criterios de selección de perforadoras en minería subterranea
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Criterios de selección de
perforadoras en Minería
Subterranea
MSc. Carlos Reátegui Ordoñez
Índice Numero
diapositiva
1. Introducción 3
2. Tiempo de ciclo 65
3. Métodos de perforación 72
4. Sistemas de montaje 98
5. Velocidad de penetración 116
6. Características generales y de diseño 129
7. Operaciones básicas y práctica operativa 156
8. Criterios técnico económicos de selección 163
9. Mantenimiento de equipos 189
10. Seguridad y prevención de accidentes 194
11. Impacto de la selección de la perf. en costos totales 205
12. Optimización operativa 211
3
1. Introducción
Objetivo
Al final del presente curso- taller, los participantes tendrán
las mejores herramientas técnicas, conceptuales y de
diseño para poder decidir sobre el método y equipo de
perforación que incremente la productividad de las
operaciones en mina.
• La perforación de roca es un procedimiento fundamental
para arrancar el material en la minería subterránea.
• La perforación tiene una gama de aplicaciones extensa
y variable, por eso hoy se tiene distintos equipos
diseñados para tratar con distintas maneras de perforar
roca.
• La perforación de rocas en minería subterránea se
efectúa principalmente para:
– Labores de Preparación y desarrollo
– Labores de producción
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1. Tipos de Unidades
• Perforación horizontal o inclinada
• Perforación vertical hacia arriba
• Perforación vertical hacia abajo
Perforadoras ligeras
• Perforación de frontones y túneles
• Sistemas de perforación de piques y chimeneas (Raise Boring, Blind hole, Alimak)
Perforadoras de avance o desarrollo
• Perforación de tajos horizontales
• Perforadoras de tajos verticales
• Perforadoras radiales
• Perforadoras taladros largos (DTH)
Perforadoras de producción
• Empernadoras
• Perforadoras continuas de túneles
• Perforadoras diamantinas
Perforadoras para trabajos específicos
Clasificación de equipos
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JACK HAMMER
JACK LEG
STOPER
Tipos de perforadoras livianas
Jack Hammer
• Utilizada para la perforación vertical o inclinada hacia
abajo.
• Avance mediante el peso propio de la perforadora.
• CONSUMO DE AIRE: 50 – 100 l/s
• DIAMETRO PERFORACION: 22 – 45 mm
• LONGITUDES: 400 – 640 mm
Características principales
• Peso: 17kg a 23 kg
• Frecuencia: 2040 a 2100 golpes por minuto
• Rotación: 130 a 170 rpm
VENTAJAS:
Para rocas duras no muy permeables
Desventajas
Alto nivel sonoro
Desvió de la perforación por la flexibilidad del varillaje
Jackleg
• Perforadora con pata de avance que puede ser usada
para realizar taladros horizontales e inclinados, se usa
mayormente para la construcción de galerías,
subniveles, rampas
Características principales
• Especificaciones
Longitud de la perforadora 686.00 mm
Peso de la perforadora 33.00 kg
Carrera del pistón 73.25 mm
Carrera útil del pistón 66.70 mm
Frecuencia de impacto 2250.00 golpes/min
Peso de la Pata 15.00 kg
Carrera de la pata de avance 270.00 mm
Ø interior del cilindro de avance 67.00 mm
Consumo de aire (620 kPa/90 psi) 4.90 m3
• Fácil de usar
• Útil para perforación de tiros cortos
• Rápida mantención
• Bajo precio
• Adaptable a cualquier tipo de roca
• Se adopta a cualquier tipo de terreno
Ventajas:
• Peligro al no controlar bien la válvula de circuito de aire
• No recomendable para tiros largos
• perforación ruidosa, contacto directo con el polvo y agua
• Limitante con la altura de la sección
Desventajas:
Stopper
• Perforadora que se emplea para la construcción de
chimeneas y tajeo en labores de explotación
(perforación vertical hacia arriba).
Características principales
• Especificaciones
Diámetro del cilindro 79.40 mm
Carrera del pistón 73.25 mm
Carrera útil del pistón 66.70 mm
Frecuencia de impacto 2250.00 gol/min
Longitud de la perforadora 1549.00 mm
Peso incluyendo la pata de avance 40.80 kg
Diámetro interior del cilindro avance 69.80 mm
Consumo de aire (620 kPa/90 psi) 4.90 m3
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JUMBO
RAISE BORING
ALIMAK
BLIND HOLE
Tipos de perforadora avance y desarrollo
JUMBOS
• Son vehículos donde se colocan 1 o mas perforadoras
hidráulicas que pueden ser operadas por una sola
persona en la cabina o a control remoto.
• Estos están diseñados para perforar horizontalmente
tanto en frontones como en tajeo.
• El accionamiento de las bombas hidráulicas de las
perforadoras puede ser mediante energía eléctrica o
generada por un motor diesel.
• Pueden estar montados sobre rieles o sobre ruedas.
• La sección de trabajo va desde los 6 a 210 metros
cuadrados dependiendo de la cantidad de perforadoras
instaladas sobre la unidad móvíl.
Capacidad de excavación con múltiples
perforadoras
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Perforación
mecanizada para
minería subterránea
FRONTEO
TALADROS
LARGOS
EMPERNADO
RES
BAJO PERFIL
TUNELERIA
RAISE BORING
• Es un procedimiento constructivo para la ejecución
mecanizada de piques o chimeneas entre dos niveles
dentro de una mina o en un proyecto de ingeniería civil.
• El procedimiento, desarrollado en la década de los 50 en
Estados Unidos, consiste básicamente en perforar un
barreno piloto y luego ensanchar la perforación hacia
arriba mediante una cabeza escariadora.
• Se perfora con diámetros habituales entre 2 y 3 m, a
unas profundidades de 100 a 200 m, aunque se han
llegado a 6 m de diámetro y más de 1000 m de
profundidad.
Características de
operación
Rendimientos
Diámetro piloto desde 121/4 “
a 15”.
Diámetro chimenea desde
1.5 a 6.0 m.
Empuje escariado 1920 kN.
Nominal 12 – 20 m/día.
Operacional 4 -6 m/turno
(depende de la roca)
• Entre las ventajas de este sistema
o Alta seguridad y buenas condiciones de trabajo
o Productividad mayor que con con explosivos (por
ejemplo, método VCR o Alimak),
o El perfil liso de las paredes, la sobre excavación
inexistente
o Posibilidad de realizar excavaciones inclinadas.
• En cuanto a los inconvenientes,
o Inversión elevada
o El costo de excavación unitario es alto
o Poca flexibilidad en dimensiones y cambios de
dirección.
o Dificultades en rocas en malas condiciones y la
necesidad de personal especializado.
• Video RB
Sistema ALIMAK
• Se emplea, desde 1957, en la perforación de chimeneas
donde no es posible el acceso superior necesitando un
nivel de trabajo en el subsuelo.
• Es un método flexible y económico. Consta de los
siguientes elementos:
• jaula,
• plataforma de trabajo,
• motores de accionamiento,
• carril guía y elementos auxiliares.
• La elevación de la plataforma se realiza a través, de un carril guía
curvado empleando motores de aire comprimido, eléctricos o diesel.
• La fijación del carril a la roca se lleva a cabo con pernos de anclaje,
y tanto las tuberías de aire como de agua necesarias para la
perforación, ventilación y el riego se sitúan en el lado interno del
carril guía para su protección.
• Las fases en la construcción de la chimenea son las
siguientes:
o perforación y carga de los barrenos (operación realizada
con perforadora neumática)
o descenso de la plataforma y voladura (cada vez que hay
una voladura, hay que retirar la plataforma)
o ventilación y riego
o elevación de la plataforma y “desatar” el techo
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BLIND HOLE
• Este método consiste en el uso de máquinas
electrohidráulicas para la excavación de chimeneas
mineras en forma ascendente.
