TABLA DE CONTENIDOS · 2020. 9. 11. · plasticidad de las rocas pétreas (granitos, esquistos cristalinos y areniscas) ... fracturamiento. El Fluido de Barrido (Aire o Agua):

Área Minería y Metalurgia

EXTRACCIÓN MINA I: APUNTES PERFORACIÓN

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TABLA DE CONTENIDOS

1. GENERALIDADES DE LA PERFORACIÒN ...................................................................... 3

1.1 PROPIEDADES FISICAS DE LA ROCA QUE AFECTAN LA PERFORACION ........... 3

1.2 FUNDAMENTOS DE LA PERFORACION ..................................................................... 9

1.3 METODOS DE PERFORACION ................................................................................... 10

Perforación Rotopercutiva .............................................................................................. 10

Perforación con Martillo en Cabeza (OTH) .................................................................... 13

Perforación con Martillo en Fondo (DTH)...................................................................... 17

Perforación rotativa ......................................................................................................... 21

1.4 TRICONOS .................................................................................................................... 24

Elementos constitutivos y criterios de diseño ............................................................. 25

Metalurgia de los materiales del tricono ....................................................................... 29

Tipos de triconos ............................................................................................................. 31

Selección del tipo de tricono .......................................................................................... 33

Efectos de los parámetros de operación sobre los triconos ...................................... 33

Selección de toberas ....................................................................................................... 34

Evaluación de los triconos gastados ............................................................................ 34

Código IADC (international association of drilling contractors) ................................ 37

1.5 TIPOS DE MAQUINARIA DE PERFORACION ............................................................ 40

Perforación Manual .......................................................................................................... 40

Perforación Mecanizada .................................................................................................. 41

2. PERFORACION EN MINERA A CIELO ABIERTO .......................................................... 51

2.1 DISEÑO DE MALLAS DE PERFORACION ................................................................. 51

2.2 PROCESO DE PERFORACÍON ................................................................................... 53

2.3 RIESGOS PRESENTES EN LA OPERACIÓN DE PERFORACION ........................... 55

2.4 EQUIPOS DE PERFORACION ..................................................................................... 57

2.5 PLANIFICACIÓN CORTO PLAZO ............................................................................... 59

2.6 REPORTES DE PERFORACION ................................................................................. 62

2.7 COSTOS DE PERFORACION ...................................................................................... 61

2.8 MANTENCIÓN MECÁNICA .......................................................................................... 67

Pauta de Mantención DM - 50 ......................................................................................... 69

3. PERFORADORA PIT VIPER – 351 .................................................................................. 71



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3.1 DESCRIPCCION GENERAL ........................................................................................ 71

3.2 CARACTERISTICAS DE DISEÑO PV 351 .................................................................. 73

3.3 COMPONENTES MECANICOS PV-351 ..................................................................... 75

4. MINERÍA SUBTERRANEA ............................................................................................... 84

4.2 MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN ................................................................................... 84

4.3 CUT AND FILL .............................................................................................................. 86

4.4 ROOM AND PILAR ....................................................................................................... 89

4.5 BLOCK CAVING ........................................................................................................... 92

4.6 SUBLEVEL CAVING..................................................................................................... 94

5. JUMBO DE AVANCE ........................................................................................................ 63

5.1 CLASIFICACIÓN DE LA PERFORACIÒN SEGÙN EL TIPO DE TRABAJO ............. 64

Perforación de Banqueo ................................................................................................. 64

Perforación de Avances de Galerías y Túneles ............................................................ 64

Perforación de Producción ............................................................................................. 65

Perforación de Chimeneas y Piques .............................................................................. 67

Perforaciones con sostenimiento de Rocas ................................................................. 68

Funcionamiento ............................................................................................................... 69

Velocidad de perforación ................................................................................................ 71

Acero de perforación ....................................................................................................... 72

5.2 PARTES PRINCIPALES DE UN JUMBO..................................................................... 77

5.3 RENDIMIENTO DEL JUMBO DE AVANCE ................................................................. 79

Condiciones para obtener un buen rendimiento .......................................................... 80

5.4 MANTENIMIENTO DEL EQUIPO ................................................................................ 82

Calendario de mantenimiento ........................................................................................ 82

