
Posteriormente se realizó una comparación de la productividad, en base a
información estadística de los metros perforados en el período julio-diciembre 2001 y
enero-junio 2002, y se analizó la influencia de la Velocidad de Penetración.
Finalmente, se relacionó la Velocidad de Penetración, el recorrido (m) y el costo
total de perforación, en base a regresiones polinómicas, para la obtención de los
parámetros (metros y velocidad de penetración) mínimos requeridos.
1.4. VARIABLES QUE INTERVIENEN EN LA PERFORACIÓN .
De acuerdo al estudio y seguimiento en las perforadoras, se determinó que las
variables que afectan directamente en la perforación son:
Empuje o Pulldown (libras): Peso aplicado al tricono para vencer la resistencia de la
roca.
Velocidad de Rotación (rpm): Es la rapidez con que gira la columna de perforación,
que se traduce en revoluciones por minuto.
Caudal de Aire (Capacidad del Compresor): Se mide en CFM (pies cúbicos por
minuto), vendría a ser el volumen de aire que circula por minuto.
Velocidad de Barrido del Aire (ft/min): Es la rapidez con que sale el aire al exterior.
Tipo de Tricono (insertos): Puede ser de dientes o insertos. A su vez los triconos de
insertos pueden ser para terrenos blandos, medios y duros.
También debemos incluir la Velocidad de Penetración, para el análisis del Costo
Total de Perforación.
1.5. OBJETIVOS
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Mejorar el rendimiento de los equipos de Mina Sur.
Lograr un performance óptimo de los diferentes accesorios.
Mejorar el rendimiento de los equipos de perforación, con los recursos disponibles y
modificando los parámetros de perforación.
Trabajar con un Costo Total de Perforación, para llevar un control más exacto. Así
como tener un record de velocidad de penetración para cada tipo de terreno.
Demostrar que un aumento en la Velocidad de Penetración significa menor costo de
perforación y mayor aprovechamiento de las perforadoras y herramientas.
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CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO
2.1. FUNDAMENTOS DE LA PERFORACIÓN ROTATIVA CON TRICONOS .
2.1.1. INTRODUCCIÓN .
La apertura de grandes explotaciones de carbón a cielo abierto, y la
aparición de un explosivo a granel barato y de gran eficiencia energética como el
ANFO, impulsaron a los fabricantes de perforadoras a diseñar equipos de gran
capacidad. Simultáneamente se comenzaron a utilizar en forma generalizada en
la minería los triconos o brocas, así como también el uso de aire comprimido
para evacuar los detritus formados durante la perforación.
Para realizar este método de perforación, se cuenta con las Perforadoras
de Rotación, las cuales constan esencialmente de una fuente de energía, una
conjunto de barras, que transmiten el peso, rotación y el aire de barrido a una
broca con insertos de carburo de tungsteno o dientes de acero.
2.1.2. HERRAMIENTAS DE PERFORACIÓN .
2.1.2.1. Amortiguador o Shock Absorver.
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Esta herramienta es utilizada para controlar y reducir las
vibraciones o sacudidas que se producen durante la perforación.
Al lograr una reducción de vibración, los triconos de rotación
incrementan su rendimiento y recorrido, al mantenerse en contacto con
el terreno con una carga constante, aprovechando mejor la energía.
2.1.2.2. Adaptador.
Se usan específicamente para cuidar la conexión o hilos del
amortiguador de impacto, ya que si los hilos de éste se dañaran por el
acople y desacople de las barras, resulta más económico reemplazar un
adaptador que un amortiguador. También es usado para la conexión de
barras, de acuerdo al tipo ( Box-Pin).
2.1.2.3. Barras de Perforación.
Consiste en una dispositivo alargado y cilíndrico, de acero aleado
y tratamiento térmico integral. En su interior, y a lo largo de todo su
recorrido, cuenta con una perforación central estándar (tubería), que
permite el paso del aire, agua y aceite hacia el estabilizador y el tricono.
Las barras de perforación, a parte de ser una conexión mecánica
entre la perforadora y el tricono, tiene las siguientes funciones:
Transmitir el peso y rotación del cabezal de rotación a la broca.
Transmitir el aire y agua al tricono para su refrigeración.
Conduce el aire necesario para evacuar los detritus.
2.1.2.4. Estabilizador.
Esta herramienta tiene como principal función mantener centrada
la acción de la broca o tricono en el taladro. Hace posible que la fuerza o
energía axial se utilice de la manera más efectiva. El diámetro del
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estabilizador debe ser igual o ⅛” más pequeño que el diámetro de la
broca.
Mantiene la verticalidad de la perforación, evitando el movimiento
lateral y bamboleo. Existen dos tipos de estabilizadores, dependiendo de
la dureza del terreno a perforar: Estabilizador Giratorio (terreno duro) y
Estabilizador de Rodillos o Lainas (terreno suave).
2.1.2.5. Tricono o Broca.
Es la herramienta de perforación más importante, ya que es ésta
la que realiza la perforación, es la que está en contacto con el terreno, y
por ende es donde se presentan los mayores problemas de la
perforación. En la Tabla N° 1 se pueden apreciar las diferentes
herramientas de perforación que se utilizan en Mina Sur.
Tabla 1: Herramientas de Perforación usadas en Mina Sur.
HERRAMIENTA PERFORADORA 391
PERFORADORA 392
PERFORADORA 333
AMORTIGUADOR 18-120-6363 18-120-6363 -------------
ADAPTADOR 9 1/4" x 12" 8 5/8" x 18" 8 5/8" x 12"
BARRAS 9 1/4" x 40' 8 5/8" x 45' 8 5/8" x 30'
ANILLO GUÍA 9 1/4" x 16" 8 5/8" X 15" 8 5/8" X 13"
ESTABILIZADOR
9 1/4" x 10 5/8" x
32" 8 5/8" x 9 7/8" x 32" 8 5/8" x 9 7/8" x 32"
TRICONO BH-71C ( 11" Ø) BH-71C ( 9 7/8" Ø ) BH-71C ( 9 7/8" Ø)
Fuente: Baker Hughes Chile Ltda.
En las siguientes figures, se pueden observar las diferentes herramientas usadas
en Mina Sur.
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2.1.3. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LAS PERFORADORAS ROTATIVAS .
2.1.3.1. Sistema de Rotación.
Con el fin de hacer girar las barras y transmitir el par, las
perforadoras llevan un sistema de rotación montado generalmente sobre
un bastidor o cabezal que se desliza a lo largo del mástil de la
perforadora.
El sistema de rotación directo puede estar constituido por un
motor eléctrico o hidráulico. El primero, es el más utilizado en las
máquinas grandes, pues aprovecha la gran facilidad de regulación de
los motores de corriente continua, en un intervalo de 0 a 100 R.P.M.
2.1.3.2. Sistema de Empuje y Elevación.
Para obtener una buena velocidad de penetración en la roca es
preciso un determinado empuje que depende tanto de la resistencia
de la roca como del diámetro del barreno que se pretende perforar.
Como el peso de las barras no es suficiente para obtener la carga
precisa, se hace necesario aplicar fuerzas adicionales que suelen
transmitirse casi exclusivamente a través de energía hidráulica.
El peso de todo el conjunto de la máquina actúa como reacción
contra el empuje aplicado a la broca, de donde se deduce que el peso de
la perforadora debe ser superior y normalmente el doble de la carga
máxima que se pretende conseguir.
2.1.3.3. Compresores.
En los compresores de tornillo, que es el que usan las
perforadoras la presión del aire se consigue por la interacción de dos
rotores helicoidales que engranan entre sí, uno macho de cuatro lóbulos
y otro hembra de seis canales.
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El aire penetra por el espacio formado por los dos rotores y la
carcasa. A medida que los rotores se mueven el aire queda encerrado y
comienza a disminuir el volumen donde se aloja. Se inyecta aceite para
sellar la cámara de compresión y disminuir la temperatura.
Paulatinamente, el espacio ocupado por el aire y el aceite se desplaza
disminuyendo su volumen hasta que se descarga en el recipiente
separador de aceite.
La separación del aceite se lleva a cabo primero, por gravedad
en el interior de un caldero y después, con filtros de lana de vidrio. A
continuación, el aceite se enfría y se filtra antes de volverlo a recircular.
2.1.3.4. Otros Elementos:
Mástil: Por donde se desplaza la columna de perforación, por
medio de esta estructura se traslada el flujo hidráulico de las
bombas, así como las mangas que transportan el aire
comprimido.
Cambiador de Barras: Para cuando se necesite perforar con
dos o más barras.
Cabina de Mando: Presurizada, aire acondicionado y con
amplia visibilidad.
Eliminación de Polvo: Puede ser por medios húmedos o
secos.
Nivelación: Cuenta con tres o cuatro gatos hidráulicos para
poder trabajar lo más nivelado posible y evitar que se doblen
las barras.
Inyección de Aceite o Grasa: Para la lubricación del tricono, y
viaja a través de toda la sarta.
En las siguientes figuras, se pueden apreciar los sistemas hidráulico, de
rotación, de aire y las cadenas de avance de las perforadoras.
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2.1.4. PRÁCTICAS OPERATIVAS , VARIABLES DE PERFORACIÓN .
Existen una serie de parámetros o prácticas operativas dentro de la
perforación, con la finalidad de realizar esta actividad con el mayor rendimiento
de las máquinas y herramientas, con un bajo costo operativo. Las variables
internas que intervienen en la perforación rotativa son:
Empuje sobre la broca.
Velocidad de Rotación.
Desgaste de la broca.
Caudal de aire para la evacuación del detritus.
Las variables externas son las siguientes:
Características resistentes de la formación rocosa.
Eficiencia de la máquina y del operador.
