Índice del Capítulo completo: 1. Métodos de Perforación

Transcripción

1 CAPÍTULO 2. PERFORACIÓN Y VOLADURA Este capítulo lo divido en tres partes para que se os haga un poco más llevadero 1ª Parte, 2ª Parte y 3ª Parte. Índice del Capítulo completo: 1. Métodos de Perforación 2. Varillaje 2.1 Generalidades 2.2 Barrenas integrales 2.3 Equipo cónico Barrenas cónicas Barrenas cónicas con extremo de culata roscado 2.4 Varillaje para perforación de galerías 2.5 Varillaje para perforación de banqueo y producción 1ª Parte 2.6 Varillaje para el sistema COPROD Lo incluído en este pdf 2.7 Varillaje para la perforación con martillo de fondo 3. Martillos perforadores 3.1 Martillos neumáticos manuales 3.2 Martillos en cabeza Martillos neumáticos Martillos hidráulicos 3.3 Martillos con el sistema COPROD 3.4 Martillos de fondo 4. Equipos de Perforación a cielo abierto 4.1 Carros perforadores con martillo en cabeza Con martillo neumático Con martillo hidráulico 4.2 Carros perforadores con martillo de fondo No autónomos (Sin compresor incorporado) Autónomos (Con motor y compresor incorporado) 5. Equipos de Perforación subterránea 5.1 Brazos y Deslizaderas 5.2 Jumbos de avance s/ruedas 2ª Parte 5.3 Jumbos de avance s/vía 5.4 Equipos de bulonado

2 5.5 Equipos de producción 6. Velocidad de perforación 6.1 Velocidad neta de penetración Estimación mediante ensayos Estimación a partir de la velocidad conocida para un diámetro distinto Fórmulas empíricas 6.2 Velocidad media de perforación 7. Explosivos 7.1 Tipos de explosivos 7.2 Consumos específicos de explosivo (Tablas orientativas) En banco a cielo abierto En zanja En túnel 8. Perforación específica y consumo de explosivo 8.1 En banco a cielo abierto 8.2 En zanja 8.3 En túnel 9. Consumo de varillaje por m perforado (Y estimación del coste en dos casos concretos) 3ª Parte 10. Coste del m3 perforado y volado (excepto excavación subterránea) 10.1 Generalidades 10.2 Datos técnicos de la perforación y voladura 10.3 Costes Equipo de perforación Varillaje Explosivo 11. Vibraciones por voladura

3 1. Métodos de Perforación Os hago primero una clasificación de los distintas sistemas de perforación. Perforación A percusión A rotopercusión Con martillo en cabeza Con martillo de fondo Sistema COPROD (de Atlas Copco) Método ODEX (Se basa en el escariado continuo, la broca es excéntrica y es una perforación con martillo en cabeza; el sistema es adecuado para ir entubando el taladro a medida que se va practicando éste; cuando se decida, el equipo gira en sentido contrario un par de revoluciones, la broca pierde su excentricidad pudiéndose extraer por el interior de la tubería de revestimiento). Rotativa con tricono (Se utilizó en principio en la perforación de pozos petrolíferos) Rotativa con corona de diamantes (Se utiliza especialmente en trabajos de investigación, para extraer una muestra de roca - testigo para su análisis). Nota Repito una vez más, y lo seguiré haciendo a lo largo de este Libro, que una clasificación dificilmente puede ser perfecta. Pero tenemos que convivir con la imperfección. Una alternativa puede ser no hacer nunca una clasificación, pero creo que es peor. La perforación a percusión (pura) creo que no existe (ejemplo de la nota que acabo de escribir ). Porque, incluso cuando intentamos hacer un pequeño taladro golpeando con un martillo sobre un clavo o broca, solemos ir dando pequeños giros a dicho clavo o broca. Y el sistema de perforación más común, al menos en nuestro ámbito de Obra Civil, es el de rotopercusión. Otra de las muchas clasificaciones que se pueden hacer es, por ejemplo, la que divide los sistemas de perforación en - Perf. neumática - Perf. hidráulica