Mantenimiento Periódico de la Perforadora Jumbo .................................................... 82

Ajuste de Mantenimiento en Casos Particulares ......................................................... 84

6. CONCEPTOS BÁSICOS EN DESARROLLOS HORIZONTALES .................................. 86

6.1 NOMENCLATURA DE LOS TIROS ............................................................................. 86

6.2 INVERSIÓN Y COSTOS DE DESARROLLO ............................................................... 93



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1. GENERALIDADES DE LA PERFORACIÒN

1.1 PROPIEDADES FISICAS DE LA ROCA QUE AFECTAN LA PERFORACION

Para la realización de una buena perforación se requiere reconocer de la mejor manera

el terreno al cual se tiene sometido el equipo de perforación, es de ahí que en este

apartado se referencian conceptos geológicos y geotécnicos que permiten la

caracterización de las zonas de trabajo en base a las propiedades físicas de las rocas.

Las principales propiedades físicas de la roca influyen de forma directa en el método de

perforación elegido para el desarrollo de las labores, además, Las propiedades de la

roca también influyen directamente sobre las variables de perforación (empuje, velocidad

de rotación y velocidad de perforación) limitando los metros perforados a una buena

caracterización del terreno y una buena elección de accesorios que permitan superar

estas limitantes. Las propiedades de la roca relacionados son:

Dureza

Es la resistencia de una capa superficial a la penetración en ella de otro cuerpo más

duro, siendo la escala de Mohs el método de clasificación de la dureza. La composición

de los granos de mineral, la porosidad y la humedad son algunos de los factores que

influyen directamente sobre la dureza de la roca.



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Clasificación de la roca según su resistencia y dureza

Clasificación

Dureza Mohs

Resistencia a la

compresión (MPa)

Muy dura

+7

+ 200

Dura

6 – 7 120 – 200

Medio dura

4,5 – 6 60 – 120

Medio blanda

3 – 4,5 30 – 60

Blanda

2 – 3 10 – 30

Muy blanda

1 - 2 -10

Resistencia

Se llama resistencia mecánica de una roca a la propiedad de oponerse a su destrucción

bajo una carga exterior, estática o dinámica. La resistencia depende fundamentalmente

de su composición mineralógica.

A continuación, se muestra una serie de características y factores externos que influyen

en esta propiedad y que permite clasificarla:

Factores que influyen en la resistencia de la roca

Factores que influyen en la resistencia de la roca

Factores

característica Variante



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Geomecanica de la roca

Resistencia máxima a la compresión. Resistencia a la tracción.

Fragilidad de la roca. Defectos locales. Cohesión entre partículas.

Composición mineralógica

Porcentajes de minerales dispuestos en la roca. A mayor cantidad de cuarzo mayor resistencia.

Cuarzo 500 Mpa. Ferromagnéticos y aluminisicato 200 > 500 Mpa. Calcita 10> 20 Mpa.

Porosidad

Reduce el número de contactos entre partículas.

A mayor porosidad menor resistencia

Tamaño de los cristales

A mayor tamaño del mineral menor resistencia.

Influencia del tamaño afecta cuando los cristales son menores a 0.5 mm.

Tipo de cementación

Compactación de la litología.

Resistencia mayor con cemento silicio y menor con cemento arcilloso.

Profundidad de la roca.

Cambia el grado de metamorfismo.

Variación en las Mpa de la roca.

Resistencia de la roca anisotropicas.

Sentido de acción de la fuerza.

Es mayor en sentido perpendicular que en paralelo a las estructuras que acompaña.

Elasticidad

La mayoría de los minerales constituyentes de las rocas tienen un comportamiento

elástico-frágil, que obedece a la Ley de Hooke, y se destruyen cuando las tensiones

superan el límite de elasticidad.



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Según el carácter de deformación, en función de las tensiones provocadas para cargas

estáticas, se consideran tres grupos de rocas:

Las elasto-frágiles o que obedecen a la Ley de Hooke.

Las plástico-frágiles, a cuya destrucción precede la deformación plástica.

Las altamente plásticas o muy porosas, cuya deformación elástica es

insignificante.