2.1.4.1. Empuje sobre la Roca.
El sistema aplicado sobre la broca debe ser suficiente para
vencer la resistencia a la compresión de la roca, pero no debe ser
excesivo para evitar fallos prematuros o anormales del tricono.
La velocidad de penetración aumenta proporcionalmente con el
empuje, hasta que se llega a un agarrotamiento del tricono contra la roca
por efecto del enterramiento de los dientes o insertos, o hasta que por la
alta velocidad de penetración y el gran volumen de detritus que se
produce no se limpia adecuadamente el taladro.
En formaciones duras, un empuje elevado sobre la roca puede
producir roturas de los insertos antes de presentarse un estacamiento o
un defecto de limpieza.
Cuando se perfora una roca, los triconos pueden trabajar en tres
situaciones distintas:
a) Empuje insuficiente.
b) Avance eficiente, y
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c) Enterramiento del tricono.
2.1.4.2. Velocidad de Rotación.
La velocidad de penetración aumenta con la velocidad de
rotación en una proporción menor que la unidad, hasta el límite impuesto
por la evacuación de detritus.
Las velocidades de rotación varían desde 60 a 120 RPM para los
triconos con dientes de acero, y de 50 a 80 RPM para los triconos de
insertos de carburo de tungsteno.
Tabla 2: Velocidades de Rotación de acuerdo al Tipo de Roca.
TIPO DE ROCAVELOCIDAD DE
ROTACIÓN (R.P.M.)
BLANDA
MEDIA
DURA
75 – 160
60 – 80
35 – 70
Fuente: Manual de Perforación y Voladuras de Rocas. López Jimeno, C.
El límite de la velocidad de rotación está fijada por el desgaste de
los cojinetes, que a su vez depende del empuje, de la limpieza del
taladro y la temperatura; y por la rotura de insertos que es provocada por
el impacto del tricono contra la roca.
2.1.4.3. Caudal de Aire.
Cuando la perforación se efectúa con menos aire que el
necesario para limpiar con efectividad el taladro, se producen los
siguientes efectos negativos:
Disminución de la velocidad de penetración.
Aumento del empuje necesario para perforar.
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Incremento de las averías de la perforadora, debido al sobresfuerzo.
Aumento del desgaste en el estabilizador, barra y tricono.
2.1.5. VELOCIDAD DE PENETRACIÓN .
La velocidad de penetración depende de muchos factores externos:
características geológicas, propiedades físicas de las rocas, distribución de
tensiones, etc. Esto hace que la determinación de la velocidad de penetración,
sea un poco complicado.
Existen dos procedimientos para la determinación de la velocidad de
penetración:
Recopilación de muestras representativas y realización de ensayos a escala
por los fabricantes de triconos; los cuales emiten un informe donde se indica
lo siguiente; tipo de tricono deseado, empuje y velocidad de rotación
aconsejados, velocidad de penetración estimada y duración estimada del
tricono.
Cálculo de la velocidad de penetración a partir de la resistencia a la
compresión simple de la roca.
Debido al tipo de contrato que se tiene con la empresa CODELCO, la
empresa Baker Hughes Chile Ltda. lleva un control de velocidad de penetración
del tricono, en base a la siguiente expresión:
Donde:
Vp = Velocidad de Penetración (m/h)
RT = Recorrido del tricono (m)
HE = Horas efectivas perforadas.
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Este control no toma en cuenta muchas variables, pero se tiene
velocidades de penetración estándar de acuerdo al tipo de terreno (mineral y
desmonte).
2.2. TRICONOS .
El trabajo de un tricono se basa en la combinación de dos acciones:
Indentación: Los dientes o insertos del tricono penetran en la roca debido al
empuje sobre la roca. Este mecanismo equivale a la trituración de la roca,
Corte: Los fragmentos de roca se forma debido al movimiento lateral de
desgarre de los conos al girar sobre el fondo del taladro.
2.2.1. Elementos Constitutivos y Criterios de Diseño.
2.2.1.1. Conos.
Los parámetros de diseño de los conos son los que se exponen
a continuación:
i. Ángulo del Eje del Cono: Este ángulo determina el diámetro del cono
de acuerdo con el diámetro del barreno. Si aumenta el ángulo el
diámetro del cono debe disminuir, y recíprocamente.
ii. Ángulo del Cono: Este ángulo es inversamente proporcional al ángulo
del eje del cono, de forma que cuando éste aumenta el ángulo del
cono debe disminuir para evitar la interferencia de conos.
iii. Longitud de los Insertos: En un tricono de insertos la longitud de éstos
está definida generalmente por el tipo de terreno.
iv. Espesor del Cono: Se debe disponer de un espesor mínimo para
asegurar la resistencia estructural del cono. El espesor está
determinado por el tamaño de los cojinetes.
2.2.1.2. Rodamientos.
Existen dos tipos de rodamientos en los tricono son:
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Bolas y Rodillos.
Rodamientos planos con lubricación.
La pista de rodillos aguanta la mayor parte de la carga radial en
el cono, mientras que los cojinetes lo hacen en una pequeña parte.
Mientras que la pista de bolas mantiene el cono en
funcionamiento y soporta el empuje hacia el interior.
2.2.1.3. Cuerpo del Tricono.
El cuerpo del tricono está conformado por de tres partes
idénticas que se denominan cabeza. Cada cabeza contiene un cojinete
integral sobre el cual se inserta el cono y también los conductos a través
de los cuales circula el fluido de barrido para limpiar los detritus de
perforación.
2.2.2. Tipos de Triconos.
2.2.2.1. Triconos de Dientes.
Estos triconos, tienen dientes de acero, aserrados del mismo
cuerpo del cono, y que tienen un recubrimiento (hardfacing) de carburo
de tungsteno.
2.2.2.2. Triconos de Insertos.
En lugar de dientes, estos triconos, tienen insertos de carburo
de tungsteno, que son colocados a presión en el cono. Estos insertos
tienen una variedad de formas, según el tipo de terreno en el cual van a
trabajar. Los diferentes modelos de triconos según la empresa Baker
Hughes son:
i. Serie 40, tiene insertos alargados del tipo scoop , super-scoop y
cónicos, con una separación amplia entre insertos, para obtener una
mayor penetración en formaciones suaves.
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ii. Serie 50, tiene insertos con amplia separación entre si, del tipo chisel
y cónicos. Trabaja en formaciones suaves y medianas.
iii. Serie 60, posee insertos con una separación moderada, del tipo chisel
y cónicos. La proyección de los insertos también es moderada.
Utilizados en formaciones medias.
iv. Serie 70, caracterizado por insertos del tipo cónico, de mediana
separación. Usado en formaciones duras.
v. Serie 80, estos triconos tienen insertos ovoides, con una mínima
separación. Utilizado en formaciones muy duras.
Los triconos de dientes tienen la ventaja de su bajo costo, pues
valen la quinta parte que uno de insertos. Sin embargo, las ventajas de
los triconos de insertos son:
Mantienen la velocidad de penetración durante la vida del tricono.
Requieren menos empuje para conseguir una velocidad de
penetración.
Precisan menos par, disminuyen las tensiones sobre los motores de
rotación.
Reducen las vibraciones.
Disminuye el desgaste sobre el estabilizador y la barra porque los
insertos de carburo de tungsteno mantienen el diámetro del tricono.
Producen menos pérdidas de tiempo por cambio de brocas y
menores daños de los hilos de conexión.
2.2.3. Boquillas o Nozzles.
Los triconos se diseñan para que una parte del aire, que
aproximadamente es un 20%, se aproveche para la refrigeración y limpieza de
los cojinetes. El resto de aire pasa a través de una boquillas o “nozzles”, con el
fin de limpiar los conos dentados y producir la turbulencia necesaria para iniciar
la elevación de los detritus a través del espacio anular.
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2.3. USO DEL AIRE EN LA PERFORACIÓN ROTATIVA .
El aire es un factor crítico en el desempeño de la broca de perforación rotativa.
Sin el flujo apropiado de aire, estas brocas no operan eficientemente. Los rodamientos
deben mantenerse limpios y refrigerados de los fragmentos de roca, producto de la
trituración de la misma, si estos detritus no son soplados y desalojados del fondo del
taladro, provocan un daño prematuro en el tricono, y por ende un aumento del costo de
perforación.
2.3.1. Teoría del Aire.
El aire, puede utilizarse como agente motriz. Para ello es necesario que
se comprima, es decir, que tenga una presión mayor que la atmosférica.
La unidad de volumen estándar aceptada para trabajo de compresor y
cálculos es el pie cúbico (ft3), la temperatura estándar es de 70 ºF, y la altitud
estándar es de 0 pies, es decir, el nivel del mar. La presión atmosférica estándar
es de 14,7 psia.
2.3.2. Influencia del Aire en la Perforación Rotativa.
Como se ha mencionado anteriormente el aire comprimido es un factor
primordial para el buen funcionamiento de la perforación. Su importancia es vital
para proveer un flujo necesario con el fin de, por un lado mantener limpios y
refrigerados los rodamientos de la broca, y por otro lado, levantar los detritus de
la roca del fondo del taladro y finalmente evacuarlos por el espacio anular
formado entre las paredes del pozo y la barra de perforación.
2.3.2.1. Limpieza y Refrigeración de Rodamientos.
Al hacer rotar los rodamientos bajo cierto peso, se genera calor y
es esta acumulación de calor lo que origina el degeneramiento termal del
metal del rodamiento.
