MÉTODOS Y EQUIPOS DE PERFORACIÓN

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Jesús Ortega Cuenca
hace 7 años
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1 MÉTODOS Y EQUIPOS DE PERFORACIÓN Carlos LÓPEZ JIMENO Dr. Ingeniero de Minas E.T.S.I de Minas Universidad Politécnica de Madrid, España Métodos de excavación Manual Mecánica Excavadoras Martillos hidráulicos Rozadoras Tuneladoras Perforación y voladura 1

2 Métodos de perforación Los métodos de perforación han evolucionado a lo largo del siglo pasado, desde la ejecución totalmente manual a la actualidad que se efectúan los barrenos de manera totalmente automatizada. Métodos de perforación Perforación manual 2

de perforación de rocas Martillo en Cabeza, (2 y 3).

3 Métodos de perforación Las primeras perforadoras neumáticas aparecieron a finales del siglo XIX Métodos de perforación de rocas Martillo en Cabeza, (2 y 3). Martillo en Fondo, (1). Perforación rotativa, (4)

4 Métodos de perforación de rocas Sarta de perforación 4

Principios de la perforación Mecanismo de rotura Fuerza REQUERIMIENTO TEÓRICO DE FUERZA PARA ROTURA Penetración Punta de prueba Herramienta de prueba usada

5 Principios de la perforación Mecanismo de rotura Fuerza REQUERIMIENTO TEÓRICO DE FUERZA PARA ROTURA Penetración Punta de prueba Herramienta de prueba usada Herramienta de prueba gastada Percusión Fuerza de Impacto del pistón N (25t) Manguito Varilla Fuerza de Empuje N (1,5t) Veloc. Rotación 250 r/min 5

6 Percusión Pistón Barrena Fuerza 25 t Percusión La misma Potencia de Impacto puede obtenerse con Baja energía Alta frecuencia Alta energía Baja frecuencia 6

7 Percusión Niveles de tensión en la onda de choque 2 x longitud de pistón 2 x longitud de pistón Percusión Niveles de tensión en la onda de choque Niveles de tensión generados por pistones de la misma masa en martillos neumáticos e hidráulicos 7

8 Percusión Pérdidas de energía La onda pierde algo de su energía, del orden del 6 al 10 % por cada manguito en la sarta a lo largo del taladro. Esta pérdida es debida en parte a la diferencia entre el área de la varilla y del manguito, debido a que las caras de la varilla y del manguito nunca tienen un perfecto ajuste entre ellas. Rotación La rotación hace girar la boca entre impactos sucesivos, tiene como misión hacer que ésta actúe sobre distintos puntos de la roca en el fondo del barreno r/min En cada tipo de roca existe una velocidad óptima de rotación para la cual se producen los detritos de mayor tamaño al aprovechar la superficie libre del hueco que se crea en cada impacto r/min 8

9 Empuje Con el fin de asegurar una buena transmisión de la energía a la roca, la boca debe estar en contacto permanente. Esto se consigue con la fuerza de empuje suministrada por un motor o cilindro de avance, que debe adecuarse al tipo de roca y boca. EMPUJE PRESIÓNDE PERCUSIÓN BAJA PRESIÓN DE PERCUSIÓN ALTA Barrido Para que la perforación resulte eficaz, es necesario que el fondo del barreno se mantenga constantemente limpio evacuando el detritus justo después de su formación. Si esto no se realiza, se consumirá una gran cantidad de energía en la trituración de esas partículas, traduciéndose en desgastes y pérdidas de rendimientos, además del riesgo de atascos. BARRIDO CON AGUA: DE 0,4 A 1 m/s (0,7 A 1 MPa) BARRIDO CON AIRE: DE 15 A 30 m/s 9

10 Barrido Empaquetaduras Barrido lateral Perforación neumática Rotación por barra estriada 10

11 Perforación neumática Rotación independiente Perforación hidráulica Principios Una perforadora hidráulica consta básicamente de los mismos elementos constructivos que una neumática. La diferencia más importante entre ambos sistemas está en la utilización de un motor que actúa sobre un grupo de bombas que suministran un caudal de aceite que acciona las componentes de rotación y movimiento alternativo del pistón. 11

12 Perforación hidráulica 1. PISTÓN DE AMORTIGUACIÓN. Presiona el adaptador/sarta de varillaje/boca /contra la roca para que las barras estén apretados entre percusiones. 2. CÁMARA DE AMORTIGUACIÓN. Las ondas reflejadas de la roca son absorbidas y convertidas en calor que es absorbido por el sistema hidráulico. 3. PISTÓN DE IMPACTO. Con el mismo área de la sección transversal que el varillaje para transmitir energía con la máxima eficiencia. 4. ADAPTADOR. Exactamente adaptado al pistón de impacto para transmitir energía con la máxima eficiencia. 5. MOTOR DE ROTACIÓN. Reversible. Más de 200 Nm. 6. CÁMARA DE BARRIDO. Con una presión de barrido de más de 10 bar. 7. JUNTA DE SELLADO. Para prevenir el retroceso del martillo. Perforación hidráulica TIPO COP 1038 HD COP 1238 ME COP 1440 COP 1838 ME COP 1838 HF COP 3038 Año Potencia de impacto (kw) Frecuencia de impacto (Hz)

13 / Perforación hidráulica Características típicas Presión de trabajo: Frecuencia de golpeo: Velocidad de rotación: Consumo relativo de aire: 7,5 a 25 MPa golpes/min r/min 0,6 0,9 (m3/min) cm diámetro Ventajas Menor consumo de energía: la utilización de la energía es más eficiente, siendo necesario sólo 1/3 de la que se consume con los equipos neumáticos. Menor coste de accesorios de perforación: En la práctica, se ha comprobado que la vida útil de la sarta se incrementa en un 20% para perforadoras hidráulicas. Mayor capacidad de perforación: Debido a la mejor transmisión de energía de la onda, las velocidades de penetración de las perforadoras hidráulicas son de un 50% a un 100% mayores que los equipos neumáticos. Perforación hidráulica Ventajas Mejores condiciones ambientales: Los niveles de ruido en una perforadora hidráulica son sensiblemente menores a los generados por una neumática, debido a la ausencia del escape de aire. Mayor elasticidad de la operación: Es posible variar dentro de la perforadora la presión de accionamiento del sistema, la energía por golpe y frecuencia de percusión. Mayor facilidad para la automatización: Estos equipos son mucho más aptos para la automatización de operaciones, tales como el cambio de varillaje, mecanismos antiatranque, etc. Inconvenientes Mayor inversión inicial Reparaciones más complejas y costosas que en las perforadoras neumáticas, requiriéndose una mejor organización y formación de personal de mantenimiento. 13

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