4 He copiado de Atlas Copco, de su Drilling Method Guide, unos dibujos muy intuitivos. Son los que podeis ver a continuación. (No son fotocopias ni recortes, los he copiado a huevo, con las herramientas de dibujo del excel ). El cuarto, rotativa con tricono, es un añadido a los tres de Atlas Copco. T Con martillo en cabeza Con martillo en fondo Sistema COPROD Rotativa (The tophammer method) (The down the hole method) (The COPROD system) con tricono

5 2. Varillaje (Drilling tools) Añado a veces, entre paréntesis, el nombre en inglés, que suele aparecer en fascículos, en relación de materiales de empresas fabricantes, en anuncios, etc. 2.1 Generalidades Llamemos varillaje a la herramienta que se añade al martillo, en el frente, para poder excavar o hacer los barrenos o taladros (voy a intentar usar la palabra barreno, parece que en temas de perforación y voladura se usa más que la palabra taladro; es posible que a veces se me escape esta última). El varillaje puede constar de una sola pieza (es el caso de las barrenas integrales), o de varias piezas. Collarín El varillaje, en este caso, consta de una sola pieza - Barrenas integrales Cada barrena tiene una longitud determinada que no puede variarse. Culata Boca Las barrenas integrales se agrupan en series, y dentro de cada serie el diámetro disminuye a medida que aumenta su longitud (el diámetro del barreno disminuye con la profundidad). Con estas barrenas sólo se llega a diámetros de mm. - Barra roscada Adaptador Manguito Barra Broca Con fondo gris intento señalar las partes roscadas. El varillaje con barra roscada da mucho más juego. Permite: - Utilizar distintos modelos de martillos cambiando el adaptador. - Utilizar distintos modelos y tamaños de brocas. - Ir añadiendo barras para perforar barrenos de mayor longitud y sin disminuir el diámetro del mismo.

6 - Tipos de barra roscada - Barra roscada con culata integral (Barra culata) - Barra de avance Tiene una culata integral en uno de sus extremos y rosca en el otro, con lo cual se pueden utilizar con aquellas perforadoras que inicialmente fueron diseñadas para barrenas integrales y se puede hacer con ellas, por ejemplo, un barreno de mm de longitud con un diámetro uniforme de 45 mm. Los tipos de culata y rosca van implícitos en su denominación, por ejemplo, H25-R25. Luego lo veremos. En estas barras, el extremo roscado que conecta con el adaptador tiene mayor diámetro que el extremo en el que se enrosca la broca. Los varillajes con este tipo de barra contienen una sola barra; se puede cambiar el tamaño de broca y el tipo de adaptador pero no añadir barras. Este tipo se utiliza fundamentalmente en la perforación de túneles. 2.2 Barrenas integrales - Barra de extensión Estas barras sí son empalmables. Pueden ser cilíndricas o hexagonales, y poseen rosca de la misma dimensión en Hehagonal Redonda ambos extremos. Su denominación, R38 por ejemplo, se refiere al tipo de rosca ( R ) y al grosor de la barra en mm ( 38 ), aunque el nº de la denominación no coincide exactamente con el espesor en mm de la barra. Las distintas denominaciones, rosca tipo R, rosca tipo T, etc. tienen que ver con el paso y el ángulo de perfil de la rosca. Culata Barra Boca Boca de bisel vista de frente L Luego veremos que existen las brocas de botones para "barrenas integrales" (que ya pasan a no ser tan "integrales"). En este caso la boca ya no viene solidaria con la barrena ( y va a pasar a llamarse broca en lugar de boca); a una misma barrena se le pueden acoplar distintas brocas. A este tipo de varillaje un poco especial con culata y brocas se le designa como equipo cónico (luego lo vemos). Existen dos tamaños de barrena integral, la de 19 mm y la de 22 mm.

