Lima - Perú, Jueves, 30 de Octubre de 2014

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CRITERIOS DE SELECCIÓN DE LAS PERFORADORAS ROTATIVAS



En minería a cielo abierto es usual utilizar perforadoras de mayor diámetro de taladro que en minería subterránea, en donde estamos limitados por la necesidad de no perturbar demasiado la masa rocosa circundante con altas cargas explosivas por taladro para contribuir a su mejor sostenimiento. Además se cuenta con equipos de carga y acarreo de mayor dimensión que hacen posible el transporte de fragmentos de roca volada de mayor tamaño que en subterráneo, fruto del disparo de taladros de diámetro grande y más espaciados. A la vez, se facilita el uso de explosivos a granel y el abaratamiento de los costos de fragmentación de la roca.

Los mayores diámetros de perforación usados ponen un límite al empleo de perforadoras a percusión y dan lugar al empleo de las perforadoras rotativas, principalmente las que usan brocas de triconos. En éstas ya no hay percusión y la penetración de la broca en la roca se produce por trituración y no por corte; para ello se requiere de mucho mayor empuje y torque que en la perforación por percusión. El mayor diámetro de perforación produce además mayor cantidad de detritos de roca y obliga al uso de mayores caudales de agente de barrido, principalmente aire.

La alta presión sobre la broca significa que las mas pequeñas están en el orden de no menos de 6 pulgadas de diámetro a fin de que sus cojinetes resistan los esfuerzos, en tanto que las más grandes están en el orden de las 12 pulgadas pues mayores diámetros requerirían de máquinas muy grandes y pesadas. Los diámetros pequeños suelen utilizarse en minas pequeñas y medianas o donde se requiere menor tamaño de fragmentos o mayor selectividad en el minado, caso de las minas de oro por ejemplo. Los mayores diámetros se aplican en las grandes minas a cielo abierto fundamentalmente de metales básicos en las que los bancos de explotación pueden alcanzar alturas de 15 o más metros.

Los equipos más pequeños suelen tener accionamiento diesel en tanto que los grandes son mayormente eléctricos. La perforación suele ser vertical y en la actualidad se prefieren las máquinas de pase único, es decir que emplean una sola barra de perforación de gran longitud ahorrando tiempos muertos por el cambio de éstas. Si bien existen algunos modelos de equipos montados en camión, la mayoría de estas máquinas se desplazan sobre orugas siendo lentas y requiriendo muchas veces la ayuda de plataformas remolcadas para su traslado.

El empuje suele darse mediante mecanismos de piñón y cremallera con o sin combinación con cadena o con cilindros hidráulicos y es fundamental junto con la resistencia de la roca en la selección de la broca de triconos óptima.

Optimización de la perforación rotativa
Es muy común que en las operaciones mineras a tajo abierto se establezcan parámetros de perforación como el empuje o pulldown, que es la cantidad de revoluciones por minuto (RPM) que generan una velocidad de penetración aceptable. En la actualidad existen muchos equipos de perforación rotativa que están provistos con sistemas de perforación automática, que utilizan RPM especificas para todas las condiciones de perforación, lo que es contraproducente ya que estos sistemas no toman en consideración la naturaleza del macizo rocoso, así como la cantidad y duración de la fuerza de empuje que se necesita para fracturar la roca de manera eficiente.

La productividad puede ser aceptable pero no es la óptima; como consecuencia de esto la vida de la broca triconica puede verse afectada. La búsqueda de los parámetros de perforación óptimos (pulldown y RPM) que nos brinden la más alta velocidad de penetración por revolución del la broca tricónica es la preocupación de cada una de las operaciones mineras en todo el mundo, y el estudio de la profundidad de corte se convierte en una herramienta indispensable para alcanzar una mejora continua y sostenible en perforación rotativa.

Este trabajo propondrá los métodos utilizados para optimizar la productividad de la perforación rotativa y el incremento de la vida útil de las brocas triconicas, y los resultados obtenidos en diferentes minas a tajo abierto.

Mecanismo de rotura de roca
•Abrasión. La primera fase de la fractura es denominada abrasión. Esta fase es el resultado del contacto de la broca tricónica con la formación rocosa, lo que ocasiona pequeñas fisuras.
•Fatiga. En esta segunda fase se aplica peso sobre la broca combinado con una baja RPM, lo que genera una mayor penetración del inserto dentro de la formación rocosa, formando fisuras más persistentes que no se llegan a conectar entre ellas, no se llegan a formar chips o detritos.
•Fracturamiento. En esta fase se profundizan las fisuras al cruzarse entre ellas. La velocidad de rotación es la misma pero el peso es aplicado sobre la broca, y este genera una efectiva penetración del inserto logrando que las fisuras generadas se crucen entre las filas de insertos. La fuerza de salida del aire a través de las boquillas nos ayuda a liberar los chips que se encuentran cercanos a la superficie.
•Fracturamiento profundo. En esta fase la broca tricónica alcanzó la velocidad de rotación y presión sobre la broca óptima, y se observa fracturación de la roca, liberándose a la vez los chips o detritos. Es importante mencionar que en esta fase las fisuras se cruzan entre cada fila de insertos así como entre los insertos de los dos conos restantes.
•Exceso de presión. Si se continúa incrementando el peso sobre la broca, llegamos al punto en el cual provocaremos una sobre perforación. Este peso adicional aplicado ocasiona que los insertos se introduzcan totalmente dentro de la roca, liberando o formando mayor cantidad de detritos o chip los cuales no podrán ser evacuados del fondo de manera eficiente, reduciendo la velocidad de penetración y erosionando prematuramente la superficie del cono.
•Proceso de cambio e implementación de la profundidad de corte. La profundidad de corte está estrictamente relacionada con la eficiencia de la perforación, por lo que tenemos dos métodos para cambiar la profundidad de corte: verificar la presión y el volumen de aire, que es el recomendado para garantizar la lubricación y enfriamiento de los rodamientos de la broca y a la vez alcanzar una velocidad de salida del detrito óptima; y variar la presión sobre la broca pulldown de manera sistemática, manteniendo constante las RPM.

Conclusiones
Para maximizar el rendimiento durante la perforación rotativa es necesario observar todo el sistema de perforación como un conjunto; es decir, llevar un control de los parámetros de perforación los cuales involucran la capacidad del compresor, los sistemas hidráulicos de pulldown y presión de rotación, así como los accesorios y herramientas de perforación. Podremos optimizar nuestros recursos incrementando la productividad, logrando así la reducción del costo total de perforación.

De acuerdo al análisis expuesto se puede decir fehacientemente que existen una serie de beneficios al incrementar la velocidad de penetración efectiva mediante el estudio de la profundidad de corte, además de la correcta aplicación de los parámetros de perforación. Esto conlleva a aumentar la capacidad de los equipos de perforación, incrementando su productividad.
El desarrollo de la tecnología y la evolución en el diseño de las brocas tricónicas y los accesorios de perforación nos permiten alcanzar velocidades de penetración muy altas, combinadas con una razonable vida útil en metros; combinada con un correcto uso de la capacidad de los equipos de perforación, se logran cubrir las expectativas de las operaciones mineras.


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