Las propiedades elásticas de las rocas se caracterizan por el módulo de elasticidad "E"

y el coeficiente de Poisson "y". El módulo de elasticidad es el factor de proporcionalidad

entre la tensión normal en la roca y la deformación relativa correspondiente.

Los valores de los módulos de elasticidad en la mayoría de las rocas sedimentarias son

inferiores a los de los minerales correspondientes que los constituyen.

Plasticidad

Como se ha indicado anteriormente, en algunas rocas, a la destrucción le precede la

deformación plástica. Esta comienza en cuanto las tensiones en la roca superan el límite

de elasticidad. En el caso de un cuerpo idealmente plástico tal deformación se desarrolla

con una tensión invariable. Las rocas reales se deforman consolidándose al mismo

tiempo: para el aumento de la deformación plástica es necesario incrementar el esfuerzo.

La plasticidad depende de la composición mineral de las rocas y disminuye con el

aumento del contenido de cuarzo, feldespato y otros minerales duros. Las arcillas

húmedas y algunas rocas homogéneas poseen altas propiedades plásticas. La

plasticidad de las rocas pétreas (granitos, esquistos cristalinos y areniscas) se manifiesta

sobre todo a altas temperaturas

Abrasividad



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La abrasividad es la capacidad de las rocas para desgastar la superficie de contacto de

otro cuerpo más duro, en el proceso de rozamiento durante el movimiento. Los factores

que elevan la capacidad abrasiva de las rocas son las siguientes:

La dureza de los granos constituyentes de la roca. Las rocas que contienen

granos de cuarzo son sumamente abrasivas.

La forma y tamaño de los granos. Los más angulosos son más abrasivos que

los redondeados.

La porosidad de la roca. Da lugar a superficies de contacto rugosas con

concentraciones de tensiones locales.

La heterogeneidad. Las rocas poliminerales, aunque éstos tengan igual

dureza, son más abrasivas, pues van dejando superficies ásperas con

presencia de granos duros, por ejemplo, los granos de cuarzo en un granito.

Esta propiedad influye mucho en la vida de los útiles de perforación

Porcentaje de cuarzo en rocas

Tipo de roca

Contenido en

cuarzo (%)

Tipo de roca Contenido en

cuarzo (%)

Anfibolita

0 – 5 Mica neis 0 – 30

Anortosita

0 Mica esquisto 15 – 35

Diabasa

0 – 5 Norita 0

Diorita

10 – 20 pegmatita 15 – 30



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Gabro

0 Filita 10 – 25

Neis

15 – 50 cuarcita 60 – 100

Granito

20 – 35 arenisca 25 – 90

Grauvaca

10 – 25 Pizarra 10 – 35

Caliza

0 – 5 Pizarra grano fino 0 – 20

Mármol

0 taconita 0 – 10

Textura

La textura de una roca se refiere a la estructura de los granos de minerales

constituyentes de ésta. Se manifiesta a través del tamaño de los granos, la forma, la

porosidad, etc. Todos estos aspectos tienen una influencia significativa en el rendimiento

de la perforación. Como los granos tienen forma lenticular, como en un esquisto, la

perforación es más difícil que cuando son redondos, como en una arenisca.

También influye de forma significativa el tipo de material que constituye la matriz de una

roca y que une los granos de mineral. En cuanto a la porosidad, aquellas rocas que

presentan una baja densidad y son consecuentemente más porosas tienen una menor

resistencia a la trituración y son más fáciles de perforar.

Estructura

Las propiedades estructurales de los macizos rocosos, tales como esquistosidad, planos

de estratificación, juntas, diaclasas y fallas, así como el rumbo y el buzamiento de éstas



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afectan a la linealidad de los pozos, a los rendimientos de perforación y a la estabilidad

de las paredes de los taladros.

1.2 FUNDAMENTOS DE LA PERFORACION

Dentro de las operaciones unitarias existentes en mina (perforación, carguío, transporte

y servicios mina), perforación es la primera etapa en ser aplicada para la explotación del

yacimiento.

Definiéndose como la acción que a través de medios mecánicos tiene como objetivo

generar una cavidad, con la distribución y geometría adecuada dentro de los macizos y

varían según su aplicación. La roca fragmentada es extraída de los pozos a través un

accionamiento mecánico o hidráulico de la máquina de perforación. La estructura básica

de la maquinaria que se caracteriza, es la siguiente:

La Perforadora: Es la fuente de energía mecánica.