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El aire utilizado en la limpieza y refrigeración de los rodamientos
de la broca es desviado hacia los mismos por tres tomadores de aire (uno
por cada cono) ubicados en el interior de la broca. Con un buen suministro
de aire en los rodamientos se evitan una serie de problemas, como:
2.3.2.2. Evacuación del Cutting o Detritus.
El aire que no es conducido por los tomadores de aire hacia el
interior de los conos, pasa a través de las toberas o nozzles, los cuales
tienen la función de restringir el paso de aire con el fin de aumentar la
presión y llevarlo con estas nuevas condiciones hacia el exterior de la
broca, hacia el fondo del taladro.
El aire que pasa por los nozzles cumple dos funciones, las cuales
fueron enunciadas anteriormente en forma separada, estas son las de
levantar o despegar el material fragmentado del fondo del pozo y evacuar,
finalmente el mismo material o cutting hacia el exterior.
La primera función, la de levantar las partículas fragmentadas del
fondo del pozo, es lograda mediante la presión que ejerce el aire al chocar
con el fondo del taladro, es decir, se crea un verdadero golpe de aire, el
que, junto con el efecto escariador de los insertos de la broca, provoca que
los detritus se despeguen del fondo.
Una presión insuficiente de aire, provoca da por una sobre
dimensión en el diámetro de los nozzles, no se logrará que el material
fragmentado sea levantado del fondo del taladro, por lo que seguirá
triturándose hasta alcanzar un tamaño tal que sea lo suficientemente
liviano como para poder ser levantado y posteriormente evacuado. Cabe
mencionar que una sobre dimensión en el diámetro de los nozzles, puede
ocasionar además, el cierre de la Válvula de Descarga del Depósito
Receptor del compresor, lo cual dejará sin caudal de aire a la broca, hasta
que se alcance la presión mínima necesaria del tanque receptor.
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La segunda función, la de evacuar el material fragmentado que se
ha logrado despegar del suelo, está directamente relacionado con el
caudal de aire que sale por los nozzles o boquillas y la velocidad que éste
lleva.
2.3.2.3. Caudal de Aire.
El caudal de aire pasa por los nozzles y finalmente viaja a través
del espacio anular, formado por la paredes del pozo y la barra de
perforación, va a estar directamente relacionado con la capacidad del
compresor dispuesto en la perforadora y las condiciones geográficas y
térmicas de la zona.
2.3.2.4. Velocidad del Aire.
La velocidad que lleva el aire al salir por los nozzles y recorrer el
espacio anular, está directamente relacionada con el caudal de aire, e
inversamente relacionada con el área por el cual pasará dicho aire, todo lo
cual se expresa físicamente en la siguiente fórmula:
Donde:
Q = Caudal de Aire.
A = área.
V = Velocidad del Aire.
Como se explico anteriormente, la velocidad del aire es la
responsable directa de la evacuación de las partículas fragmentadas de
roca o cutting. Para ello debe ser capaz de tomar la partícula que ha sido
triturada y despegarla del fondo del taladro con el fin de transportarla en
su caudal hacia fuera del taladro.
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Para levantar una partícula de material mediante un flujo de aire
cualquiera, la velocidad del dicho flujo debe ser mayor que la velocidad
de sedimentación de la partícula, es decir, mayor a la velocidad con que
la partícula cae en forma libre al fondo del pozo.
2.3.2.5. Velocidad de Sedimentación de una Partícula.
Los fragmentos de roca que conforman el cutting, caen a través
del aire a velocidades dependientes de la densidad de la partícula,
diámetro de la misma y densidad del aire.
Para el cálculo de la velocidad de sedimentación se utiliza la
ecuación de Walker y Mays, y está soportada para partículas de
geometría esférica.
Donde:
Vt : Velocidad de Sedimentación Terminal de Partícula
(pie/seg).
G : Gravedad (pie/seg2)
Dp : Diámetro de la Partícula (pies).
Ρp : Densidad de la Partícula (lib./pie cúbico).
Ρa : Densidad del Aire (lib./pie cúbico).
Es necesario resaltar que, en la medida que aumenta la altura
geográfica, disminuye la densidad del aire, por lo tanto, la velocidad de
sedimentación de partícula aumentará.
2.3.2.6. Graduación Altura / Temperatura del Compresor.
26
Debido a que la densidad del aire es menor al aumentar la altura,
a los compresores se les debe reducir la capacidad nominal de aire
aspirado.
La graduación del compresor en altura debe ser realizada
utilizando el Factor A/T, entonces la potencia de aire aspirado por el
compresor dado por el fabricante, SCFM, debe ser dividida por el Factor
A/T.
2.3.2.7. Caudal de Descarga en Condiciones Estándar (dSCFM).
Una vez que el aire ha atravesado la máquina y ha sido
comprimido, las medidas de temperatura y presión determinan los pies
cúbicos por minuto estándar entregados, dSCFM. Esta medida depende
del tamaño del nozzle o placa de orificio (cuando se realiza la prueba),
puesto que tamaños distintos en las placas, necesariamente otorgan
diferentes temperaturas y presiones de aire.
El dSCFM se calcula con la siguiente ecuación:
Donde;
A : Área del Orificio de Prueba (pulgadas2).
C : Coeficiente de Flujo (0,783 para nuestro caso).
P : Presión en el indicador de herramienta de prueba +
14,7 psi.
T : Temperatura del aire en la herramienta + 459,7 ºF.
27
2.4. PRODUCTIVIDAD Y COSTO TOTAL DE PERFORACIÓN .
2.4.1. INTRODUCCIÓN .
Productividad implica medición, que a su vez, es un paso en el proceso
de control. Aunque existiendo unanimidad en torno a mejorarla, ésta no está
definida en lo que respecta a las causas fundamentales del problema.
Algunos problemas en la productividad se pueden presentar de la siguiente
forma:
Personal poco capacitado con respecto a la totalidad que labora.
Baja inversión en la investigación.
Regulación del gobierno.
Para nuestro caso, la productividad es un indicativo de rendimiento del
área de perforación.
Por otro lado, es conveniente llevar, además del rendimiento de los
equipos y herramientas, un control de costos, que para nosotros sería el Costo
Total de Perforación. Este control nos permitirá saber con más exactitud cuanto
cuesta perforar un metro con el equipo y las herramientas que se tiene en la
actualidad.
2.4.2. DEFINICIÓN DE PRODUCTIVIDAD .
La productividad se define como: “La razón de Insumos y Resultados
(productos) dentro de un lapso de tiempo con la debida consideración por
la calidad”.
Como resultado de esta expresión representativa de la productividad se
puede decir que:
Aumentando los resultados con los mismos insumos se mejora la
productividad.
28
Disminuyendo los insumos manteniendo la producción, mejora la
productividad.
Aumentando la producción y disminuyendo los insumos, se mejora la
productividad.
Existe otra manera más sencilla de definir productividad, que se refiere a
la relación de entradas y las salidas de un sistema productivo.
2.4.3. PRODUCTIVIDAD EN EL ÁREA DE PERFORACIÓN .
Para nuestro caso, en el área de perforación, la productividad se mide
mediante la velocidad de penetración, es decir en los metros perforados por hora
efectiva de trabajo (Toma en cuenta el descuento de paralizaciones, movimiento
de equipo, etc).
Donde:
Vp = Velocidad de Penetración (m/h)
RT = Recorrido del tricono (m)
HE = Horas efectivas perforadas*.
A su vez, las horas efectivas de perforación se determinan de la
siguiente expresión:
Donde:
29
TE = Tiempo Total de Perforación (min).
TA-D = Tiempo de Acople y Desacople de Barras (min).
TM = Tiempo de Movimiento (min).
2.4.4. COSTO TOTAL DE PERFORACIÓN (T.D.C.)
Es de conocimiento general, que la perforación rotatoria de pozos para
voladura de gran diámetro en la minería a tajo abierto representa un porcentaje
importante en el costo total de producción.
Los factores de mayor relevancia en la composición de estos costos, los
constituyen todos aquellos relacionados con el costo de operación horaria de las
máquinas perforadoras , tales como:
Energía (en el caso de perforadoras eléctricas)
Sueldos de los operadores.
Combustibles (en caso de perforadoras diésel).
Repuestos, lubricantes, mantenimiento, etc.
2.4.4.1. Estructura del Costo de Perforación.
Hablar de la evaluación de gastos, es referirse a la velocidad de
penetración (ROP) y a los metros perforados por la tricono, ya que estos
dos parámetros inciden fundamentalmente en la perforación.
Todo análisis para determinar el costo por metro perforado, debe
realizarse en base a los factores mencionados anteriormente, mediante
la siguiente fórmula:
(1)
Donde,
30
Costo del elemento de corte:
(2)
Donde,
B : Costo del tricono puesto en terreno [ US$ ].
M : Metros perforados por el tricono [ m ].
El precio ( B ) del tricono es diferente para cada empresa, ya que
se obtiene al ponderar el precio lista ofrecido por el fabricante por un
factor que depende fundamentalmente de la situación geográfica de los
proveedores, gravámenes e impuestos que debe tributar cada
consumidor, según sea el tipo, marca y diámetro. Por lo anterior, este
factor no es estándar para los fabricantes.
Costo de la Operación de Perforación:
(3)
Donde:
D : Costo horario del equipo [ US$ / hr ].
T : Tiempo de operación del tricono [ hr ].
M : Metros perforados por el tricono [ m ].
2.4.4.2. Definición del Costo Horario del Equipo de Perforación.
El costo horario ( D ) de cualquier equipo está dado por:
(4)
31
Donde:
CI: Costos indirectos [ US$/hr ].
CD: Costos directos [ US$/hr ].
i. Costos directos: Dependiendo del sistema de costos que
adopte cada empresa, se pueden determinar los costos
directos del equipo por hora, para un periodo determinado a
través de:
(5)
Donde:
di :Costos directos [ US$ ].
Hi :Horas de trabajo [ hr ].
Costo de la mano de obra: Se refiere a los sueldos y jornales
pagados al operario y ayudante.
