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La Universidad de la Región de Atacama
Cátedra de Perforación
Nivel 302
Introducción a la Perforación
En la minería y en todos aquellos trabajos de construcción en que se debe extraer
rocas, la primera fase de las operaciones a realizar es la perforación de las rocas y
que consiste en taladrar las rocas de acuerdo a un sistema predeterminado de
ubicación de cada uno de los taladros, los cuales posteriormente son cargados con
una cierta cantidad de explosivos escogidos, calculados previamente, y tronados
para el quebrado de la roca.
La perforación se sigue utilizando en el mundo moderno, el empleo de ella impacta el
desarrollo económico de un País, se utiliza preferentemente en la explotación de las
minas metálicas y no metálicas (subterráneas y a cielo abierto), existentes en el
mundo.
También se aplica en la construcción de proyectos tales como : Construcción de
caminos, grandes carreteras vías de ferrocarriles (por superficies y subterráneos),
represas hidroeléctricas, canales para regadío, canales para la navegación, en la
excavación de fundaciones de grandes edificios, en la exploración petrolera y minera
en la captación de aguas subterráneas en la construcción de muelles, etc.
"Existe una relación intrínseca entre la perforación y la voladura, ya que puede
afirmarse categóricamente que “una buena perforación posibilita una buena
voladura, pero una mala perforación asegura una mala voladura”. "
Fuente Perforación y voladura de rocas en minería pág. 5
Cátedra de Perforación Introducción a la Perforación
Propósito de la perforación de rocas
Propósito de la perforación
En la práctica minera se requiere perforar huecos cilíndricos en la roca con diferentes
objetivos:
• Exploración y reconocimiento de yacimientos o depósitos minerales (cantidad
y calidad.)
• Estudios geotécnicos (propiedades de la roca.)
• Inserción y detonación de cargas explosivas con fines de fragmentación.
• Colocación de elementos de refuerzo
Cátedra de Perforación Introducción a la Perforación
Métodos de perforación de rocas
Métodos de perforación
Para crear un hueco cilíndrico en un sólido en nuestro caso el macizo rocoso es
necesario aplicar energía. En un sentido amplio y según el principio físico utilizado
para aplicar la energía requerida, un sólido puede ser perforado recurriendo a
diferentes métodos de perforación
Los sistemas de perforación de rocas que han sido desarrollados y clasificados por
orden de aplicación según López Jimeno en su libro Manual de perforación y
voladura de rocas, son:
Mecánicos: Percusión
Rotación
Rotopercusión
Rotoabrasivo
Térmicos: Soplete o lanza térmica
Plasma
Fluido Caliente
Congelación
Hidráulicos: Chorro de agua
Erosión
Cavitación.
Sónicos: Vibración de alta frecuencia
Químicos: Micro voladura
Disolución
Eléctricos: Arco eléctrico
Inducción Magnética
Sísmicos: Rayo láser
Nucleares: Fusión
Fisión
A pesar de la enorme variedad de sistemas posibles de perforación de la roca, en
Minería y Obras Civiles la perforación se realiza actualmente, de una forma casi
general, utilizando la energía mecánica.
Método de perforación por energía mecánica
La perforación se basa en concentrar una cantidad de energía en una pequeña
superficie, para vencer la resistencia que ofrece la roca a ser destruida,
aprovechando el comportamiento a la deformación de elástico - frágil que ellas
presentan.
Diagrama de deformación elastico-fragil, al romperse una roca utilizando una broca tipo cincel.
En esta curva podemos observar que tiene una pequeña deformación cayendo
rápidamente producto del quiebre de la roca originando rápidamente el diagrama
elástico- frágil.
Para perforar con energía mecánica se necesitan varios componentes siendo los
principales
La perforadora que es la fuente de la energía mecánica
El varillaje que es medio de transmisión de la energía
El bit que es útil que ejerce sobre la roca dicha energía
El fluido de barrido que efectúa la limpieza y evacuación del detrito producido
Sistema de empuje.
Los principios de la perforación mecánica son:
En general podemos considerar la perforación mecánica de rocas como una
combinación de las siguientes acciones:
Percusión
Rotación
Empuje
Barrido
Percusión:
Son impactos que se realizan sobre o al fondo del pozo de perforación que dan lugar
a ondas de choque que se transmiten al macizo rocoso.
Rotación
El propósito de rotación es hacer rodar la broca para un sitio apropiado para el
próximo golpe. Para los bit de botones se recomienda que la periferia del bit sea
volteado aproximadamente 10 mm después de cada golpe.
Empuje o Avance
El avance es mantener un contacto permanente de la herramienta de perforación en
el fondo del agujero de roca, pero avance que se aplique debe permitir que la
herramienta de perforación pueda seguir rotando.