El Varillaje: El medio de transmisión de la energía producida por la perforadora.

La Boca: Es el artefacto que mantienen el contacto directo con el macizo rocoso,

trasmitiéndole toda la energía producida por la perforadora para generar el

fracturamiento.

El Fluido de Barrido (Aire o Agua): Es el que efectúa la limpieza y evacuación del

detrito producido por la perforación.

Tabla 1. Perforación según su aplicación

Mecánicos

Percusión Rotación Rotopercusión

Térmicos

Soplete Plasma Fluido caliente Congelación

Hidráulicos



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Chorro de agua Erosión Cavitación

Sónicos

Vibración de alta frecuencia

Químicos

Microvoladura Disolución

Eléctricos

Arco eléctrico Inducción magnética

Sísmicos

Rayo láser

Nucleares

Fusión Fisión

1.3 METODOS DE PERFORACION

Perforación Rotopercutiva

Es un método muy utilizado en minería subterránea y trabajos menores en minería a

cielo abierto como el precorte.

La energía requerida para fragmentar la roca, se basa en un principio básico donde a

través de un pistón se golpe el adaptador de la culata, logrando que se produzca una

onda de tensión que se traslada a lo largo del taladro hasta llegar al fondo (Bit).

Teóricamente la onda tiene una forma rectangular. Su longitud es dos veces la del pistón

(Figura 4), mientras que su altura depende de la velocidad del pistón al momento del

impacto y también la relación entre el área del pistón y el acero de perforación.



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La perforación a rotopercutiva se basa en el funcionamiento de cuatro conceptos

básicos, que en su accionamiento conjunto producen el proceso de perforación (Figura

5), definiéndose como:

Percusión

Los impactos producidos por el golpe o del pistón originan unas ondas de choque que

se transmiten a la boca a través del varillaje en el martillo en cabeza) o directamente

sobre ella (en el martillo en fondo).

La energía liberada por el golpe del martillo de puede estimar a partir de la siguiente

expresión:

𝐄𝐜 = 𝟏

𝟐 𝐦𝐩 𝐱 𝐕𝐩𝟐 o 𝐄𝐜 = 𝐩𝐦 𝐱 𝐀𝐩 𝐱 𝐥𝐩

𝑚𝑝 = Masa del Piston

𝑉𝑝 = Velocidad máxima del pistón

𝑝𝑚 = presión del fluido de trabajo (aceite o aire) dentro del cilindro (30% a 40% menor

que la presión de trabajo nominal o del compresor)

𝐴𝑝 = Superficie de la cara del pistón

𝑙𝑝 = Carrera del pistón

Rotación

Con este movimiento se hace girar la boca para que los impactos se produzcan sobre la

Roca en distintas posiciones.



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Cuando se perfora en bocas de pastillas las velocidades de rotación más usuales

oscilan entre 80 y 150 r/min con unos ángulos entre indentaciones de 10° a 20°.

En el caso de bocas en botones de 51 a 89 mm las velocidades deben ser más

bajas, entre 40 y 60 r/min, que proporcionan ángulos de giro entre 5° y 7°.

Empuje

Para mantener en contacto el útil de perforación con la roca se ejerce un empuje sobre

la sarta de perforación.

Barrido

El fluido de barrido permite extraer el detrito del fondo del barreno, es totalmente

relevante que se evacuen los detritos debido a que su excesiva acumulación afecta en

el desgaste de identaciones del Bit y genera un mayor consumo de energía.

La velocidad de barrido de puede estimar a partir de la siguiente expresión:

Empuje Insuficiente

Empuje Excesivo

Reduce velocidad de penetración

Disminuye la velocidad de

perforación

Mayor desgaste de varillas y manguitos

Dificulta desenroscado del varillaje

Aumento la pérdida de apriete del varillaje

y calentamiento del mismo

Aumenta desgaste de bocas y

desviación de los pozos



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𝐕𝐚 = 𝟗. 𝟓𝟓 𝐱 𝛛𝐫

𝛛𝐫+𝟏 x 𝐝𝐩𝟎.𝟔

𝑉𝑎 = Velocidad ascensional (m/s)

𝜕𝑟 = densidad de la roca (g/cm3)

𝑑𝑝 = Diámetro de las partículas (mm)

Acciones básicas de la perforación rotopercutiva.