• Lo que se hace para la realización de las chimeneas es
perforar el tiro guía y se realiza el ensanchamiento de la
chimenea al diámetro que se necesite.
• El material excavado cae por gravedad al nivel de la
máquina y será guiado por un colector para prevenir
riesgos.
• El empuje se obtiene de los sistemas hidráulicos de
bombas de alta presión y la rotación de un motor
eléctrico de unos 250 HP que va con la transmisión
inmediatamente bajo el escariador.
• Para alcanzar la altura de excavación se adicionan en el
cuerpo de la máquina, a nivel de piso barras especiales,
estabilizadas, que permiten ir avanzando en altura con
el desarrollo de la chimenea.
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• El equipo perforador de la maquina contiene
tres elementos principales:
– Set de barras:
Está compuesto por tubos de perforación y estabilizadores, ambos
construidos con acero fundido. Las barras poseen centros huecos que
permiten que un fluido (por lo general agua), sea encaminado desde la
maquina a la broca piloto para remover la roca triturada durante la
operación.
El estabilizador tiene como función disminuir al mínimo la desviación
del orificio piloto y así mantener el diámetro total del orificio piloto.
– Cortador de rocas:
Está compuesto por las unidades de brocas tricónicas. que tienen la
función de cortar la roca mediante compresión la cual es ejercida
desde el set de barras.
– El tricono guía.
– Está compuesto por un conjunto de tres brocas pequeñas que
están unidos en una misma barra cuya función es realizar el
orificio piloto de la perforación
Tricono guía
Cortador de Rocas
Set de barras
• La excavación de chimeneas con equipos Blind Hole se
realiza siguiendo rigurosos procedimientos de trabajo y
como la operación de los equipos se realiza a distancia,
desde un panel de control, lo transforma en un método
altamente seguro, ya que el personal siempre estará
fuera de la línea de excavación.
• Con este método se perfora chimeneas desde 0,5 m
hasta 1.5 m.
Características de
operación
Rendimientos
Diámetro piloto
desde 9 a 97/8 ”.
Diámetro
chimenéa desde
0.6 a 1,5 m.
Empuje escariado
1285 kN.
Nominal 7 m/día.
Operacional 0,49
m/hora
(9 m/día).
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Perforadoras Horizontales
Perforadoras Radiales
Perforadoras Taladros Largos.
Tipos de perforadora produccion
Perforadoras Horizontales
• En producción los jumbos permiten la mecanización de
las operaciones de perforación y tienen la capacidad de
posesionar perforadoras de avance para perforar
barrenos según las órdenes del operario
Perforadoras radiales
• Jumbo Radial
o Pueden tener Perforadoras Neumáticas o Hidráulicas tipo
martillo en la cabeza (OTH) o perforadoras tipo Down the
Hole (DTH)
o Están montadas sobre vehículos o son estacionarios,
tienen carruseles que permiten el cambio de barrenos.
o Rendimiento en condiciones optimas es de 6000 a 8000
mts. mensuales barrenados.
o Utilizado principalmente en minería subterránea para
realizar taladros largos en forma radial, generalmente desde
una galería o labor inferior
Perforadoras de taladros largos
Este tipo de perforadoras se usan para realizar taladros
verticales hacia abajo y pueden ser del Martillo en la
cabeza OTH o DTH.
La perforadora DTH permite la perforación de barrenos
mucho más largos que las perforadoras con martillo en
cabeza.
Existen perforadoras neúmaticas tipo track drill e
hidráulicas tipo rock drill
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Perforadoras con Martillo en Cabeza (OTH)
Perforadora DTH.
Tipos de perforador taladros largos
Perforadoras OTH
• Están montados sobre vehículos de orugas
• Pueden tener martillos neumáticos o hidráulicos
• Perforan diámetros entre 64-102 mm.
• Contienen carruseles para barrenos y logran perforar
hasta 50 m
• Máxima inclinación de trabajo: 30°
Perforadoras DTH
• Se usan en minería subterránea en el área de
producción.
• Diámetro de perforación entre 50 y 210 mm.
• Montado sobre orugas , tienen una velocidad de traslado
entre 1 y 3.8 km/hr
• Capacidad de trabajar en zonas irregulares y vencer
pendientes.
• Barrido del barreno (agua o aire).
• Poseen martillo en fondo . Este método de perforación
está indicado para rocas duras y diámetros superiores a
los 150 mm.
50
Wagon drill
Diseñada para perforar con martillo de
fondo de 2”, 3” y 4”, en diametro de 2 ¾ “
(70 mm) hasta 5” (127 mm).
Perforadoras para trabajos específicos
Son perforadoras altamente especializadas que sirven para para realizar tareas especificas en construcción.
Veremos 3 tipos:
Empernadoras (bulonadoras), que son aquellas que sirven para sostenimiento mediante pernos de anclaje
Tuneleras continuas, son maquinas de construcción continua de túneles
Perforadoras de exploración
52
Longitudes de bulón de 1,5 a 1,8 metros y
alturas de techo de hasta 2,5 metros.
SISTEMA DE PERFORACION
Lub. air consumo. (at 3 bar): 6 l/s
Water consumption : 1.25 l/s
Weight: 75 kg
Empernadoras
53
Longitudes de bulón de 1,5 a 3,5 metros y
alturas de techo de hasta 9,5 metros.
SISTEMA DE PERFORACION
• Lub. air consump. (at 3 bar): 6 l/s
• Water consumption: 1.25 l/s
• Weight: 75 kg
Minería continua construcción de túneles
sin perforación y tronadura (TBM)
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TUNEL BORING MACHINE (TBM)
• Aéreas máximas : 70-300 m2 aprox.
• Profundidad :mayores a 25 km
• Diámetro : 1 - 19.5 mts
• trabajo en menor tiempo y de mayor calidad a fin de cuentas
sale mas barato que hacerlo por perforación y voladura
• Producen una pared de los túneles Lisa
-
En la perforación de sondaje se puede definir dos
grandes rubros:
a) Diamantina, en la que al producirse la
perforación lo que se extrae es un testigo de roca.
b) Circulación Reversa, donde se destruye
absolutamente la roca y se saca un detrito.
Ocasionalmente se combinan ambos métodos en
yacimientos que tienen una sobrecarga estéril donde no
es necesario muestrear la primera parte del pozo, por
tanto se recurre primero a la perforación con circulación
reversa, que es más rápida y económica, para
posteriormente continuar con la diamantina.
Perforadoras de exploración
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Diamantina Circulación reversa
Segunda etapa Primera etapa
Recupera un trozo de roca
(testigo)
Recupera detritos
Costo de 2 a 3 veces
superior
Se utiliza tanto en
superficie como en interior
mina
Rendimiento 3 veces mayor
(Rápida y económica)
Ha sido principalmente de
superficie, por los malos
resultados desde el punto
de vista de la calidad de la
información de la muestra
cuando se ha utilizado en
minas subterráneas
CARACTERÍSTICAS DE TIPOS DE
SONDAJES
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La abertura en el extremo de la broca diamantada permite cortar un
testigo sólido de roca que se desplaza hacia arriba en la tubería
de perforación y se recupera luego en la superficie.
Estándares básicos de barras de perforación
7/8 pulgadas (EX) (Diámetro)
13/16 pulgada (AX)
1 5/8pulgadas (BX)
21/8 pulgadas (NX).
La mayoría de barras de perforación son de10
pies de largo (3,048 m).
Después de los primeros 10 pies de perforación,
se atornilla una nueva sección de tubo en el
extremo superior y así sucesivamente.
Cabezal de perforación de diamantina
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SONDAJE CON DIAMANTINA
Perforadoras diamantinas
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Especificaciones técnicas
Capacidad de
profundidad 960 m
Tamaño barra de
perforación A-N
Par máx. 700 Nm
Velocidad máx. 1800 rpm
Altura 1470 mm
Longitud 4150 mm
Peso 1500 kg
Longitud de avance 850 m
Anchura 950 cm
60
DIAMEC U8
sonda subterránea más
potente
avance con un cilindro
hidráulico telescópico permite
una perforación fiable de
sondeos rectos
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Perforadoras de superficie con diamantina
La roca molida (cuttings) se recoge continuamente a medida que
avanza la perforación y constituyen la muestra del subsuelo.