Barrido
El barrido es una acción que tiene como propósito el transporte del detritus del fondo
del agujero de perforación a la superficie. El barrido se realiza tanto con agua, aire o
una mezcla aire-agua llamado semi-humedo.
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Componentes de un Sistema de Perforación
Perforadora (Drill-Rock)
Por lo tanto una maquina perforadora debe ser capaz de realizar los principios
básicos de la perforación mecánica, pero no necesariamente una maquina debe
aplicar todos los principios.
Equipo 1: Rotación – Empuje – Barrido
Equipo 2: Percusión – Empuje – Barrido
Equipo 3: Percusión – Rotación – Empuje – Barrido
Existen 2 tipos de maquinas perforadoras en el mercado de hoy en día, que se
clasifican según su fuente de energía para realizar la operación mecánica.
Perforadoras Neumáticas
Perforadoras Hidráulicas
Nota: aunque También existe con menor presencia perforadoras eléctricas
Perforadoras Neumáticas
Su funcionamiento de sus componentes es por medio de aire comprimido. El peso de
la maquina es alrededor de 20 Kg y la presión de trabajo es de 6 – 8 bar. Su
rendimiento es bajo. La operación y traslado de la maquina puede ser efectuada por
los propios perforos o montada sobre una estructura. La vida útil del equipo es de 1
año
Las longitudes de perforación alcanzadas con este sistema no suelen superar los 30
metros, debido a las importantes pérdidas de energía en la transmisión de la onda de
choque y a las desviaciones de los barrenos.
López Jimeno pág.. 30
Ventajas
a) Gran simplicidad
b) Fiabilidad y bajo mantenimiento
c) Facilidad de reparación
d) Precios de adquisición bajos
e) Accesos a lugares de trabajo difíciles
Limitaciones
a) Alto consumo de aire comprimido
b) Desgaste por onda de choque en sarta
Perforadoras Hidráulicas
Su funcionamiento de sus componentes es por medio de aceites a alta presión. Su
rendimiento es elevado 20 -30 metros por un Hora de trabajo. El peso de la maquina
es superior a los 170 Kg y la presión de trabajo es de 120 – 250 bar, por lo cual
necesita una estructura para su traslado y operación.
Ventajas
a) Menor consumo de energía, la utilización de energía es muy eficiente, siendo
solo necesario 1/3 de la que se consume con los equipos neumáticos.
b) Menor costo de accesorios de perforación, la forma de la onda de choque es
mucho más uniforme en los martillos hidráulicos que en los neumáticos.
c) En práctica se ha comprobado que la vida útil de la sarta se ha comprobado que
la vida útil de la sarta se incrementa en un 20% para perforadoras hidráulicas.
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Procedimientos de Perforación
Dentro de la amplia variedad de trabajos de perforación y tronadura en la minería se
han desarrollado un gran número de máquinas que dan lugar a dos procedimientos
de perforación
Perforación manual
Perforación mecanizada
Perforación manual
Se lleva a cabo con equipos de perforación ligeros manejados a mano por los
perforistas o también llamados perforos. Se utiliza en trabajos de pequeña
envergadura donde por las dimensiones del sector no es posible utilizar máquinas de
mayor tamaño o no está justificado económicamente su empleo.
La perforación manual se aplica principalmente en la pequeña minería en faenas
subterráneas y en algunos casos puntuales en la mediana minería.
Perforación mecanizada.
Los equipos de perforación van montados sobre una estructura de tipo mecano
llamada chasis. El operador consigue controlar todos los parámetros de la
perforación desde una posición cómoda y segura, ya sea sobre el equipo en una
cabina o aun costado del equipo.
Estos equipos de perforación pueden ir montados sobre neumáticos u orugas y ser
autónomos o remolcables, pueden utilizar energía diesel o eléctrica. Pero
generalmente son de un tamaño de unos 2 metros de largo hasta unos 15 metros.
Operación de empatar
Es una técnica de perforación, rotativa, percutiva, neumática. Consiste en sellar y
estabilizar mediante la generación de lodo la parte superior del pozo.
El viejo al empezar el pozo, en mina cielo abierto, el primer metro, hay mucho
material quebrado producto de la tronadura, el material fino que echan para mejorar
la calidad del piso, el viejo toma el bit y empata el pozo para dejar estabilizado la
parte superior del pozo.
Por qué empatar el pozo:
a) Si se cae el material, va a trancar la barra, tranca el martillo
b) El empate debe estar bien estabilizado ya que cuando carguen, el material cae
en el orificio por lo que la profundidad variara cuando carguen los explosivos, no
será lo esperado.
