Cap. 01.- Las Perforaciones en Las Actividades Mineras
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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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CARACTERISTICAS Y PELIGROS DE LOS DISTINTOSTIPOS DE ROCA.
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.
CARACTERISTICAS Y PELIGROS DE LOS DISTINTOS
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CARACTERISTICAS Y PELIGROS DE LOS DISTINTOSTIPOS DE ROCA.
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.
CARACTERISTICAS Y PELIGROS DE LOS DISTINTOS
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CARACTERISTICAS Y PELIGROS DE LOS DISTINTOSTIPOS DE ROCA.
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.
CARACTERISTICAS Y PELIGROS DE LOS DISTINTOS
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CARACTERISTICAS Y PELIGROS DE LOS DISTINTOSTIPOS DE ROCA.
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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Fuerza de empuje y dimetro de
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.
Fuerza de empuje y dimetro de
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Fuerza de empuje y dimetro de
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 y caudal del aire de barrido
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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Velocidad y caudal del aire de barrido
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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