Estándares básicos de barras de
perforación
Diámetro:
6" (15,2 cm)
8" (20,3 cm)
20 pies de largo (6,096 m).
Cada barra es muy pesada y requiere el
uso de una grúa o “winche” para levantarla
y colocarla sobre el agujero de perforación
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SONDAJE CON AIRE REVERSO
Schramm T685WS Taladro Montado en Camión
GRAN RESISTENCIA
MONTADO SOBRE CAMIÓN
MOTOR EN CUBIERTA DE
760 HP (567 KW)
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Drilltech D40K
EQUIPADAS CON
MOTORES DIESEL DE
600 HP
PROFUNDIDADES
DE 600 MTS
64
65
2. Tiempo de ciclo
En perforación subterránea se puede distinguir dos tipos
de tiempos o ciclos:
1. Ciclo especifico de perforación: este es el tiempo
que se demora la perforadora en realizar los taladros
en el frente y se puede definir como:
Ce = T posicionar +T penetrar + T cambio de barras+ T penetrar
Este tiempo de ciclo se usa en producción cuando la perforación
es independiente a las otras labores unitarias.
Ciclo especifico Perforación
Posicionar
Penetrar
Cambiar barra
Penetar
• Video
2. Tiempo de ciclo en labores con un frente: En este tipo
de labor la perforación debe esperar que todas las
operaciones unitarias siguientes sean realizadas para
volver a perforar.
Las labores de este tipo son:
» Túneles
» Galerías
» Rampas
» Cruceros
» Sub niveles
Ciclo de perforación en frentes
Perforación Carga de taladros
Voladura
Ventilación
Acarreo y transporte “desatado de roca”
sostenimiento
Marcar puntos
• video
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3. Métodos de perforación
• La perforación en roca esta referida a realizar un hoyo o
taladro con el fin de arrancar material para construir
(túneles, cámaras, pozos, etc.) o extraer materiales y
minerales económicos (minería)
• Existen muchos métodos de perforación que se han
desarrollado a lo largo de la historia, en el cuadro
siguiente se ven los métodos usados actualmente
Métodos de perforación
Métodos convencionales
Rotativos
Escareo (perforación continua)
Triconos
Brocas de corte
sondajes
Rotación Percusión
Martillo en la cabeza (OTH)
Martillo en el fondo (DTH)
Métodos no convencionales
Métodos térmicos
Jet Pearcing
Perforación laser
Perforación con microondas
Métodos Químicos
Métodos de perforación en minería
subterránea
Perforación Subterránea
ENERGIA MECANICA
Rotativos
Escareo (perforación continua)
Raise BORING
BIND HOLE
TBM
Triconos
Taladros largos
Rotación Percusión
Martillo en la cabeza (OTH)
Perf. Neumáticas
Perf. Hdraulicas
Martillo en el fondo (DTH)
Perforadoras hidráulicas
Método rotación percusión
• La perforación de rotación y percusión se basa en
principio de golpear (percutir) un cincel (broca),
empujando y girando (rotar), para que se produzca la
rotura de la roca en pequeños fragmentos (detritus) que
se van limpiando y se forma el hoyo.
• En la actualidad este trabajo se hace con maquinas que
aceleran el proceso de penetración en la roca.
• La transmisión de la energía cinética (Ec) en
perforadoras OTH se hace en forma de onda de choque
atraves del varillaje , cuando la onda de choque llega a
la broca se convierte en trabajo que penetra la roca.
• En el caso de perforadoras DTH la transmisión de la
Energía cinética es directa, con lo cual se logra mayor
penetración en rocas duras.
• Esta energía cinética de una perforadora RP se puede
calcular con la siguiente fórmula:
Ec= ρm* Ap * Ip
Donde;
ρm Presión de fluido dentro del cilindro (30% a 40%
menor que la presión de trabajo nominal o del
compresor)
Ap Área de la cara del pistón
lp Carrera del pistón
ng frecuencia de impactos
• La potencia CINETICA del martillo o perforadora es
Pc = Ec * ng
• La rotación, que se produce después de cada golpe o
percusión, tiene la finalidad de girar la broca con el
propósito de que esta actúe en distintos puntos en el
fondo del barreno.
• La velocidad de rotación esta en función al tipo de roca y
al tipo de broca que se utiliza.
Ejemplo (brocas de 51mm a 89mm)
o cuando la brocas son de tipo pastilla los rpm están
entre 80- 150 y se produce un giro de 10- 20°
o Cuando son brocas de botones los rpm están entre
40-60 y se produce un giro de 5- 7°
• El empuje es necesario para que la broca siempre este
en contacto con la superficie de perforación, la falta o
exceso de empuje produce los siguiente efectos.
Mayor
consumo
Barrenos.
Calentamiento
de barreno.
Mayor Gasto de
brocas
Vibración
Desviación de
taladros
• El barrido o soplado de barrenos se hace con el fin de
evacuar los detritus y mantener siempre libre el fondo de
taladro. Este se puede hacer con aire o agua
Si el barrido es incorrecto :
Mayor consumo de energía
Atascos de la barra
Desgaste prematuro varillaje
• Para hallar el caudal de barrido se usa las siguientes
formulas:
𝒗𝒂 = 𝟗. 𝟓𝟓 ∗ 𝝏𝒓
𝝏𝒓+𝟏 ∗ 𝒅𝒑𝟎.𝟔
𝑸 = 𝒗𝒂 ∗ 𝑫𝟐 +𝒅𝟐
𝟏. 𝟐𝟕
Donde:
va = velocidad ascencional (m/s)
Q = caudal (m3/min)
D = diámetro broca (m)
d = diámetro barreno(m)
dr = densidad de la roca (gr/cm3)
dp= diametro de detrito (mm)
Velocidades de barrido con aire
Caso Practico 1
Calcular la Energía cinética (Ec) y Potencia (Pc) de un
perforadora hidráulica de que tiene las siguientes
características:
Presión de trabajo (ρm) = 200 bar
Carrera del pistón (Ip) = 80 mm
Diámetro del pistón (Øp) = 60 mm
Frecuencia de impacto(Ng)= 80 Hz
Solucion:
Ec= ρm* Ap * Ip
Para solucionar este problema debemos convertir ρm de bar a Kg-f/m², esto porque lp y
Øp los expresamos en m.
Ap = 𝜋𝑟2 = 3.1416 ∗ (60
2)²= 2827 mm²
1 bar = 10 197.16 kg-f/m² entonces 200 bares = 2 039 432.5 kg-f/m²
Remplazamos en Ec.
Ec = (2 039432.5 kg-f/m² * 0.65) * 0.002827 m² * 0.80 m= 2298.50 kgf- m
Hallamos la energía o potencia de impacto (Pi) en KW Si, 1 kgf-m = 0.009806 KW
Ec = Pi = 29,43 KW.
Potencia cinética
Pc = Ec*ng = 2298.5 *80 = 183 880 kgf-m
Si 1 kgf-m = 0.00000272 KW/hr.
Pc= 0.50 KW/hr.
Método rotativo de perforación
• Este método utiliza solo la rotación para romper la roca,
para logar esto se necesita que el empuje sea muy
considerable.
• El empuje mínimo (lb.) esta en función a la resistencia a
la compresión de la roca (RC en Mpa.) y al diámetro de
la broca (D en pulg.)
Em = 28,5 * RC* D
• Este gran empuje se puede obtener del peso de la
perforadora o un sistema hidráulico capaz de presionar
la broca lo suficiente para que escarie la roca.