Costos Relacionados con la Mano de Obra: Incluye bonos,
turno Noche, asignaciones familiares, leyes sociales,
sobretiempo, etc.
Costo de energía: Expresados a través de:
(6)
32
Costo de acero: Dice relación con Barras de perforación,
amortiguadores, sustitutos, estabilizadores, adaptadores,
anillo guía, etc.
Costo de mantención y reparación: Este tipo de costos
involucra: mano de obra, repuestos, lubricantes, etc.
Costos Prorrateables: Engloba los costos generales de la
mina.
ii. Costos indirectos.
Costo de posesión, es determinado por:
(7)
Donde:
A : Corresponde al valor del equipo actualizado a la
fecha [ US$ ].
Crf : Factor de recuperación del capital para i y n dados.
I : Tasa de interés.
N : Vida útil del equipo.
Costo de supervisión.
Costo de inventario y bodegaje.
Costo de impuesto y depreciación.
Costo de capitalización y seguros.
2.4.5. COSTO TOTAL DE PERFORACIÓN .
(8)
33
(9)
(10)
2.4.6. IMPORTANCIA DE LA PENETRACIÓN EN LA OBTENCIÓN DEL
COSTO MÍNIMO.
De ecuación anterior se tiene:
(11)
Acomodando “ T ” en el denominador de la ecuación anterior, se
obtiene:
(12)
Pero (M/T) se denomina velocidad de penetración y se denota
con la letra “ P”, luego al reemplazar en la ecuación anterior, se obtiene:
(13)
Luego, de la ecuación anterior se concluye que:
(14)
34
El costo es una función de los metros perforados y de la
velocidad de penetración en la faena. Esto quiere decir que, a
mayor penetración o metraje, el costo será menor, ya que la
economía de la perforación es más influenciable por lo que hace
el tricono en términos de metros y horas trabajadas que por su
propio costo.
2.4.7. FACTORES OPERACIONALES QUE AFECTAN LA PRODUCTIVIDAD
EN EL ÁREA DE PERFORACIÓN DE MINA SUR .
Antigüedad de los equipos.
Disponibilidad.
Baja Confiabilidad de los Equipos.
Incumplimientos de Programas de Mantención.
Falta de repuestos debido principalmente a máquinas discontinuadas.
Insumos (cables, aceites, grasas, etc)
Estrechez del área de trabajo.
Eventual falta de estacado.
Agua sobre cortes de expansión.
Traslado de equipo de un frente de trabajo a otro.
Alto consumo de acero de perforación por detalles mecánicos.
Pernos que no ofrecen seguridad al carro provocando altas vibraciones, que
provocan inestabilidad en la barra, y por ende, la pérdida de los hilos de ésta.
También se dañan los hilos de la barra de acople.
Inexperiencia en el área de mantenimiento electro-mecánica.
Demoras en el abastecimiento de herramientas de perforación
(estabilizadores, brocas, etc).
35
CAPÍTULO III: ÁMBITO DE ESTUDIO
3.1.BREVE HISTORIA DEL YACIMIENTO .
La campaña de sondajes iniciada en 1957, dio como resultado la formación de la
Compañía Minera Exótica S.A., la cual se constituyó en 1967, con la participación de
Codelco en un 25% de las acciones y Anaconda Company en un 75%.
A partir del 16 de Julio de 1971, producto del proceso de nacionalización del
cobre, esta pasó a depender íntegramente de Codelco.
Mina Sur, estuvo mucho tiempo bajo las órdenes de la Gerencia General de
Chuquicamata, y los departamentos de Geología, Geotécnia y de Planeamiento, se
hacía desde las oficinas de la División Chuquicamata.
Años más tarde, el negocio de Mina Sur, pertenece a la Subgerencia Mina Sur -
Óxidos, dependiente de la Gerencia General de la División Chuquicamata de Codelco
Chile, cuenta con una dotación de 223 colaboradores.
Actualmente, las divisiones de Codelco, se han fusionado en un Mega Complejo
Minero, denominado CODELCO NORTE, que incorpora los divisiones Chuquicamata,
Radomiro Tomic y Mina Sur.
36
El movimiento de la mina promedio es de 130.000 toneladas por día (entre
mineral y lastre), con una meta anual de aproximadamente 50 millones de toneladas, de
las cuales aproximadamente 8 millones corresponden a mineral oxidado de cobre con
una ley promedio de 1.70 CuT.
Su vida económica se extendería hasta el año 2003 con un aporte para el
período 2000-2003 de 280.000 TCuf. La figura N° 1 muestra el Pit actual de Mina Sur.
3.2.UBICACIÓN Y ACCESIBILIDAD.
El Yacimiento Exótico de Mina Sur, se encuentra en la Segunda Región, Región
de Antofagasta. Ubicado a una altura media de 2.474 m.s.n.m., donde el área de la Mina
se encuentra a 2 kilómetros al sur del Mega Pórfido de Chuquicamata y a 12 kilómetros
al norte de la ciudad de Calama. El acceso al yacimiento se realiza por el camino que
une a las ciudades de Calama y Chuquicamata, a la altura del kilómetro 9, en un desvío
hacia el Este, que en un tramo de 2 kilómetros nos conduce a las oficinas de Mina Sur.
En la figura Nº 2 se muestra la ubicación del pit de Mina Sur, y específicamente la
ubicación del nuevo complejo minero Codelco Norte.
3.3.CLIMA, FAUNA Y VEGETACIÓN .
El clima de esta zona corresponde al tipo “continental”, extremadamente seco y
prácticamente carente de precipitaciones durante el año, a excepción de las que suelen
ocurrir entre los meses de Enero y Febrero, durante el denominado “Invierno
Boliviano”. La temperatura media anual es de 22.8 °C, con variaciones en el día entre los
8° y 25°, aunque durante las noches de invierno la temperatura desciende hasta los 7°
bajo cero.
Por situarse en una zona cordillerana, la fauna y vegetación es escasa y cercana
a los cursos de agua. Como principal elemento hidrográfico, la región cuenta con el Río
Loa que es el más grande de Chile en longitud. Otros importantes afluentes son San
Pedro y Salado.
37
38
39
3.4.MODELO GEOLÓGICO DEL YACIMIENTO .
En el contexto global este yacimiento exótico conforma un cuerpo lenticular que
se aloja en la zona de contacto entre la parte basal de las gravas terciarias y el
basamento metamórfico paleozoico. Nace en la cabecera de un paleodrenaje situado en
el divorcio de las aguas de la parte central del pórfido de Chuquicamata y desciende
hacia el sur a través de esta paleoquebrada que tiene 400 metros de ancho y 2 Km. de
largo con una inclinación de 3 a 7 grados. La mineralización se presenta tanto en gravas
como en roca fundamental siendo la grava la que aloja el mineral predominante en los
sectores más alejados del tajo hacia el sureste. Los óxidos de cobre que constituyen la
mena son en orden de importancia Crisocola, "Copper Wad" y Atacamita.
3.4.1. Rocas de Basamento.
El zócalo en el sector de la mina corresponde a un complejo de rocas
metamórficas paleozoicas puestas en contacto por la Falla Oeste con una
secuencia de rocas estratificadas volcánicas mesozoicas. Las rocas
metamórficas presentan alteración propilítica representadas por la asociación
calcita, clorita y epidota.
3.4.2. Depósitos Sedimentarios.
En el área de la Mina Sur se puede diferenciar en la cubierta
sedimentaria la Grava Fortuna, la cual cubre la mayor parte de la región de la
mina, y la Grava Exótica, la cual ocurre solamente en la parte norte y oriental
del "pit" actual.
3.4.2.1. Grava Fortuna.
Tiene un espesor de hasta 220 metros, en el área de la mina. La
cementación es suave e irregular, pero cerca del contacto con la roca
fundamental, un cemento con yeso y minerales oxidados de cobre han
convertido la grava en un conglomerado duro y compacto.
40
3.4.2.2. Grava Exótica.
La secuencia sedimentaria de Grava Exótica alcanza un espesor
de cerca de 150 metros y se acuña hacia el sur bajo la Grava Fortuna y
tiende a rellenar fracturas y depresiones de la roca fundamental en el
sector norte de la mina .
3.4.3. Descripción de la Geología del Yacimiento.
Las Unidades Geológicas de Mina Sur y sus respectivas densidades se
presentan en la Tabla N° 3.
Tabla 3: Unidades Geológicas de Mina Sur.
Unidad CódigosAlfabéticos
Densidad(Ton/m3)
Grava Estéril GES 2.06
Grava Fresca Fortuna GFF 2.32
Grava Exótica GEX 2.32 (*)
Grava Semiterrosa GST 2.32 (*)
Grava Achocolatada GAC 2.32 (*)
Grava Transición GTR 2.17 (*)
Grava Terrosa GTE 2.17 (*)
Grava Alterada GAL 2.17
Roca Estéril RES 2.75
Roca Máfica RMA 2.75
Roca Granítica RGR 2.75
Roca Alterada RAL 2.75
Fuente: Departamento Geología Mina Sur.
(*) Unidades Geológicas sin datos de ensayos de densidades. Valores
asignados sólo por similitud litológica y mineralización.
41
3.5.MODELO GEOTÉCNICO .
3.5.1. Caracterización Geotécnica y Estructural.
En Mina Sur se reconocen dos ambientes geológicos distintivos. Existe
un basamento Ígneo-metamórfico que está compuesto por varios tipos litológicos
y afectado por un importante número de estructuras.
3.5.1.1. Dominio Basamento.
Comprende todos los tipos litológicos definidos para la roca
fundamental. Presenta un comportamiento de moderada a buena calidad
con GSI de 30-40.