7 - Barrena integral de 19 mm (3/4") Estas barrenas tienen: - Culata hexagonal de 19 mm x 108 mm - Barra también hexagonal de 19 mm - Boca de bisel - La sección de la barra es de este tipo d siendo d = 21,5 mm Y dentro de este tamaño de 19 mm existen varias series: Serie Largo L Peso aprox. f de boca (mm) (kg) (mm) 400 1,3 29 Podéis observar que un barreno de 4 m de profundidad, perforado con la serie 21, no 800 2,2 28 tendrá el mismo diámetro en toda su longitud sino que disminuirá con la profundidad ,9 27 Ahora quizás entendáis una frase que escribía antes al hablaros de barras roscadas ,7 26 con culata integral: , y se puede hacer con ellas, por ejemplo, un barreno de mm de longitud con un ,2 24 diámetro uniforme de 45 mm , , , , , , ,2 34 Repito : las barrenas integrales no se empalman. Para hacer un barreno de 2,4 m de longitud con la serie 24, por ejemplo, se empezaría taladrando con la barra de 600 mm, se seguiría con la de y se acabaría con la de mm. Dentro de cada serie, al ir aumentando la longitud de la barra va disminuyendo un poco el diámetro de la boca.

8 - Barrena integral de 22 mm (7/8") Estas barrenas tienen: - Culata hex. de 22 mm x 108 mm - Barra también hexagonal de 22 mm - Boca de bisel - La sección de la barra es de este tipo d siendo d = 25 mm Y dentro de este tamaño de 22 mm existen también varias series, que no detallo pero sí resumo. Serie 11 Largos de barrena (mm) Pesos aprox. (kg) f de boca (mm) Desde Hasta Desde Hasta Desde Hasta ,0 22, ,0 25, ,8 6, ,4 8, Equipo cónico Existen dos tipos - Barrenas cónicas - Barrenas cónicas con extremo de culata roscado Barrenas cónicas Broca de botones L Broca en cruz En este tipo las tenemos de dos tamaños: de 22 mm y de 25.

9 - Barrenas cónicas de 22 mm ( 7/8" ) hex. Culata de 22 mm hex. x 108 mm Cono de 7º, 11º y 12º Largo L Peso aprox. (mm) (kg) 400 1, , , , , , , ,7 Cono 7º Brocas a utilizar ( f en mm) Las barrenas de cono 11º y cono 12º no detallo pero sí resumo. Cono Largos de barrena (mm) Pesos aprox. (kg) f de boca (mm) Desde Hasta Desde Hasta Desde Hasta 11º ,4 24, º ,3 24, Barrena cónica de 25 mm ( 1" ) hex. Culata de 25 mm hex. x 159 mm Cono de 12º Largo L (mm) Peso aprox. (kg) ,3 Cono 12º Brocas a utilizar f en mm 35-38

10 2.3.2 Barrenas cónicas con extremo de culata roscado R32 Hex. 25 mm 12º Largo L Peso aprox. (mm) (kg) ,7 Sección de barra 28,5 mm , , ,2 R32 Hex. 28 mm 12º Largo L Peso aprox. (mm) (kg) ,2 Sección de barra 32 mm , ,3 Nota Las brocas de botones se fabrican con un diámetro algo mayor que la dimensión dada: de 0,5 a 1 mm más. Una broca de 36 mm medirá como mínimo 36,5 mm de nueva. Esto se hace por el rápido desgaste inicial de los botones. Cuando tenga importancia, se ha de tener también en cuenta que el diámetro del barreno resultante será, según la composición de la roca, de 1 a 3 mm mayor que el de la broca (es importante conocer este dato en los barrenos para pernos o bulones de entibación).

11 2.4 Varillaje para perforación de galerías R25 mm (1") para broca de rosca 25 mm Barra culata Broca de botones 22, 25 y 28 mm R25 mm L Adaptador Manguito Barra de avance, hex. Broca en cruz R32 mm R32 mm R32 mm 25 mm R25 mm L Equipo de escariado Distintos tamaños de barras (siempre para broca de rosca 25 mm): - Barra culata 108 mm Hex. 22 mm R25 mm 159 mm Hex. 25 mm R25 mm Largos L (mm) Brocas a utilizar ( f en mm) 159 mm Hex. 28 mm R25 mm Todas las brocas son de rosca R25, lógicamente - Barra de avance, hexagonal R32 mm Hex. 25 mm R25 mm