• La perforación se realiza con brocas diseñadas para
cada aplicación. En minería se usa los triconos, que son
un sistema de tres brocas cónicas que actúan (rotan)
independientemente generando mejor penetración en la
roca.
Brocas para
perforación
rotativa
• La velocidad de rotación está en función a la dureza de
la roca y el tipo de triconos (Dientes de acero o insertos
de carburo)
Caso practico 2
• Se quiere determinar el empuje mínimo necesario para
perforar una roca de 210 Mpa de resistencia a la
compresión con una perforadora rotativa con broca de 4
pulgadas.
solución:
Em = 28,5 * RC* D
Em = 28,5 * 200* 4
Em = 22, 800 Lb.
Sistemas constructivos con perforación
Selección del método de perforación
• El criterio mas usado para definir el método de
perforación se basa en:
– La Resistencia a la compresión de las rocas
– Diámetro del taladro
Selección del método de perforación
• Sin embargo la selección también debe considerar las
variables:
– Métodos de explotación
– Capacidad de mecanización de las operaciones.
– Técnicas de perforación y voladura
– Costos
– Capacidad de automatización
– Mantenimiento, etc.
Método de explotación vs. método de
perforación
98
4. Sistemas de montaje
• Los sistemas de montaje de perforadoras en minería
subterránea están directamente relacionados con los
usos y necesidades de perforación.
• Se utilizan vehículos de ruedas, de orugas y sobre
ríeles. También plataformas, ski´s y otros montajes
especiales.
• Se puede clasificar el montaje de la siguiente manera:
Sistema de Montaje de Perforadoras
Móviles
Sobre Ruedas
Neumáticos
Rieles
Sobre Orugas
Fijos
Sobre Plataformas
Montajes Especiales
Sistema de montaje móvil : Jumbo
Chasis
corredera
Perforadora
Brazo de perforación
Sistema hidráulico
Unidad de potencia
Tren de potencia
Carrete
• Partes principales del chasis
• Partes principales tren de potencia
• Unidad de potencia
• Brazo de perforación
• Correderas o deslizadoras
• Carrete
• Sistema hidráulico
• Sistema eléctrico
• Circuitos de agua y aire
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Deslizadera y
perforadora
Carrete del
cable
cabina
armario
Motor
eléctrico
canasto
Sistemas móviles: track drill y rock drill
Pluma o castillo
Perforadora
neumática brazo
orugas
Sistema hidráulico
Motor neumático
Carrusel de barras Deslizadora
Sistemas fijos
116
5. Velocidad de penetración
• La velocidad de penetración en roca depende de
muchos factores externos como:
Características de perforación
Mecanización de la perforación
Potencia de la perforadora
Longitud y Diámetro del taladro
Habilidad del perforista
Propiedades físicas de las rocas
Distribución de tensiones
Estructura interna de la roca.
Características geológicas
• Estos factores hacen que el calculo de la velocidad de
perforación sea complicado.
• Todos los fabricantes de perforadora elaboran ábacos
para poder tener una aproximación a la velocidad de
penetración con ciertos supuestos geológicos.
• También se han planteado formulas empíricas, estas
generalmente se usan para el diseño y requerimiento de
perforadoras.
Velocidad de perforación para perforadoras
Rotación Percusión
Propiedades geológicas
Propiedades de la perforadora
30 KW
40 KW
• La formula empírica para hallar la velocidad de
penetración en perforadoras RP es:
VP =𝟑𝟏 ∗ (𝑷𝒊
𝑫𝟏.𝟒)
Donde :
Pi potencia impacto en KW
D diámetro de taladro en mm
Caso Practico 3
• Calcular la velocidad de penetración en roca dura y
suave de un martillo hidráulico que tiene las siguientes
características:
Presión de trabajo alcanzada (ρm) = 180 bar para roca suave
Presión de trabajo alcanzada (ρm) = 150 bar para roca dura
Carrera del pistón (Ip) = 450 mm
Diámetro del pistón (Øp) = 60 mm
Frecuencia de impacto(Ng) = 102 Hz
Diámetros de la broca = 45 mm a 64 mm
Solucion:
Ec= ρm* Ap * Ip
Determinamos Ap = 3.1416 (30/2)² = 706.86 mm
• Roca suave
Convertimos presión a kg-f/m²= 180 bar * 10 197.16 = 1 835 489.2 kg-f/m²
Ap = 𝐴 = 𝜋𝑟2 = 2827 mm² = 0.002827 m²
Remplazamos en Ec.
Ec = (1 835 489.2 kg-f/m² * 0.65) * 0.002827m² * 0.450 m = 1518 kg-f.m
Convertimos esta energía a Kw si, 1 Kkgf-m = 0.009806 Kw
Ec = Pi = 15 KW.
• Roca Dura
Convertimos presión a kg-f/m²= 150 bar * 10 197.16 = 1 529 574 kg-f/m²
Ap = 𝐴 = 𝜋𝑟2 = 2827 mm² = 0.002827 m²
Remplazamos en Ec.
Ec = (1 529 574 kg-f/m² * 0.65) * 0.002827m² * 0.450 m = 1264 kg-f .m
Convertimos esta energía a Kw si, 1 Kkgf-m = 0.009806 Kw
Ec = Pi = 13 KW
• Remplazamos los valores en la formula y construimos la gráfica para cada
diámetro de broca:
VP =𝟑𝟏 ∗ (𝑷𝒊
𝑫𝟏.𝟒)
Roca suave Roca Dura
m/min m/min
45 2.25 1.95
48 2.06 1.78
51 1.89 1.64
54 1.75 1.51
57 1.62 1.40
60 1.51 1.31
63 1.41 1.22
66 1.32 1.14
Velocidad perforacióndiámetro
de la broca
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
2.20
2.40
45 48 51 54 57 60 63 66
ve
loci
da
d p
erf
ora
ció
n e
n m
/m
in.
diametro en mm
Velocidad de penetración en perforadoras
rotativas con triconos
• La formula empírica para hallar la velocidad de
perforación con perforadoras rotativas es
VP =(𝟔𝟑.𝟗 ∗𝑬´ ∗𝑵
𝑹𝑪𝟐∗ 𝑫𝟎.𝟗 )
Donde:
E’ = Empuje en kg
N = la velocidad de rotación en rpm
RC= resistencia a la compresión de la roca en Mpa
D diámetro de la broca en mm
El empuje E se calcula en base a:
𝑬 =(𝑬𝒎 + 𝑬𝒎𝒂𝒙)
𝟐
Donde
Em = 28,5*RC* D
EMax = 2 *Em
E en lb. D en pulg. y RC en Mpa.
Una regla practica cuando las perforadoras utilizan su peso bruto (PB) para
aplicar el empuje ( o pull down):
E = 0.65 PB
Caso practico 4
• Determinar la velocidad de penetración de una
perforadora rotativa que usa una broca tricónica de 100
mm para las siguientes rocas:
Tipo de roca Resistencia a la
compresión (Mpa)
Velocidad de
rotación (RPM)
Suave 140 100
Media 180 60
Dura 210 40
• Solución
DATOS
diametro 100 mm
diametro 3.94 pulgadas
tipo de roca Mpa RPM
suave 140 100
medio 180 60
dura 210 40
determinamos E
tipo de roca Em Emax. E (lb.) E (kg.)
suave 15709 31417 23563 10688
medio 20197 40394 30295 13742
dura 23563 47126 35344 16032
Determinamos Velocidad de Perforación
suave 55.2 m/hr.
medio 25.8 m/hr.
dura 14.7 m/hr.
• Sin embargo esta VP es cuando no existe tiempos
muertos y la disponibilidad de la perforadora es 100%,
en la realidad esto no es así, entonces si la
disponibilidad es 80% tenemos la velocidad media de
perforación:
𝐕𝐌 = 𝟐 𝐕𝐏𝟎.𝟔𝟓
Determinamos Velocidad de Perforación y la velocidad media
VP VM
suave 55.2 m/hr. 27.13 m/hr
medio 25.8 m/hr. 16.53 m/hr
dura 14.7 m/hr. 11.49 m/hr
129
6. Características generales y de diseño
Perforadoras Ligeras
Son aquellas maquinas que tienen un peso tal, que puede ser
operadas por una sola persona, generalmente usan aire
comprimido para funcionar, es decir son neumáticas.