Se reconoce la presencia de un solo dominio estructural para las
rocas del basamento, el cual presenta cuatro tendencias principales que
en orden de importancia son las siguientes: E-W (1), NW-SW (2), NNW-
SSE (3) y NE-SW (4).
3.5.1.2. Dominio Grava.
En las gravas Mina Sur se reconoce un gran número de
discontinuidades, que han sido provocada por procesos de variado
origen. De acuerdo a estos procesos, las discontinuidades son
agrupadas en: Fallamientos, Daño por voladura y Desconfinamiento.
3.5.2. Propiedades de las Gravas, Roca Intacta y Macizo Rocoso.
La caracterización geomecánica incluye la definición de las propiedades
de resistencia y deformabilidad de las distintas unidades geológicas. Para las
rocas se han caracterizado primero, la roca intacta, sobre la base de ensayos de
laboratorio, y luego se ha considerado la escala para estimar las propiedades del
macizo rocoso. Ver Tabla Nº 4.
42
Tabla 4: Propiedades Geomecánicas de las Unidades Geotécnicas de Mina Sur.
Unidad Geotécnica
t/m3
C
Kpa
(º)
MpaE
Mpa
B
Mpa
G
Mpa
Grava Competente 2.25 150(1) 45 0.72 507 0.3 423 195
Grava Competencia Media 2.20 100(1) 43 0.46 122 0.3 268 124
Grava Poco Competente 2.15 40(1) 39 0.17 117 0.3 98 45
Transición (Grava Mineralizada) 2.40 500 40 2.14 1501 0.3 1251 577
Basamento 2.80 640 44 3.02 2111 0.3 1760 812
Roca Alterada 2.57 290 29 0.98 690 0.3 575 265
Fuente: Departamento Geotécnico Mina Sur.
Donde:
: Peso Unitario.
C : Cohesión.
: Angulo de fricción interna.
: Resistencia de compresión no confinada.
E : Módulo de deformabilidad del material de gravas (Modulo
de Young).
: Razón de Poisson.
B : Modulo de deformabilidad volumétrica.
G : Modulo de deformabilidad de Corte.
3.6. HIDROGEOLOGÍA .
Los principales efectos que el agua almacenada en el macizo rocoso de Mina
Sur son: mayor presión intersticial y disminución, tanto de las propiedades físico-
mecánicas de las rocas que componen los taludes, como de los materiales de relleno de
las discontinuidades geológicas.
Los afloramientos de agua en Mina Sur ocurren al interior del yacimiento,
principalmente en las Unidades de Gravas, y de manera muy restringida, en la Unidad de
Rocas.
3.7. UNIDADES OPERATIVAS MINA SUR .
43
3.7.1. Área de Perforación.
Actualmente se cuenta con tres, una dada de baja por Mina
Chuquicamata. Los equipos de perforación son:
Drilltech 1190E #391.
DMH 100 #392.
Driltech DK30 #333.
3.7.2. Área de Voladura.
Los diseños de la voladura se realizan en conjunto con el área de
perforación, área de planeamiento y la empresa Enaex S.A. El carguío del
explosivo se realiza a través de los camiones fábricas de Enaex S.A.
A continuación se dan a conocer los principales parámetros de
perforación y voladura, así como las características del explosivo usado.
Tabla 5: Parámetros de Perforación y Voladura en Grava Fortuna.
Perforación
Diámetro 11 "
Burden 7 m
Espaciamiento 8 m
Profundidad de Pozo 15 m
Altura Banco 13 m
Sobreperforación 2 m
Voladura
Iniciador APD-900
Explosivo EMULTEX 2S
Carga Columna 650 Kg.
Cámara de aire o agua 2 m
Taco 5.5 m de detritus
Factor de carga 380 gr/ton
Retardo entre pozos 65 ms
Retardo entre filas 200 ms
Retardo en el fondo 1200 ms
Fuente: Área de Perforación y Voladura Mina Sur.
44
Tabla 6: Parámetros de Perforación y Voladura en Grava Exótica.
Perforación
Diámetro 9 7/8”"
Burden 6 m
Espaciamiento 8 m
Profundidad de Pozo 15 m
Altura Banco 13 m
Sobreperforación 2 m
Voladura
Iniciador APD-900
Explosivo EMULTEX 2S
Carga Columna 625 Kg.
Cámara de aire o agua 2 m
Taco 5.5 m de detritus
Factor de carga 430 gr/ton
Retardo entre pozos 65 ms
Retardo entre filas 200 ms
Retardo en el fondo 1200 ms
Fuente: Área de Perforación y Voladura Mina Sur.
Tabla 7: Características del Explosivo Emultex 2S.
Explosivo exp VOD Pd R c VgPot.ANFO
En peso En volumen
EMULTEX 2S 1,32 5.500 97 673 7 6" 1.058 0,78 1,25
Fuente: Área de Perforación y Voladura Mina Sur.
Donde:
exp : Densidad del explosivo expresado en (gr/cc).
V.O.D. : Velocidad de Detonación del explosivo expresado en(m/s).
PD : Presión de Detonación del explosivo expresado en(Kbar).
: Energía liberada por el explosivo expresado en (Kcal/kg).
R : Resistencia al agua expresado en (días).
c : Diámetro Crítico expresado en pulgadas.
Vg : Volumen de gases expresado en (L/kg).
Pot.ANFO : Potencia relativa al ANFO.
45
3.7.3. Área de Carguío.
La operación de carguío en Mina Sur se realiza con dos tipos de
equipos:
5 Palas Eléctricas Tradicionales de Cable, de 17, 18 y 28 Yd3.
4 Cargadores Frontales o Payloaders, de los cuales dos tiene
capacidad de 15 yd3 y los restantes de 22 yd3.
3.7.4. Área de Transporte.
El transporte se realiza con los siguientes equipos dados de baja en
Chuquicamata:
WABCO – 170st (9 Unidades).
CAT 195st (17 Unidades).
DRESSER- 205 st (9 Unidades).
3.7.5. Equipos de Apoyo o de Movimiento de Tierras.
Los siguientes son los equipos de apoyo a la producción y movimiento
de tierras son:
4 Tractores Oruga.
3 Tractores sobre neumáticos.
2 Motoniveladoras.
3.7.6. Servicios Generales.
Entre los equipos de servicio que operan en Mina Sur, podemos
encontrar:
- 2 Camiones Regadores.
- 2 Camiones Petroleros, marca Kenworth.
- 2 Camiones Aguadores, marca Kenworth.
46
3.8.UNIVERSO Y/O MUESTRA.
La investigación se basó en el consumo de triconos de las perforadoras 391
(lastre) y 392 (mineral), desde el mes de enero hasta junio del presente año., y del
consumo de julio a diciembre del 2001. Aproximadamente se consumieron unos 40
triconos por semestre.
No se tomaron en cuenta los triconos que fallaron o murieron por fallas
operacionales flagrantes, es decir, triconos que fueron dados de baja con pocos metrajes
(por debajo de los 1000 metros).
47
CAPÍTULO V: METODOLOGÍA
4.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN .
Este trabajo de investigación abarca los siguientes tipos de investigación:
Una parte explicativa, donde se analiza los parámetros que intervienen en la
perforación, que vendrían a ser el pulldown o empuje, el caudal de aire, la presión de
aire en el tricono, la velocidad de rotación.
Y una parte correccional, donde se establece la relación que existe entre la Velocidad
de Perforación con otras variables (Recorrido, Costo Horario de la Perforadora y el
Costo Total de Perforación).
Además, tiene algo de investigación exploratoria, ya que en ninguna división de
Codelco se ha trabajo anteriormente en base a la Velocidad de Penetración.
4.2. HIPÓTESIS .
Para entender las hipótesis u objetivos centrales de la investigación, debemos
remitirnos a las preguntas:
¿Mejoraría el rendimiento de los equipos y las herramientas de perforación solamente
modificando los parámetros de perforación?
48
¿Qué efecto tendría en la productividad y en los costos la variación de la Velocidad
de Penetración?
Y de acuerdo con el marco teórico, las respuestas son las siguientes:
Si se puede mejorar el rendimiento de las máquinas y de las herramientas
simplemente modificando los parámetros, optimizando éstos de acuerdo al tipo de
tricono y a las condiciones reales de las máquinas.
La Velocidad de Penetración está íntimamente relacionada con el Costo Total de
Perforación. Son inversamente proporcionales, eso quiere decir, que si uno aumenta,
el otro disminuye, con lo que llegamos a la conclusión que a mayor Velocidad de
Penetración, menor Costo Total de Perforación.
4.3. TÉCNICAS .
Para llevar a cabo la recolección de datos para los respectivos análisis, podemos
mencionar los siguientes:
Análisis de Desgaste de Triconos: Respecto a los Manuales y Procedimientos de
Desgaste de Triconos de la Baker Hughes Mining Tools. Consiste en analizar las
posibles causas por las cuales los triconos mueren o son dados de baja.
Pruebas de Aire y Peso: Para conocer el estado real de los sistemas de pulldown o
peso y de la capacidad del compresor. Se utilizan equipos especiales y un software,
los cuales serán descritos posteriormente.
Obtención del Costo Total de Perforación y la Influencia de la Velocidad de
Penetración. Esto se realiza en base a la información estadística que existe de los
triconos usados.
Comparación de la Productividad en lo períodos julio-diciembre 2001 y enero-junio
2002. Así como la obtención de la Velocidad de Penetración, y su influencia en el
Costo Total de Perforación. También, se obtendrán los parámetros (recorrido y
Velocidad de Penetración) mínimos requeridos.
4.4. DISEÑO EXPERIMENTAL .
49
El presente trabajo de investigación, relaciona la Velocidad de Penetración
(variable independiente) con el Costo Total de Perforación (variable dependiente).