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Clasificación de los trabajos de Perforación
Clasificación de los trabajos de Perforación
Los trabajo de perforación, tanto en faenas a cielo abierto como subterráneas,
pueden clasificarse en dos grandes grupos, dependiendo si se relacionan en forma
directa con la extracción de la zona mineralizada:
Perforación de Desarrollo
Perforación de Producción
Perforación de Desarrollo
Trabajos de perforación que tienen como propósito poder acceder a la zona
mineralizada como son rampas, accesos, frontones.
Se pueden considerar los trabajos necesarios para generar la infraestructura para la
evacuación del mineral y estéril de la mina como son chimeneas de traspaso
(orepass) , niveles de transporte, cruzados etc.
También las perforaciones de servicios, las que no están destinadas directamente a
la extracción del mineral sino a la comodidad y seguridad, como son frontones de
drenaje, sub estaciones eléctricas, chimeneas de ventilación.
Perforación de producción.
Este término se utiliza en las explotaciones mineras para aquellas perforaciones que
tienen como objetivo la extracción del mineral.
Los equipos y los métodos de perforación varían según el método de explotación,
siendo un factor común en los métodos subterráneos el reducido espacio disponible
en las galerías de producción.
Por otro lado, los tipos de trabajo, tanto en obras de superficie como subterráneas,
pueden clasificarse en los siguientes grupos:
• Perforación de banqueo.
• Perforación de avance.
• Perforación de piques y chimeneas.
• Perforación Radial
• Perforación Undercut
• Perforación de Pre-corte
• Perforación de sondajes.
• Perforación de rocas con recubrimiento
• Perforación para el sostenimiento de rocas.
Perforación de banqueo. (Bench)
Este trabajo se refiere a perforación de pozos verticales o inclinados hacia abajo
(piso)
Es el mejor método para la voladura de rocas en minería a Cielo Abierto ya que se
dispone de un frente libre para la salida y proyección del material y permite una
sistematización de las labores.
Pero también se utiliza en minería subterránea en métodos como Sub Level Stoping,
Bench and Fill, Room and Pillar ( modificado).
Perforación de avance (Drift)
Se refiere a la perforación de galerías y túneles en minería subterránea. La
perforación se puede llevar a cabo manualmente, pero la tendencia es hacia la
mecanización total.
En este trabajo es necesario abrir una rainura, para que el material fragmentado en la
tronadura se pueda desplazar. Las labores son por lo general de una sección de 4x4
5x5 o incluso de mayores dimensiones.
Perforación de piques y Chimeneas.
Se refiere a la perforación de galerías verticales o inclinadas en minería subterránea.
La perforación se puede llevar a cabo manualmente, pero la tendencia es hacia la
mecanización total, en el cual existen una gran variedad de equipos, que generan
una galería de diferentes dimensiones.
Estas perforaciones pueden generar una galería de sección transversal cuadrada o
circular generalmente de 2x2 o 2,5 x 2,5
Estas galerías verticales pueden tener diferentes
propósitos como el transito de personal de un nivel a otro
(manway), el envió de material a niveles inferiores
(orepass), el envió de mineral hacia la superficie por
sistemas de huinches (slucher), también para la
ventilación de la mina (raise), etc.
Perforación Radial.
Se refiere a la perforación de pozos forma de abanico, este tipo de perforación se
aplica en el interior de los caserones, y es considerada como una perforación para
producción.
Los abanicos pueden ser tanto ascendentes como descendentes, generalmente en
forma vertical, tiene como propósito la extracción de una zona vertical del deposito
mineral.
Para esta tarea se utilizan equipos especiales, que puedan girar el sistema de
perforación en 360º en la vertical, además la longitud de los tiros alcanza los 25 a 30
metros de longitud.
Perforación de rocas con recubrimiento.
La perforación de macizos rocosos sobre los que yacen lechos de materiales sin
consolidar o zonas con presencia de agua, obligan a utilizar métodos especiales de
perforación que permiten el “entubado” del pozo de perforación.
Esta tecnología se emplea en los trabajos de perforación submarinas, en la
construcción y en algunos casos en la minería. Existen dos versiones en el mercado
que son el Sistema OD y el Sistema ODEX
Atlas Copco ofrece el Symmetrix, un sistema de corona recuperable para la
perforación con martillo en cabeza, que representa un sistema integral de perforación
de la capa de recubrimiento para barrenos de cualquier profundidad o diámetro.
Perforación para el sostenimiento de rocas
En faenas subterráneas y algunas a cielo abierto es necesario realizar el
sostenimiento (fortificación) de las rocas mediante pernos o cables, siendo la
perforación la fase previa en tales trabajos.
En el mercado existen una gran variedad de pernos que se pueden utilizar con el fin
de sostener el macizo rocoso.