Son de fácil operación y mantenimiento, permiten perforar en zonas
estrechas o de difícil acceso.
Debido a su bajo requerimiento de energía permiten una buena
relación de costo por metro perforado.
Partes principales de una perforadora
Neumática
Porta barreno
grapa
Válvula reguladora paso de aire mango
Barreno integral
Perforadoras de avance o desarrollo
La necesidad operativa de incrementar las secciones, velocidad de
producción e incremento de diámetros llevaron a que se mecanice
la perforación, es decir, a que se introduzcan perforadoras
montadas sobre vehículos o sistemas de perforación.
Los sistemas constructivos de perforación involucran perforadoras
diseñadas para construir labores verticales como piques y
chimeneas, y tiene un alto grado de mecanización.
Perforadoras hidráulicas
– La diferencia principal con las neumáticas es que usan una serie
de bombas para introducir un caudal de aceite lograr el movimiento
del pistón y la rotación del varillaje, esto permite mayor potencia de
trabajo.
– Existen muchos modelos y están fabricadas de acuerdo al uso, las
partes principales se ven en la siguiente diapositiva
Partes principales de perforadora hidráulica
Pistón
bo
cin
a
Válvula de fluidos
Sistema de
transmisión
potencia
Sellos
Culata
Motor
hidráulico
La perforación hidráulica supone un avance tecnológico con
respecto a la neumática porque:
o Se logra mayor presión con menor perdida de
potencia en el trabajo, con esto se reduce el
consumo de energía a 1/3 en comparación de los
sistemas neumáticos.
o Menor costo de accesorios de perforación (aceros),
debido a que se usan pistones mas largos y de
menor sección, se estima que la vida útil de los
aceros se puede elevar hasta en 20%
o Se incrementa la velocidad de penetración entre 50%
a 100% con respecto a las perforadoras neumáticas
o Mejores condiciones ambientales y de seguridad, se
genera menor ruido debido a que no existe escape
de aire.
o Mayor versatilidad en la perforación debido a que se
puede regular la presión y velocidad de la maquina.
o Mayor facilidad de mecanización de las operaciones
de perforación (cambio automático de varillaje,
perforación con múltiples martillo y un solo operador,
operaciones remotas, etc.)
Características principales
• Especificaciones
Presión de Trabajo 75 a 250 bares
Frecuencia de impacto 2000 a 6000 golpes/min
Potencia de impacto 6 a 80 KW
Frecuencia 60 a 180 Hz.
Varillaje de para perforadoras hidráulicas
Jumbos para trabajos específicos
• Jumbos de avance y tajeo horizontal:
• Estas maquinas se usan en:
o Desarrollo de galerías, cruceros, rampas.
o Tajos donde se perfora horizontalmente
• Se deben diseñar las labores de acuerdo a las
dimensiones y área de cobertura de la máquina
altura
Longitud del Jumbo
Largo del brazo
Longitud del
barreno
• Jumbos para túneles:
– Son máquinas de mayores dimensiones que están equipadas
con varias perforadoras hidráulicas, además suelen ser
articuladas, con los que se logra mayor movilidad dentro del
túnel
• Jumbos de bajo perfil
• Estas maquinas son de menor altura que los convencionales
y se usan en labores donde no se pueden excavar secciones
mayores a 20 m2
147
Perforadoras de Producción
La perforación de producción esta ligada al método de
explotación del yacimiento. Los equipos y el grado de
mecanización de estos están en función directa al diseño
geométrico de las labores de extracción de los minerales.
En los yacimientos estrechos (vetas), se usan perforadoras
manuales, en los tajos donde el banqueo se hace
perforando horizontalmente se usan Jumbos, en otros
métodos donde las dimensiones del yacimiento lo permiten
se usan perforadoras radiales, rock drill o perforadoras tipo
DTH.
Jumbos radiales
• Son perforadoras que pueden realizar taladros largos
desde un galería en forma radial o paralela, algunas
características básicas
Para galerías pequeñas a medianas diámetros de perforación en el
rango de 48 a 127 mm. Carruseles con capacidad de 17+1 barras
para perforación mecanizada de hasta 32 m.
Para galerías medianas a grandes en el rango de diámetros de
perforación de 89 a 165 mm, adaptado para equipar martillos en fondo
y carrusel con capacidad de 35+1 barras para perforación mecanizada
de hasta 63 m.
150
Perforadoras para taladros largos
• Son perforadoras montadas sobre orugas generalmente
tipo rock drill (con martillos hidráulicos) o track drill
(martillos neumáticos).
• Estas están diseñadas para perforar horizontal o con
una leve inclinación (menor a 30°) en bancos hacia
abajo.
• Se usan en producción y pueden tener sistema DTH o
OTH
Sistema de perforación
Partes de Rock drill
156
7. Factores operacionales y práctica
operativa
Factores operacionales
• La perforación es una de las actividades mas delicadas
del proceso minero porque con esta se inicia la
explotación del yacimiento.
• La perforación es un proceso costoso y de alta
precisión, de los resultados de esta dependerán las
siguientes etapas de minado.
• Los factores operativos necesarios para que esta
actividad se realice de la mejor forma son:
Factores Operativos
Planeamiento y gestión
Buenos programas de perforación : detalle,
asignación y supervisión.
Capacidad técnica para el control del diseño y planes
control del consumo de insumos y estandarización
de parámetros.
Maquina
Buena relación de Potencia y Diseño con el trabajo
asignado
Disponibilidad mecánica alta
Bajo consumo de energía
Factor humano
Habilidades para operar la máquina
Disposición y disciplina para respetar los procedimientos.
Capacidad técnica para entender y solucionar los parámetros (diseños de
malla, diámetros, paralelismo, etc.)
Practicas operativas
• La perforación en minería subterránea debe basarse en
un procedimiento escrito que pueda estandarizar las
actividades unitarias con el objeto de lograr mayor
eficiencia y seguridad.
• Este procedimiento es particular en cada operación y
para cada tipo de perforadora, si embargo podemos
esquematizarlo de la siguiente manera:
Fase: planeamiento
Establecer Secuencia de perforación por zonas con base al plan de Minado.
1 Calcular el numero de taladros necesarios para cumplir el plan de desarrollo y producción.
2 Asignar las perforadoras en cada frente de trabajo.
3 Optimizar el uso de maquinas. evitar maquinas stand by.
Diseño de malla de perforación de con base a estándares establecidos.
1 Establecer plantillas de malla de acuerdo a la zona de trabajo, calidad de la roca, estabilidad del frente, método de explotación, etc.
2 estandarizar el uso de aceros de perforación (brocas, barrenos, etc.).
Ubicación de los taladros programados en el
terreno.
1 Marcar con topografía las mallas establecidas, generando un reporte digital de los puntos a perforar.
2 generar y proveer planos, diagramas y toda la información necesaria a la supervisión
Fase: Operación
Antes de la Perforación
1 Reunión de seguridad y explicación del trabajo.
2 Elaboración de ATS (análisis de trabajo seguro)
3 Ejecutar el check list de la máquina y herramientas
.
Durante la operación.
1 Respetar los diseños de perforación
2 Controlar y documentar todos los eventos durante la perforación. ( # de taladros, orden de perforación, tiempo efectivo, demoras operativas y no operativas, etc.)
Despues de la perforación
1 medición de los taladros y reporte final de los taladros perforados.
2 reporte de tiempos y consumos (combustible, energía, aceros, etc.)
3 reporte de eventos y llenado de los reportes de cambio de guardia.