12 R28 mm (1 1/8") Broca de botones Adaptador Manguito Barra de avance hex. Broca guía R28 mm Broca en cruz Equipo de escariado Distintos tamaños de barra (siempre para broca de rosca 28 mm): Largos L (mm) Brocas a utilizar ( f en mm) R 32 mm Hex 28 mm R28 mm Todas las brocas son de R 38 mm Hex 28 mm R28 mm rosca R28, lógicamente Diámetros de escariado: R 32 mm Hex 32 mm R28 mm R 38 mm Hex 32 mm R28 mm

13 Existen también las series R32 mm y R35 mm, que resumo a continuación. Serie Tipos de barras Largos L (mm) Brocas a utilizar Diámetros de escariado Desde Hasta ( f en mm) Desde Hasta Barra de avance hexag. R32 mm Barra de avance redonda R35 mm Barra MF hexagonal Barra de avance hexag. Barra de avance redonda Barra MF hexagonal Barra MF redonda Varillaje para perforación de banqueo y producción Diversos esquemas Barra culata (hex.) Sólo en la serie R25 mm Barra de extensión, hexagonal Barra de extensión, redonda Barra de avance, redonda D Barra MF, hexagonal Sección de barra hexagonal.. Sección de barra redonda.... d... d

14 R25 mm (1") Rosca atrás R25 Barra Rosca adelante Tipo d (mm) Longitudes L (mm) Hex 22 24, R25 Brocas a utilizar ( f en mm) R25 Hex 25 28, R25 R25 MF, hex 25 28, R25 Culata de 108 mm de long B culata Hex R Culata de 159 mm de long B culata Hex R25 Culata de 159 mm de long B culata Hex R25 Existen también las series R28 mm, R32 mm, R/FI 38 mm, FI 45 mm y FI 51 mm, que resumo a continuación. Serie Tipos de barras Largos L (mm) Brocas a utilizar Desde Hasta ( f en mm) R28 mm R32 mm Hexagonal MF hexagonal Redonda MF redonda FI 38 mm Hexagonal MF redonda Hexagonal FI 45 mm MF redonda Redonda FI 51 mm Redonda MF redonda

15 Perforación con Tubos TDS Broca de botones Adaptador Tubo de extensión Tubo de extensión Broca escariadora L Tipo TDS 76 de rosca ST 58 TDS 87 de rosca ST 68 Tubo L (mm) Peso (kg) f ext (mm) Brocas a utilizar ( f en mm) Varillaje para el sistema COPROD Come se vió al comienzo de este capítulo, el varillaje se compone fundamentalmente de un tubo exterior, que es el que gira, y de una barra por el interior del tubo, que es la que transmite la percusión. Hay otra serie de elementos que completan el varillaje (adaptador de tubo, guía de barra, tubo-broca, barra-broca, anillo de tope, etc.). Se resumen a continuación los modelos de tubo-varillaje y los tamaños de broca disponibles para cada uno. Modelo de varillaje COPROD 76 Longitud del tubo/barra principales mm Longitud aprox. del varillaje completo mm Peso varillaje completo kg Brocas disponibles f en mm COPROD COPROD COPROD

16 2.7 Varillaje para la perforación con martillo en fondo (Down the hole drilling equipment) Tubo de perforación Del folleto.. Accesorios de perforación SECOROC (Una compañía del Grupo Atlas Copco) En la perforación con martillo de fondo se emplean unos determinados martillos, unos tubos de perforación específicos y una serie de brocas hasta diámetros importantes. Voy a relacionar sólo algunos para que tengais una idea. Marca_Modelo Martillos Tubos de perforación Brocas f exterior Peso / Long f exterior Largo L f (mm) (kg / mm) (mm) (mm) (mm) COP / COP / / COP / COP L / Ingersoll-R DHD L No tengo datos