En los cuadros de metraje y tiempos de los triconos consumidos en los períodos
julio-diciembre 2001 y enero-junio 2002, se desea demostrar que al manipular o
modificar los parámetros de perforación (pulldown y presión de aire, la velocidad de
rotación se mantiene en 100 rpm), hay un incremento de la Velocidad de Penetración, y
por ende una reducción del Costo Total de Perforación.
También se relacionan la Velocidad de Penteración y el Recorrido (metros) con
el Costo de Perforación, para la obtención de los mínimos requeridos, mediante
regresiones polinómicas.
Además, considera el desgaste de los triconos como una forma de ayuda
suplementaria. Ya que con los análisis de desgaste, se puede determinar cualquier falla,
ya sea operacional, mecánica o de elección de tricono. Por lo tanto influye en la
determinación de los parámetros óptimos para cada perforadora.
4.5. INSTRUMENTOS .
Los instrumentos que se utilizaron son propiedad de la empresa Baker Hughes
Mining Tools, los cuales se describen a continuación:
4.5.1. Equipos para el Análisis de Desgaste.
En realidad lo único que se necesita para llevar a cabo un análisis de
desgaste es una cámara fotográfica, simple o digital. Además de los manuales y
guías respectivas.
4.5.2. Equipos para las Pruebas de Peso y Aire.
Para la recolección de los datos se requiere de equipos especiales, pero
para el análisis final, es necesario hacer uso del software “AIRWEIGHT”.
4.5.2.1. Equipo de Prueba de Peso o Pulldown .
50
La prueba de pulldown de BHMT permite un examen y
calibración del sistema de empuje descendente de la perforadora, ya sea
hidráulico o eléctrico. Se ha desarrollado un gráfico “Indicador vs. Carga”
que puede ser usado por el operador de la perforación y otro personal
para la aplicación correcta del peso a la broca empleada. El gráfico y la
hoja de trabajo también proporcionan un registro histórico de cómo
funciona el sistema de empuje, a través del tiempo.
EQUIPO:
Celda de carga hidráulica .
Adaptador de cepillo.
Manguera de presión,
Indicador de peso.
Caja de madera para su transporte.
Software “Airweight”.
4.5.2.2. Equipo de Prueba de Aire.
BHMT, contempla la realización de pruebas de aire con la
finalidad de, entre otras cosas, chequear el estado de todo el sistema de
aire en las perforadoras, determinar si los nozzles empleados en las
brocas son los correctos.
La prueba de aire, que consiste en hacer funcionar el sistema de
soplado de la perforadora bajo diferentes condiciones de operación, se
lleva a cabo mediante la utilización de un equipo de prueba de aire
básico, cuyos componentes son:
Tubo de aluminio.
Placas de orificio variables.
Adaptadores de espiga API de 3 ½”, 4 ½”, 6 ?” y 7? ”.
Termómetro.
Manómetro.
51
Fijadores de orificio (aro de resorte).
El equipo descrito es del tipo “bazooca” y se puede encontrar en
dos modalidades, los que utilizan un aro de resorte como fijador de
orificio , y los que emplean una tapa de orificio atornillada para cumplir la
misma función.
4.5.3. Obtención del Costo Total de Perforación.
Para hallar el Costo Total de Perforación sólo debemos remitirnos a la
fórmula de TDC. Con esta fórmula y los reportes diarios y mensuales de
perforación, en los cuales se registran los metros perforados y el tiempo de
perforación. Se requiere solamente del programa Excel o cualquier hoja de
cálculo.
4.6. PROCEDIMIENTOS .
4.6.1. Procedimiento para el Análisis de Desgaste.
Primero se debe tomar los datos del Tricono:
Metraje o recorrido.
Tiempo de perforación.
Ensamble.
Número de Serie.
Modelo.
Seguidamente se le toma unas tres fotos como mínimo, de los lugares
donde se haga más notorio el desgaste o la falla.
Luego se analiza las posibles causas y se dan las posibles soluciones.
4.6.2. Procedimientos para las Pruebas de Peso y Aire.
4.6.2.1. Pruebas de Peso o Pulldown.
Primero se debe sacar la broca del estabilizador o adaptador, según
sea el caso.
52
Ubicar el indicador de prueba de manera que quede fácilmente visible
desde la cabina del operador. Se registrarán las lecturas del indicador,
el peso indicado de la perforadora, y la lectura correspondiente del
indicador de prueba.
La celda debe ser apoyada en una placa de acero, u otro medio
adecuado de distribución de a carga a la tierra. La celda de carga no
debe ser empujado dentro de la tierra.
Ubicar la celda de carga exactamente debajo del vástago de la
perforadora.
Colocar el adaptador con el cepillo hacia abajo, en la cubeta en el
émbolo de celda de peso. Baje el vástago de la perforadora hasta
donde la celda de carga y adaptador puedan ser centrados lo más
exacto posible debajo del vástago de la perforadora.
Girar la aguja movible en el indicador de pero a “cero”, o en el caso de
los indicadores electrónicos, esperar a que en la pantalla aparezca el
cero. Este es el punto de partida de la medición. Adherir la manguera
de la celda de carga al indicador. Asegurarse que el indicador marque
cero.
Cuando todo el personal se haya retirado de la parte inferior de la
perforadora, se solicita al operador que baje la sarta de perforación
hasta que haga apenas contacto con el adaptador. Inspeccionar la
alineación del vástago, adaptador y la celda de carga. Si se requiere
ajustes para lograr un centrado exacto, levantar la sarta de perforación
y hacer los ajustes necesarios.
Una vez que se ha logrado la alineación exacta, bajar el vástago de la
perforadora sobre la carga. Cuando se haya hecho contacto, el
operador deberá accionar la presión de arriba abajo, permitiendo a la
barra de perforación, cabezal de rotación, y donde sea aplicable,
“flotar” sobre la celda de carga (este peso no puede ser posible con
53
todos los tipos de sistemas de empuje). Registrar la lectura del
indicador de prueba como peso “flotante” o “neutral”.
Aplicar el empuje descendente a incrementos regulares, registrando el
total aplicado en cada incremento que aparece en el indicador o
manómetro de la perforadora y la carga correspondiente en el
indicador de prueba. Es recomendable efectuar este paso, por lo
menos, dos veces, removiendo el peso completamente entre cada
ciclo de medición.
Luego del término de la prueba, ingresar los valores obtenidos al
programa “Airweight”, con el fin de obtener las curvas de la presión de
cabina versus la carga real.
4.6.2.2.Pruebas de Aire.
El procedimiento descrito para a prueba de aire, nos ayuda a
entregar el volumen de aire entregado por el compresor de aire bajo
ciertas condiciones locales de temperatura y altura geográfica en el
momento de la prueba.
Previo a la prueba de aire en sí, es necesario recopilar
información de terreno y del equipo que se está evaluando. Para ello, la
información acerca de la empresa minera o cliente, de la perforadora a
evaluar, del compresor que tiene ésta incorporado, la altura geográfica,
temperatura ambiental en el momento de la prueba, diámetro de la barra
de perforación, diámetro de la broca, diámetro del nozzle que se está
empleando, presión de perforación, deben quedar registradas en la hoja
de trabajo de la prueba de aire.
A continuación se detallará el procedimiento que se sigue para
efectuar una prueba de aire.
Primero, al igual que la prueba de peso, se debe sacar el tricono del
estabilizador o barra.
54
En lugar del tricono se enrosca el tubo de aluminio.
Se colocan en el tubo los marcadores de temperatura y presión.
En la parte inferior del tubo se le coloca uno de los orificios de prueba.
Luego, se le indica al operador que abra la llave del aire.
Se deja abierta la llave por unos segundos, y luego se cambia de
orificio, y se realiza la misma operación nuevamente.
Un dato clave para la realización de la prueba es el Factor de
Altitud y Temperatura, Factor A/T, el que se obtiene de la Tabla
Altitud/Temperatura y nos permite calcular correctamente la potencia de
admisión SCFM (pie cúbico por minuto estándar) del compresor a
cualquier altitud y temperatura, y determinar la cantidad real de pies
cúbicos por minuto de aire libre (ACFM) que sopla a través del pozo
después que el aire comprimido abandona la broca.
Como lo que se busca, es determinar las condiciones del aire en
cuanto a volumen y presión, para distintos diámetros de nozzles, la
prueba se realiza una vez extraída la broca de la sarta de perforación,
empleando un tubo de aluminio en el cual se van colocando placas de
orificios de distintos diámetros. El área de orifio de cada placa es
equivalente al área de los tres nozzles que tiene la broca, y de esta
manera se predice el comportamiento del aire al hacer variar el diámetro
de las boquillas de la broca.
Por lo anteriror, durante la prueba con cada orificio se deben
calcular los siguientes valores:
La potencia del aire aspirado por el compresor bajo condiciones de
altura y temperatura de la zona de prueba.
DSFM, el caudal del aire comprimido entregado por el compresor en
condiciones estándar.
El porcentaje de capacidad del compresor.
ACFM, caudal de aire libre que sopla a través del pozo.
55
Velocidad del aire que sopla a través del pozo.
4.6.3. Comparación de la Productividad del año pasado y la Obtención del
Costo Total de Perforación.
Primeramente se comparan las velocidades de penetración de las
perforadoras del año pasado, con las obtenidas este año, con la modificación de
los parámetros (rotación, pulldown y presión de aire) .
Para encontrar el costo total de perforación, es necesario recopilar una
serie de datos como: Costo Horario de las Perforadoras, Precio de los Triconos,
Metraje, Tiempo y Velocidad de Penetración.
De éstos datos, el único que debemos hallar es el Costo Horario de la
Máquina, ya que los demás son variables que están a la mano.