Fase: gestión
Elaboración de estadisticas
1 Estadísticas de consumo: de combustible o energía, aceros de perforación, consumibles, etc..
2 Estadísticas de operación : velocidad de perforación en cada tipo de roca, tiempos, etc.
3 Demoras operativas y no operativas.
.
Análisis de parámetros
1 Establecer ratios de consumos por zona/maquina/insumo
2 Establecer los ciclos de perforación por zona / tipo de trabajo/ maquina
3 Establecer la eficiencia operativas por cada maquina/zona
retroalimentación
1 Elaboración de planes.
2 identificación de oportunidades de mejora
3 Elaboración y control de presupuestos (costos asignados).
163
8. Criterios técnico-económicos de
selección
• Existe un gran desarrollo tecnológico en perforación
subterránea, esto ha hecho que cada vez existan
máquinas mas especializadas.
• La selección de las perforadoras debe ser cuidadosa
porque cualquier falla verá reflejada en la eficiencia
operativa y por tanto en el costo.
• Normalmente en una mina existen diferentes trabajos de
desarrollo y producción, entonces existen diferentes
tipos de perforadora operando.
Tipos de perforadoras en operación
Criterio selección de perforadoras subterráneas
Aspectos técnicos
Método (s) de minado
seguridad
Producción requerida
Características geométricas y dimensiones de labores de desarrollo / producción
Compatibilidad con otros equipos y maquinas.
infraestructura auxiliar (electricidad, ventilación, talleres, etc.)
Aspectos económicos
Financieros
Precio, costo beneficio, valor de rescate
Financiamiento: Tasa de interés, vida útil económica
Costo de mantenimiento y reparación
Costo de aceros y accesorios.
Método Shirinkage
Producción Preparación/desarrollo horizontal Preparación/desarrollo vertical
Criterio técnico
Método sub level stoping
Producción Preparación/desarrollo horizontal
Preparación/desarrollo vertical
Método cámaras y pilares
Producción Preparación/desarrollo horizontal
Preparación/desarrollo vertical
Block caving
Producción Preparación/desarrollo horizontal
Preparación/desarrollo vertical
Criterio económico
• Se evalúa básicamente el costo de operación de la
máquina.
• En este costo se debe considerar
– Costos fijos: Intereses del capital invertido, depreciación,
impuestos y seguros.
– Costos variables : combustible, lubricantes, aceros de
perforación y mano de obra directa.
• Algunas definiciones importantes
– Inversión (V): se refiere al valor de la maquina, este puede ser
CIF/FOB o puede incluir aranceles e impuestos.
– Valor rescate (vr): es el monto económico que se piensa
recuperar al final de la vida útil de maquina, generalmente se
expresa en un % del valor inicial
– Vida útil (N) : es el periodo durante la maquina trabaja con un
rendimiento económicamente justificable
– Inversión media anual (VIMA) :es el valor que se considera
como invertido al principio de cada año de la vida de la maquina.
VIM =((N+1)/2N) x V
V= valor de la maquina o inversión
– Depreciación (D) : es el costo que resulta de la disminución en
el valor de la maquina como consecuencia de su uso
D = (V-vr)/ve
ve= vida económica en horas.
– Interés de capital invertido (I) : cualquier empresa para comprar
maquinaria adquiere fondos de bancos o mercado de capitales,
pagando una tasa de interés la misma que debe ser calculada
en el costo operativo.
– MO mantenimiento y reparación: son los costos que se originan
en la conservación de la maquinas. (mantenimiento preventivo).
– Es difícil establecer un promedio de costo debido a las
diferentes condiciones de trabajo, por eso se estimará en base a
un %MR (tablas), V y vr.
Perforadora de ORUGAS 0.70%
cargadores Sobre Llantas ( de 1 a 3,5 yd3) 0.60%
Cargadores Sobre Llantas ( de 4 a 8 yd3) 0.60%
Retroexcavadora de Oruga 0.60%
Tractores de Oruga (<240 HP) 0.60%
Tractores de Oruga (>250 HP) 0.60%
Motoniveladoras 0.60%
Rodillo 0.55%
MR= %MR * (V/ve)
Gastos de Mantenimiento y Reaparacion (MR)
– Consumo de Combustibles y Lubricantes: El consumo de
combustible es dado por el fabricante, hay que corregir por
altura (perdida de potencia de motor por altura geográfica).
– Los consumos de lubricantes y demás consumibles también son
dados por los fabricantes. Para el calculo previo se ha
relacionado este al consumo de combustible.
– Mano de Obra directa : se considera al personal que esta
directamente involucrado en la operación de la maquina
(perforista). El costo generalmente es proporcionado por RRHH.
– Aceros de perforación : de debe determinar la vida útil de cada
uno de ellos, inicialmente se determina en base a tablas del
fabricante, sin embargo se debe llevar una estadística del
consumo en campo para tener mejor datos.
Caso práctico 5
El plan minero de mina Rocasa sido diseñado para el método corte
y relleno con 14 metros de altura rebaje en los niveles superiores y
de 17 a 20 metros de altura rebaje en los niveles inferiores.
La altura rebaje inferior incluye mayores costos por tonelada de
mineral, pero tiene menores costos teniendo en cuenta el refuerzo
de rocas. El minado apunta que empezar desde el nivel más
profundo para minimizar las pérdidas de mineral en pilar horizontal.
Calcular el costo horario de las perforadoras necesarias para la
explotación con los siguientes datos:
– Precio Maquinas
– Jumbo 2 brazos 600,000
– Perf. taladros largos 800,000.
– Valor rescate
– Jumbo 10%
– Perf. Taladros largos 12%
– Vida útil en horas
– Jumbo 60,000
– Perf. Taladros largos 80,000
– Tasa de interés
– Jumbo 12%
– Perf. Taladros largos 8%
Solución
Corte y relleno
Producción Preparación/desarrollo
– Determinamos la inversión promedio anual, con los datos
proporcionados para el Jumbo de 2 brazos:
A.- DATOS
Potencia de Motor
600,000 US$
Valor residual - termino de vida util (10%) 60,000 US$
540,000 US$
60,000 Vida Util Hrs (ve)
8.33 Años (N)
2.0 Guardias/día
10.00 Hrs efect./Gdia.
Horas de operación por año 7,200.00 Horas
US$
N+1 x V
2 N
Tasa Interes efectiva anual (TEA) 12.00%Condiciones de Operación PROMEDIO
Maquina JUMBO 2brazos
Inversión Anual Promedio = 336,000.00
VALOR DE LA MAQUINA (V)
Precio Base de Depreciación
Tiempo de Depreciación
Inversión Anual Promedio =
– Calculamos el costo de propiedad horario de la perforadora Jumbo:
– Calculo del costo de Operación, debemos saber que:
» La máquina consume 10 gph de diesel
» El precio del diesel 3.75 $/galon.
» El consumo de grasa y lubricantes representa 68% del
precio del combustible
» Los gastos de mantenimiento MR = 0.70
B.- COSTO DE POSESIÓN o PROPIEDAD
US $/ Hr.
9.00
(N+1/2N) x V x i x N 5.60
Vida Util HrsCosto de Posesión por Hora 14.60
Precio Base Depreciacion
Tiempo Depreciacion (hrs)Depreciación por Hora = =
Costo Financiero = =
=
– Calculamos el costo de propiedad horario de la perforadora Jumbo:
– Calculo del costo de Operación, debemos saber que:
» La máquina consume 10 gph de diesel
» El precio del diesel 3.75 $/galon.
» El consumo de grasa y lubricantes representa 68% del
precio del combustible
» Los gastos de mantenimiento MR = 0.70
B.- COSTO DE POSESIÓN o PROPIEDAD
US $/ Hr.
9.00
(N+1/2N) x V x i x N 5.60
Vida Util HrsCosto de Posesión por Hora 14.60
Precio Base Depreciacion
Tiempo Depreciacion (hrs)Depreciación por Hora = =
Costo Financiero = =
=
– Calculamos la mano de obra directa, los costos de aceros de
perforación y el costo total horario del Jumbo
C.- COSTOS DE OPERACIÓN US $/ Hr.