17 3. Martillos perforadores (rock drills) Nota importante: A continuación voy a mostraros martillos neumáticos y martillos hidráulicos. Los primeros funcionan con aire a presión y los segundos con aceite a presión (a este aceite se le suele llamar líquido hidráulico). Pero tened en cuenta que todos los equipos de perforación necesitan aire a presión, independientemente de que el martillo sea neumático o hidráulico. Si el equipo de perforación lleva martillo neumático, necesitará aire para hacerlo funcionar, pero también para el barrido del barreno: aire a presión que continuamente se va inyectando en el fondo de dicho barreno y que va sacando al exterior el detritus de la perforación. Si el equipo de perforación lleva martillo hidráulico, no se necesitará aire para el martillo pero sí para el barrido. Hay equipos de perforación, la mayoría, que ya llevan incorporado el compresor de aire. En caso contrario hay que añadir al equipo de perforación otra máquina, el compresor de aire. 3.1 Martillos neumáticos manuales (Pneumatic handheld rock drills) Modelo Peso Consumo de aire a 6 bar kg L/s m3/min Atlas Copco RH 572E ,2 RH 658L ,5 BBD 15E ,3 Sandvik RD RD RD Barrena hex mm 22 x x x 108 / 22 x Martillos en cabeza (Top hammer) Martillos neumáticos (Pneumatic rock drills) Potencia de Rango de diámetros de Peso Consumo de aire Varillaje Modelo impacto perforación kg L/s m3/min Tipo kw mm Atlas Copco BBC 120F ,5 R32, R38, T38 7, COP 131EB ,5 R32, T38 11, VL ,2 T38, T45 9,

18 3.2.2 Martillos hidráulicos (*) (Hydraulic rock drills) Potencia de Rango de diámetros de Peso Varillaje Modelo impacto perforación kg Tipo kw mm Atlas Copco COP 1022HF. 55 H22, H COP R28, R COP 1032 Serie R32, R38, T38 7,5 / COP 1238 Serie R32, R38, T38, T45 14 / COP R32, T38, T COP R32, T38, T COP T38, T45, T COP 2550CR 242 T COP T51, T COP R32, T38, T45, T COP 4050ME 390 T HC - 109RP (Montabert) T38, T Sandvik HEX 1.. Integral 19, 22, 25 mm 5, HL 300. Ext. 25, 28, 32 mm 8, HL 510. Ext. 32, 38, 45 mm 15, HL 810 T. Ext. 45, 51 mm HL 1060 T 51/60 mm MF rods 76/87 mm tubes HL 1560 T 51/60 mm MF rods 76/87 mm tubes (*) Funcionan con una presión hidráulica de 200 bar aprox. 3.3 Martillos con el sistema COPROD Potencia de Peso Varillaje Modelo impacto kg Tipo kw Atlas Copco COP 2550CR. 242 COPROD 76 y COP 4050CR 435,00 COPROD Rango de diámetros de perforación mm

19 3.4 Martillos de fondo Estos martillos son neumáticos (DTH hammers) Consumo de aire (L / s) Peso f exterior Modelo de martillo Presión (bar) kg mm Atlas Copco COP 34 ( COP 32) TD COP 44 ( COP 42) COP 54 ( COP 52) COP 64 ( COP 62) Sandvik RH Rango de diámetros de broca recomendados mm El martillo de perforación va en este caso en el fondo del barreno; en el otro extremo del varillaje, en cabeza, va la unidad de rotación, que es la que hace girar a la tubería. Las unidades de rotación pueden ser neumáticas o hidráulicas. Las unidades de rotación de Atlas Copco para martillos de fondo cubren un rango de diámetros de perforación de mm y llegan a un par de rotación de hasta Nm. - Unidades de rotación neumáticas Consumo de aire (L/s a 6-8 bar) según Peso Modelo revoluciones por minuto Par de rotación (Nm) según revoluciones por minuto kg Atlas Copco DHR 45A DHR 56A Unidades de rotación hidráulicas Modelo Para mart. de f Peso Par máx. Pres máx veloc máx kg Nm bar r.p.m. Atlas Copco DHR 45 H.. 3", 4", 5" ,00 80,00 DHR 6 H45 3", 4" ,00 136,00 DHR 6 H56. 5", 6" ,00 107,00 DHR 6 H68. 4", 5", 6" ,00 68,00 DHR 6 H78. 6" ,00 54,00