Por motivos de políticas de la empresa Codelco, no es posible que
detalle como se obtuvo el costo horario de las perforadoras, así que el valor que
se le asigna es referencial, pero a la vez se aproxima mucho a la realidad.
Además, como un cálculo adicional, se ha determinado el recorrido o
metraje y la velocidad de penetración óptimas. Para ello se relacionó el recorrido
y el Costo Total, así como la velocidad de penetración y el Costo Total. De estas
relaciones, mediante una regresión polinómica, y derivando las ecuaciones
halladas, se encuentran los parámetros que queremos encontrar.
56
CAPÍTULO V: RESULTADOS
5.1. RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE DESGASTE .
Según los resultados de los análisis de desgaste de los triconos, a continuación
se dan a conocer las causas y posibles soluciones:
a) Rotura de Insertos: Con frecuencia resulta de la erosión de la masa de los
conos.
Causas:
Presión excesiva para la broca utilizada.
Tipo de broca incorrecto.
RPM demasiado altas.
Desechos en el hoyo.
Inicio inapropiado del tricono.
Inicio inapropiado del pozo.
Posibles Soluciones:
Ajuste de peso y Rpm.
Utilice una Broca diferente.
57
Utilice anillos guías apropiados.
Iniciar la broca de acuerdo a las instrucciones del fabricante.
Inicie el pozo con bajo peso y velocidad de rotación.
b) Desgaste de los Insertos:
Causas:
Velocidad de rotación excesiva.
Falta de peso.
Tipo incorrecto de broca.
Insertos TCI de grado incorrecto.
Limpieza insuficiente del hoyo.
Soluciones Posibles:
Disminuya RPM / Incremente el peso.
Utilice una broca con menos excentricidad.
Revise los procedimientos de perforación.
Utilice una broca con un grado diferente de insertos.
c) Desgaste en el Faldón:
Resultados en pérdidas de Cojinetes de Rodillos, Tapones de Orificios de
Bolitas, Insertos de protección, Sellos
.
Causas:
Deficiente Velocidad de Barrido.
Barras dobladas / desgaste del anillo guía.
Agua.
Roca Arcillosa o Abrasiva.
Posibles Soluciones:
Al igual que la erosión del cono - Revise el compresor.
58
Incremente la Velocidad de Barrido por medio de una selección
adecuada de nozzles.
Disminuya la inyección de agua.
Evalúe los componentes de la sarta de perforación.
Además de estos tipos de desgaste, existe una gran inconveniente con los
triconos, especialmente cuando hay presencia de agua. Lo que ocurre es que por la
abundante cantidad de agua, ya sea por el agua que existe en el tajo, o por el excesivo
uso de la misma para eliminar el polvo, origina un barro muy pegajoso, que produce un
atascamiento de los rodamientos. A esto se le denominada tricono tapado. Existe un
técnica para poder retirar el barro sin necesidad de dar de baja al tricono.
Mayormente los triconos destapados pueden trabajar normalmente, pero en
alguno casos, el daño hecho por los detritus es pronunciado, traducido en un daño en los
rodamientos. Para evitar estos inconvenientes es necesario reportar los triconos tapados
lo más rápido posible, para evitar daños prematuros en los rodamientos.
A continuación se detalla el método de recuperación:
a) Primero se saca el tricono, y se lleva a un lavadero que tenga agua a presión.
b) Se abren las tres toberas del tricono con un cincel.
c) Luego se procede a aplicar agua a presión en cada tobera, con la finalidad que los
detritus salgan de los cojinetes.
d) Cuando se termine de limpiar los cojinetes, se hace girar los conos, para comprobar
que no hay rastros de barro.
e) Finalmente se aplica grasa en las toberas, y en los rodamientos.
Antes de poner el tricono en operación, es necesario probar que realmente este
destapado; para ello se solicita al operador que suelte todo el aire con la broca puesta.
En base a todo estos tipos de falla, podemos concluir que para Mina Sur, es
necesario la utilización de triconos con insertos cortos, que puedan soportar los cambios
bruscos de formación debido a la presencia de bolones. Además de eso, se podría pedir
que los triconos tuvieran un refuerzo en el faldón, para ver si se puede alargar la vida del
59
tricono (se hizo una prueba, con soldadura, pero lamentablemente por fallas
operacionales, no se pudieron obtener resultados de dicha prueba).
A continuación, en las siguientes figuras se detallan algunos casos de triconos
dados de baja en Mina Sur.
60
61
62
5.2. RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE AIRE Y PESO .
Luego de hacer las respectivas pruebas de aire y peso en las perforadoras DMH-
100 (392) y 1190E (391), se llegó a la conclusión que los equipos tienen deficiencias
mecánicas, pero que adecuando los parámetros de las máquinas, se puede trabajar con
un mejor rendimiento.
Cabe resaltar que además de controlar la presión de aire y el pulldown, se ha
trabajado con diferentes velocidades de rotación (R.P.M.). Se han obtenido buenos
resultados con 100 RPM, por lo que se tomó como un parámetros más dentro del
análisis.
De la tabla de resultados de las pruebas de peso, se determina que la
perforadora 391, debe trabajar con un valor de 70 000 libras en la máquina (manómetro),
pero que en realidad sólo llegan 64 800 libras, sabiendo que el tricono de 11” por
especificaciones de fábrica puede soportar 66 000 libras.
Para el caso de la perforadora 392, por las especificaciones técnicas del tricono
de 9 7/8, que puede soportar hasta 55 000 libras, observamos que la máquina alcanza
muy ajustadamente los valores deseados, pero por la práctica y el seguimiento que se le
realizó a la máquina, es recomendable que trabaje con 1700 psi (manómetro de la
máquina), que vendrían a ser unas 50 000 libras.
En las pruebas de aire, lo que debemos tener en consideración es la presión que
llega al tricono, que debiera ser entre 38 y 40 psi. Los resultados obtenidos en las
pruebas de aire son:
Tabla 8: Resultados de las Pruebas de Aire.
PARÁMETROS A CONSIDERAR 391 392
Nozzle 7/8 7/8
Presión de aire en la Broca (PSI) 40 42
63
Presión de aire en cabina (PSI) 45 62,5
% Capacidad 57,7% 89,8%
Velocidad de Barrido (ft/min) 8827 15566
Velocidad de Salida de los Detritus (ft/min) 6067 12932
Fuente: Baker Hughes Chile Ltda.
Los resultados de las pruebas de aire y peso se muestran en las tablas
siguientes.
5.3. RESULTADOS DE LA COMPARACIÓN DE LA PRODUCTIVIDAD Y CÁLCULO
DEL COSTO TOTAL DE PERFORACIÓN.
De las gráficas podemos observar que hay una aumento de la velocidad de
penetración de 41.96 a 46,01 m/hr en la zona de mineral, y de 42,27 a 44,52 m/h en la
zona de lastre, en los períodos julio-diciembre 2001 y enero-junio respectivamente;
solamente modificando los parámetros de los equipos. Podemos apreciar que un
aumento sustancial de la velocidad en la zona de mineral (terreno duro), mientras que en
la zona de lastre, por motivos mecánicos, hubo una mejora no tan notoria. Además se ha
podido comprobar que tanto e metraje como la velocidad de penetración tiene una
relación indirecta, pero podemos jugar con el tiempo de perforación, disminuyendo el
tiempo de perforación, en base a los análisis de desgaste, seguimiento de todas las
herramientas (especialmente el tricono) y las pruebas de pulldown y aire, que nos dan
una referencia de los parámetros a usar.
Una vez hallado el Costo Total de Perforación, se puede realizar una serie de
análisis, como hallar los parámetros mínimos (metraje y velocidad de penetración) a fin
de conseguir los costos más satisfactorios.
De la fórmula tenemos que el Costo Total de Perforación de los triconos usados
de enero a junio en la perforadora 391 es de US$ 5,49 / metro, mientras que en el
periodo julio a diciembre del 2001, se obtuvo un costo de US$ 5,60 / metro. Y para la
perforadora 392, el costo es de US$ 5,84 / metro en el período enero – junio 2002, y
de US$ 6,54 / metro en el período julio – diciembre 2002. Cabe resaltar que en el
64
período julio – diciembre, no se tomaba en cuanta el cálculo del TDC, por consiguiente,
el costo horario de las máquinas, asumimos que es el mismo, para la facilidad de los
cálculos. Por lo tanto, relacionando la velocidad de penetración y el costo total de
perforación, tenemos que:
Tabla 9: Comparación de Velocidad de Penetración y Costo Total de Perforación.MINERAL
EN-JUN 2002MINERAL
JUL-DIC 2001LASTRE
EN-JUN 2002LASTRE
JUL-DIC 2002
DIFERENCIA
MINERAL LASTRE
Velocidad de
Penetración (m/h)46,01 41,96 44,52 42,27 8,8% 5,05%
Costo Total
Perfor. (US$/m)5,84 6,54 5,49 5,60 10,7% 1,96%
Fuente: Bch. Yuri L. Huamantinco A.
Para el análisis de regresión polinómica, sabemos que:
C. TOTAL / METRO = C. BROCA / RECOR. + C.MAQ HORA / VELOCIDAD
CT = f(V,R) y V = f(R)
CT = f(R)
Derivando para encontrar el mínimo
dCT/dR = f’(R) = 0
R = 1800 (391) y 1600 (392) m , V = 46 (391) y 44 (392) m/hr.
Del análisis estadístico de regresión polinómica, tenemos:
Tabla 10: Parámetros Mínimos para cada Perforadora.
Parámetros Obtenidos 391 392
Recorrido (metros) 1800 1600
Velocidad de Penetración (metros/hora) 46 44
Fuente: Bch. Yuri L. Huamantinco A.