Consumo Diesel 10.00 Gln/hr 3.75 US$ / Galón 37.50
Consumo de aceite, grasas, filtros, etc. (% consumo combustible segun dato) 25.31
Mantenimiento y Reparacion MR=%MR*(V/ve) 7.00
Costo de Operación por Hora 69.81
F MANO DE OBRA DIRECTA Personas 1.00 $ hr/mes
2500.00 240.00 10.42G Accesorios Vida Util Precio
Hrs. Efect. USD $
Aceros de perforacion 200.00 2000 10.00
10.00
H COSTO TOTAL HORARIO 104.83
basico + bonificaciones
US $/ Hr.
Costo Accesorios
• Solución para la Perforadora de taladros largos: – Determinamos la inversión promedio anual, con los datos
proporcionados :
A.- DATOS
Potencia de Motor
800,000 US$
Valor residual - termino de vida util (10%) 80,000 US$
720,000 US$
80,000 Vida Util Hrs (ve)
11.11 Años (N)
2.0 Guardias/día
10.00 Hrs efect./Gdia.
Horas de operación por año 7,200.00 Horas
US$
N+1 x V
2 N
Tasa Interes efectiva anual (TEA) 8.00%Condiciones de Operación PROMEDIO
Maquina DTH
Inversión Anual Promedio = 436,000.00
VALOR DE LA MAQUINA (V)
Precio Base de Depreciación
Tiempo de Depreciación
Inversión Anual Promedio =
– Calculamos el costo de propiedad horario de la perforadora DTH:
– Calculo del costo de Operación, debemos saber que:
» La máquina consume 12 gph de diesel
» El precio del diesel 3.75 $/galon.
» El consumo de grasa y lubricantes representa 60% del
precio del combustible
» Los gastos de mantenimiento MR = 0.75
B.- COSTO DE POSESIÓN o PROPIEDAD
US $/ Hr.
9.00
(N+1/2N) x V x i x N 4.84
Vida Util HrsCosto de Posesión por Hora 13.84
Precio Base Depreciacion
Tiempo Depreciacion (hrs)Depreciación por Hora = =
Costo Financiero = =
=
– Calculamos la mano de obra directa, los costos de aceros de
perforación y el costo total horario de la perforadora DTH
C.- COSTOS DE OPERACIÓN US $/ Hr.
Consumo Diesel 12.00 Gln/hr 3.75 US$ / Galón 45.00
Consumo de aceite, grasas, filtros, etc. (% consumo combustible segun dato) 27.90
Mantenimiento y Reparacion MR=%MR*(V/ve) 7.50
Costo de Operación por Hora 80.40
F MANO DE OBRA DIRECTA Personas 1.00 $ hr/mes
2500.00 240.00 10.42G Accesorios Vida Util Precio
Hrs. Efect. USD $
Aceros de perforacion 200.00 3000 15.00
15.00
H COSTO TOTAL HORARIO 119.66
basico + bonificaciones
US $/ Hr.
Costo Accesorios
189
9. Mantenimiento de equipos
• El mantenimiento se realiza de acuerdo a las
especificaciones de fabricante y generalmente esta
referido a lubricación y cambio de piezas que se
desgastan por el uso.
• Las partes que tienen un mantenimiento preventivo
especificado son:
o Sistema Hidráulico : para percusión,
rotación, avance y posicionamiento
del boom.
o Sistema de Agua : Para el barrido de la
broca y enfriamiento del aceite hidráulico.
o Sistema de Aire : Para
lubricación y presurización del
cabezal (front head) de la
perforadora.
o Sistema Eléctrico : Para
la operación y control de
los motores eléctricos
Mantenimiento diario
1. Engrasar todos los puntos indicados
2. Tenga cuidado de la lubricación del brazo hidráulico y de la viga de
avance.
3. Revisar el ajuste de los pernos.
4. Revisar el nivel de aceite; agregar aceite cuando sea necesario.
5. Revisar el ajuste de los terminales.
6. Revisar los apoyos centralizadores.
7. Observar si existen fugas de agua y aceite.
8. Observar la condición de los filtros de retorno.
9. Cuando cambie mangueras recuerde taparlas para mantenerlas
limpias, además no olvide de taponear las conexiones de la
perforadora cuando la remueva para reparación.
10.Mantenga la limpieza también cuando reemplace el acumulador.
194
10. Seguridad y prevención de accidentes
• La seguridad en el trabajo es el tema mas importante en
la minería subterránea.
• Existe legislación y reglamentos para regular y prevenir
accidentes, estos varían en cada país, si embargo todos
buscan eliminar los accidentes.
• La gestión de la seguridad es integral, para esto se han
diseñado sistemas, que a través de la capacitación,
procedimientos, análisis situacionales, etc. permiten que
se cumpla los objetivos planteados.
• El sistema se basa básicamente en:
Sistema Gestión
Identificación de peligros evaluación y control riesgos
IPERC
Procedimiento Escrito de Trabajo Seguro
PETS
Análisis de trabajo seguro
ATS
IPERC
• Se debe construir una matriz de peligros, riesgos y los
controles para controlar los accidentes en cada proceso.
PETS
• Siempre se debe escribir el procedimiento del trabajo a
realizar, este debe ser conocido por todos los
trabajadores involucrados.
Procedimiento trabajo seguro en perforación
Use todo el EPP Requerido
Cuando arranque realice la prueba de verificación de los frenos de servicio inmediatamente.
No esta permitido llevar pasajeros.
Si es eléctrico Asegúrese que el cable está apropiadamente fijado, y que el tapón y el enchufe este limpio para evitar el daño a ellos.
Observe la longitud del cable.
Verifique la tensión y la longitud del cable al manejar hacia la ubicación de trabajo
Conducir
Todos los procedimientos de mantenimiento se han ejecutado.
La transmisión esta en neutral.
La válvula selectora de control del brazo hidráulico en la posición
adecuada.
Revisar la altura adecuada el techo de seguridad.
Mover el brazo a la posición de manejo, rotar la viga de avance sobre el brazo y baje el extremo posterior contra el brazo.
Mover el extensor, viga de avance y la perforadora a la posición posterior.
Antes de operar verificar que el freno de parqueo esté funcionando perfectamente.
Antes de arrancar
Abrir la válvula del fondo para eliminar el agua que puede haber aumentado en el lubricador y el tanque principal.
Revisar los niveles de aceite del tanque hidráulico y Lubricador central y agregue cuando sea necesario.
Revisar el nivel de agua en el purificador de agua (si posee uno) y agregar cuando sea necesario
Verificar
Arrancar la bomba de agua y el compresor.
Revisar que los controles de operación y el panel de control estén en la posición central (neutro) y las perillas de parada de emergencia estén en la posición aplicado.
Arrancar el Sistema hidráulico, presionando el botón de arranque (start).
Utilizando las gatas ubicar el jumbo paralelamente al eje axial del túnel.
Posicionar la viga de avance paralela con el eje de rotación del brazo, para ello es posible utilizar el sistema de paralelismo automático.
Ver la malla de perforación a utilizar y revisar la secuencia de los taladros a perforar.
Usando el cilindro de extensión de la viga de avance posicionarlo contra la roca.
arrancar la perforadora
Estacionar a una distancia adecuada del frente de Perforación.
Apagar el motor diesel y aplicar el freno de parqueo.
Conectar el interruptor principal de corriente y el de luces.
Conectar la manguera de agua. Antes se debe limpiar las mangueras para abrir las líneas de alimentación.
Revisar el lugar de perforación, que exista una visión adecuada y el techo de la galería este segura.
Conectar la manguera de aire cuando sea necesario. Limpiar la manguera antes de conectarla.
Antes de perforar
Haga reposar la perforadora a una distancia de 5 – 10 cm de la parte posterior para prevenir la fatiga del resorte amortiguador de choques.
Remover la broca y cambiarla por una nueva.
Mover la viga de avance y el brazo hidráulico a la posición de traslado.
Verificar la altura correcta del techo de seguridad protector al momento del traslado.
Desconectar la manguera de agua. En lugares donde las temperaturas sean extremadamente frías corte el flujo de agua inmediatamente..
Subir las gatas. Desconectar la línea de alimentación de energía eléctrica y desconecte el interruptor generación
Observar la viga de avance para impedir al cable caerse, y tener el cuidado de no golpear los extremos de las alimentaciones.
Maneje cuidadosamente y evite las paradas súbitas.
Cuando se detenga estacione el jumbo en una lugar seguro y apropiado, utilizando las gatas dispuestas
.
Al final
Coloque los controles de la rotación, percusión y de avance a la posición de perforación.
Revise que la inyección de agua está operando.
El agua debe fluir libremente a través del barreno de la perforadora.
La presión recomendada de trabajo es:
• Con flujo separado 5 – 15 bar.
• Con flujo central 5 – 10 bar.
Cuando la broca este penetrando en la roca un poco, entonces usted puede aplicar todo el poder de perforación adelante.
La percusión y el avance estarán operando ahora a todo el poder posible.
Revise que el barreno está en el medio de los centralizadores.
Ajuste la posición de la viga de avance cuando sea necesario.
perforar
ATS
• Antes de realizar una labor se debe identificar los
riesgos y determinar los controles por cada uno de los
trabajadores, estos deben quedar documentados.
¡NUNCA!
Usar herramientas no autorizadas
Usar equipo o accesorios en mal estado Transportar personas en la perforadora
Introducir la manos en partes en
movimiento ( usar guardas)
Usar prendas o elementos que
puedan quedar atrapadas en partes
en movimiento
Usar el aire comprimido para limpiar
la ropa de trabajo.
No deben faltar o estar en mal estado
los seguros de mangueras o tubos
que trabajan con alta presión.
¡SIEMPRE ANTES DE PERFORAR!
205
11. Impacto de la selección de la perforadora
en los costos totales
• El costo de perforación es inversamente proporcional a
la velocidad de penetración de la perforadora
CP = 1/VP
• De esta relación se deduce que el impacto en el costo
total de perforación, esta influido por la mejor selección
de la máquina , es decir que se debe elegir la maquina
de mayor rendimiento para las condiciones de la
operación.
Caso práctico 6
• En una mina donde se produce 117,000 TM/mes de
mineral y donde se extrae 13 750 TM/mes de desmonte
por la preparación, se tiene los siguientes datos de los
costos e inversiones:
Costos Totales US$ $/TM
Exploracion 228,204 0.95
Perforación DESARROLLO 50,922 3.70
Perforación PRODUCCION 157,507 1.35
Voladura DESARROLLO 20,177 1.47
Voladura PRODUCCIÓN 91,832 0.78
Sostenimiento 8,661 1.41
Carguio DESARROLLO 35,140 2.56
Carguio PRODUCCION 247,385 2.11
transporte desarrrollo 9,839 0.72
transporte produccion 90,415 0.77
Planta
Chancado 386,043 2.99
Flotación 391,121 3.02
Refinación 1,439,311 162.96
3,156,558 184.79
• Determinar impacto del costo de perforación y el costo
de las perforadoras en el costo total.
Peforación Perforadora Exploracion 500,000 2 1,000,000 15,120
Perforadora Desarrollo 500,000 1 500,000 9,360
Perforadora Produccion 500,000 2 1,000,000 18,720
Voladura Bulk Loader 450,000 1 450,000 6,804
Carguio SCOOPTRAM 350,000 4 1,400,000 26,208
Transporte dumper 400,000 7 2,800,000 52,416
Auxiliares 200,000 3 600,000 11,412
Planta CHANCADO 5,000,000 1 5,000,000 93,600
FLOTACION 5,000,000 1 5,000,000 93,600
REFINACION 50,000,000 1 50,000,000 648,000
67,750,000 975,240
Valor Unitario
Equipo
Inversión total
inicial (CAPEX) cant. Equipo
costo de
propiedad
mensual
• Solución:
El impacto del costo de perforación representa el 6.6 % del
total mensual Costos Totales US$ % del costo total
Exploracion 228,204 7.2%
Perforación DESARROLLO 50,922 1.6%
Perforación PRODUCCION 157,507 5.0%Voladura DESARROLLO 20,177 0.6%
Voladura PRODUCCIÓN 91,832 2.9%
Sostenimiento 8,661 0.3%
Carguio DESARROLLO 35,140 1.1%
Carguio PRODUCCION 247,385 7.8%
transporte desarrrollo 9,839 0.3%
transporte produccion 90,415 2.9%
Planta
Chancado 386,043 12.2%
Flotación 391,121 12.4%
Refinación 1,439,311 45.6%
3,156,558 100%
Si consideramos que el costo mensual de las perforadoras se
representan en la amortización + la depreciación entonces el
impacto en el costo total del equipo es 0.89% del costo total
depreciación
mensual x equipo
Depreciación y
amortización Total % costo total
Peforación Perforadora Exploracion 500,000 2 10,800 4,320 15,120 0.48%
Perforadora Desarrollo 500,000 1 5,400 3,960 9,360 0.30%
Perforadora Produccion 500,000 2 5,400 3,960 18,720 0.59%Voladura Bulk Loader 450,000 1 4,860 1,944 6,804 0.22%
Carguio SCOOPTRAM 350,000 4 3,780 2,772 26,208 0.83%
Transporte dumper 400,000 7 4,320 3,168 52,416 1.66%
Auxiliares 200,000 3 2,160 1,644 11,412 0.36%
0.00%
Planta CHANCADO 5,000,000 1 54,000 39,600 93,600 2.97%
FLOTACION 5,000,000 1 54,000 39,600 93,600 2.97%
REFINACION 50,000,000 1 270,000 378,000 648,000 20.53%
975,240 31%
Equipo
amortizacion
mesualxequipo
Valor Unitario
Equipo
cant.
Equipo
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12. Optimización Operativa
• La optimización operativa en la perforación va estar
influida por el uso de software de diseño y la
automatización de la perforación
Diseño con sotfware
•Mejor calculo de los parámetros geométricos, burden espaciamiento.
•Mejor calculo de explosivos que resulta en mejor fragmentación y mayor avance.
automatización
•control informático permite medir todos los parámetros de perforación y adaptarlos a las necesidades requeridas y además con la utilización de sensores y servo válvulas permite situar los barrenos en su posición exacta, evitando las imprecisiones que son provocadas por errores humanos
Mejores resultados
•Ahorro de mano de obra
•Menor tiempo de perforación
•Menor sobre perforación
•Control de la operación
•Ahorro en varillaje y explosivos
•Menores costos de excavación y seguridad en el trabajo
La automatización permite poder perforar
automáticamente una malla completa bajo
la dirección de un software y el mínimo
de interferencia por parte del operador.
Es apropiado para todas las aplicaciones
que requieren una localización exacta de
los barrenos para dar un perfil deseado
con un mínimo de sobre excavación y un
mínimo de daño a la roca circundante.
bibliografía
Introducción al Jumbo Hidráulico
Universidad Nacional de Ingeniería- Centro de formación técnica.
Manual de perforación y voladura de Rocas
Instituto GeoMinero España
Manual Práctico de Voladura
3ra Edición EXSA
Ing. Jesús Ramos Salazar
El equipo y sus costos de operación
CAPECO 1996
Universidad Politécnica de Valencia
PoliBlog
Ing. Victor Piqueras.
Paginas Web
www.codelcoeduca.cl/procesos_productivos/escolares_extraccion_
equipos_asociados.asp
www.accessscience.com/undergroudmine
www.atlascopco.com.pe/
pol.atlascopco.com/
www.mining.sandvik.com/
www.serminsa.cl/