65
De estos resultados concluimos que para que un tricono alcance un costo
permisible, debe llegar a lo menos a 1800 metros en el caso de la perforadora 391, y
1600 metros para perforadora 392, con velocidades de 45 y 43 metros/hora,
respectivamente.
Tabla 11: Resultados de la Prueba de Aire de la Perforadora 392.
66
Fuente: Baker Hughes Chile Ltda..
Tabla 12:Curvas de interpretación de la Prueba de Aire de la Perf. 392.
67
Fuente: Baker Hughes Chile Ltda..
Tabla 13: Resultado de la Prueba de Peso de la Perforadora 392.
68
Fuente: Baker Hughes Chile Ltda..
Tabla 14: Resultado de la Prueba de Aire de la Perforadora 391.
69
Fuente: Baker Hughes Chile Ltda..
Tabla 15: Curvas de interpretación de la Prueba de Aire de la Perf. 391.
70
Fuente: Baker Hughes Chile Ltda..
Tabla 16: Resultado de la Prueba de Peso de la Perforadora 391.
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Fuente: Baker Hughes Chile Ltda..
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80
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES.
Primeramente, debemos decir que en Mina Sur, las condiciones del terreno para
poder perforar son de las peores, debido a la gran presencia de bolones y la
abundante cantidad de agua.
81
Toda mejora que se quiera hacer en la perforación, va a influir directamente con el
desempeño del tricono, ya que esta herramienta es la que realiza todo el trabajo. Es
por ello que el estudio es dirigido hacia ese rubro. Generalmente un buen trabajo del
tricono, no origina desperfectos ni fallas en las demás herramientas, por el contrario,
si alguna de éstas falla, el que sufre las consecuencias en mayor proporción es el
tricono.
Debemos tener en cuenta la gran importancia que tiene el caudal de aire que pueda
proporcionar un compresor, ya que sin no es el requerido para expulsar los detritus,
va a originar que, tanto el equipo como las herramientas fallen prematuramente.
Además de ocasionar fallas mecánicas en las perforadoras, por el sobre esfuerzo
producido.
Los triconos que se usan actualmente en Mina Sur son de la Serie 70, los cuales
tienen los insertos más redondos y cortos. Esto les permite resistir los golpes bruscos
del tricono con los bolones.
Los faldones de los triconos fallan debido a la erosión que se produce en esa área,
debido a la falta de presión de aire, que no permite que los detritus salgan
inmediatamente, sino que tiene que triturase alrededor del faldón para poder ser
evacuados.
Los triconos tapados se originan, más que todo por falta de conocimiento de los
operadores. Las causa más comunes son el uso excesivo de agua, perforar con el
sistema de aire apagado y por esforzar el tricono.
De las pruebas de aire y peso, podemos concluir que las máquinas, a pesar de que
trabajan normalmente, tienen una serie de deficiencias, una más que otra, pero esto
se debe al mal mantenimiento y a la antigüedad de los equipos. Pero gracias a las
pruebas, hemos podido compensar en algo esa deficiencia de las máquinas.
Se ha estandarizado los parámetros de perforación para cada perforadora, 391(lastre)
y 392 (mineral), especialmente para que los operadores cumplan con lo deseado.
Se ha demostrado la importancia de la Velocidad de Penetración en la productividad y
control de costos, es por eso que se debe tener más consideración en el futuro. Se ha
82
podido reducir entre 5 y 10% del Costo Total de Perforación, solamente modificado
los parámetros de las máquinas (aire y peso principalmente), y por ende
aprovechando más el tiempo de perforación.
El Costo Total de Perforación en Mina Sur, en comparación con otras faenas, es muy
elevado, principalmente por el costo horario de las perforadoras, que como ya
sabemos no tienen el adecuado mantenimiento y son muy viejos, además hay una
deficiente velocidad de penetración.
RECOMENDACIONES.
Se debería llevar un control geotécnico más amplio para poder identificar las zonas
donde se presentan los problemas en la perforación. Especialmente es las zonas de
posibles expansiones.
Una forma de llevar un control más exacto y preciso del tiempo y metraje de
perforación, es disponiendo de un sistema Dispatch para perforadoras.
La mejor forma de cuidar las herramientas de perforación es dar constantes charlas
de capacitación a los operadores.
Hacer pruebas con otro tipo de tricono, por ejemplo, de la Serie 80, que tiene los
insertos más redondos, y podrían rendir mejor. Aunque puede que descienda la
velocidad de penetración.
Hacer mediciones de aire y peso cada tres meses, para llevar un control estricto de
la máquina.
83
BIBLIOGRAFÍA
LOPERZ JIMENO, C.:”Manual de Perforción y Voladura de Rocas”. Instituto
Tecnológico Geominero de España. 1998.
HUGHES TOOL COMPANY: “Sistema Normalizado para Graduación del Desgaste
de Triconos”. 1987.
BAKER HUGHES MINING TOOLS: “Blast Hole Bit Handbook”. January 1982.
NOORI, H. y REDFORD, R.: “Administración de Operaciones y Producción”. 1997.
84
FUENTES ALBIÑA, E.: “Evaluación Técnico-económico de la Tronadura en Gravas
Mineralizadas de Mina Sur, Codelco Chile”. Universidad de Antofagasta, Chile. 2001.
BAKER HUGHES CHILE LTDA.: “Manual de Pruebas de Aire y Peso”. 2001.
INGERSOLL RAND: “Información Técnica”.2001.
SANDVICK: ”Rock Drill Manual”. 1985.
BAKER HUGHES MINING TOOLS: “Product Catalog”. 2000.
ANDRADE, S.: “Contabilidad de Costos”. 1998.
HERNáNDEZ SAMPIERI, R., FERNáNDEZ COLLADO, C. Y BAPTISTA LUCIO, P.:
“Metodología de la Investigación”. 1996.
ANEXO I
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LAS PERFORADORAS
DE MINA SUR
85
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LA PERFORADORA INGERSOLL RAND DMH-100 (392)
86
Peso de OperaciónEquipo Básico, sin barras 160.000 Lb.
EmpujeCapacidadMecanismo
90.000 Lb.Cilindros Hidráulicos en torre de 45’
RotaciónMecanismo
TorqueVelocidad Máxima
Doble tren de engranajes rectos, de dos etapas, con
dos motores hidráulicos.
10.000 lb-ft (1256 Nm)150 RPM.
Construcción TorreMiembros exteriores (tubos rectangulares)
Vigas Cruzadas (tubos cruzados)Peso
LongitudCarrusel para barras
CapacidadDiámetro exterior
LongitudLongitud barras, broca
4” x 6” x ¼” (102 mm x 152 mm x 6.4 mm)4” x 4” x ¼” (102 mm x 102 mm x 6.4 mm)
20.500 Lbs. (9.298,6 kg.)45’ (13,72 mts.)
Cuatro barrenos.7” a 10 ¾” (178 a 273 mm)
30 pies.35 pies.
Gatos de NivelaciónTipo
DiámetroCarrera
Cilindro Hidráulico.8” (203 mm)
48” (1219 mm) Standard.72” (1829 mm) Opcional
OrugasLongitud
ConstrucciónAjuste
16’2” (4.928 mm)Canal Reforzado.
Hidráulico.Motor Principal
TipoPotencia
Eléctrico.400 HP. (288 kw) Standard.
700 HP. (522 kw) Opcional.Compresor de AireFabricante / Modelo
TipoCapacidad
Presión de operación máximaFiltro de admisiónFiltros de aceite
Ingersoll-Rand XL 1150 Standard.Ingersoll-Rand XL 2200 Opcional.
Tornillo Asimétrico1150 cfm (32,57 m/min.) Standard.
110 Psi (758,5 kph)Tipo seco, con indicador de servicio.
Dos, 25 micrones, flujo total, desvío con luz indicadora de contaminación.
Fuente: Ingersoll Rand.
87
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LA PERFORADORA DRILLTECH 1190E (391)
La máquina 1190E, es una perforadora eléctrica montada sobre orugas. Está
equipada para perforar con barras de 9” a 15” (229 – 381 mm) de diámetro. Una carga
máxima en la broca de 110,000 lb. (490 kN). Con equipo opcional, puede perforar pozos
de hasta 279’ (85 m.) con barras de 40’ (12,2 m.). Para una configuración de single pass,
puede perforar pozos de 65’ (20 m.) de profundidad
Motor Eléctrico de 850 HP, de 1,500 - 1,800 RPM , de 50 - 60 Hz.
Compresor de 2,830 - 3,335 SCFM y de 60 psi.
Velocidad de la Cabeza de Rotación 0 – 97 RPM, torque 149,570 pulg.-lb.
(16,900 Nm.)
Cuatro gatos de nivelación de 60" (1,524 mm) stroke, 48" (1,219 mm) pads.
Profundidad máxima de perforación 118' (36 m).
Barras de perforación de 40' (12.2 m) de longitud y de 8-5/8" – 11” (219 - 279
mm) de diámetro.
Ángulo de perforación de 0º-20º con intermedios de 5°.
Huinche Auxiliar de 8,000 lb. (36 kN) y una capacidad de 125' (38.1 m) de
cable.
Contador Electrónico de Profundidad (Electronic Depth Counter – EDC).
Luces Nocturnas de 70 Watts.
Cabina presurizada (80 dBa) y aire acondicionado.
88
ANEXO II
TIPOS DE TRICONOS Y EQUIPOS DE MEDICIÓN DE
PESO Y AIRE
89
90
91
92
93
ANEXO III
CÁLCULOS Y EJEMPLOS DE VELOCIDAD DE BARRIDO, PULLDOWN
Y VELOCIDAD DE PENETRACIÓN
94
95
96
97
98
99