Dentro de la perforación rotopercutiva se encuentran dos variantes de perforación:

Perforación con Martillo en Cabeza (OTH)

Es el sistema de perforación más clásico aplicado, en el cual dos de las acciones

básicas, Rotación y Percusión, se producen fuera del pozo.



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Martillo en cabeza (OTH)

En la perforación con martillo en cabeza también se clasifica según su funcionamiento

de perforación en neumática e hidráulica.

Perforadoras Neumáticas

Este tipo de perforadora dispone de unos engranajes cilíndricos que transmiten el

movimiento de rotación

El impacto realizado en el exterior de la perforación de un pistón de acero sobre el

varillaje, que a su vez transmite la energía al fondo del taladro por medio del bit que

fragmenta la roca. Para asegurar una sección circular en el pozo, a cada golpe el bit gira

para generar un corte nuevo en la roca virgen en el fondo del barreno. Además, es

preciso evacuar del barreno el detrito (barrido), lo que se consigue mediante la inyección

de aire o agua al fondo del taladro. Parte de la energía del impacto se pierde en la



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transmisión y en los cambios de sección del varillaje, por lo que la velocidad de

penetración de la perforación disminuirá con la profundidad del barreno. Es un sistema

que conceptualmente es similar a la perforación manual, donde un operario golpea con

una maza la cabeza de una barra.

Los equipos más comunes en este método son:

Jack Hammer

Jack Leg

Stoper

Un martillo accionado por aire comprimido consta básicamente de:

Un cilindro cerrado con una tapa delantera que dispone de una abertura axial

donde va colocado el 28 elemento porta varillajes, así como un dispositivo

retenedor de las varillas de perforación.

El pistón que con su movimiento alternativo golpea el vástago o culata a través

de la cual se transmite la onda de choque a la varilla.

La válvula que regula el paso de aire comprimido en volumen fijado y de forma

alternativa a la parte anterior y posterior del pistón.

Un mecanismo de rotación, bien de barra estriada o de rotación independiente.

El sistema de barrido que consiste en un tubo que permite el paso del aire hasta

el interior del varillaje.

Parámetros de funcionamiento de un martillo neumático

Relación diam.piston/diam.barreno

15 – 1,7

Carrera del pistón (mm)

35 - 95

Frecuencia de golpe (golpes/min)

1500 - 3400

40 - 400



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Velocidad de rotación (r/min)

Consumo relativo de aire

(m^3/min.cm.diam)

2,1 – 2,8

Las longitudes de perforación alcanzada por este tipo de perforadoras no suele superar

los 35 metros, debido a las importantes pérdidas de energía producidas en el recorrido

de la onda de tensión en el varillaje.

Perforadoras Hidráulicas

Una perforadora hidráulica consta básicamente de los mismos elementos constructivos

que una neumática.

La diferencia más importante entre ambos sistemas es en que en lugar de utilizar aire

comprimido, generado por un compresor accionado por un motor diesel o eléctrico, para

el accionamiento del motor de rotación y para producir el movimiento alternativo del

pistón, un motor actúa sobre un grupo de bombas que suministran un caudal de aceite

que acciona aquellos componentes.

Algunos equipos más comunes en este método son:

Boomer E1 – Dh

Boomer L2 D

Simba 1354

Parámetros de funcionamiento de martillos hidráulicos (López Jimeno).

Presión de trabajo (Mpa)

15 – 1,7

Potencia de impacto (Kw)

35 - 95

Frecuencia de golpe (golpes/min)

1500 - 3400



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Velocidad de rotación (r/min)

40 - 400

Consumo relativo de aire

(m^3/min.cm.diam)

2,1 – 2,8

Par máximo (Nm)

100 - 1800

La perforación hidráulica presenta mejoras en comparación a la neumática, tal como

se presenta en la tabla .

Ventajas y Desventajas de la perforación hidráulica (OTH)

Ventajas

Desventajas

Menor consumo de energía

Mayor inversión Inicial

Menor coste de accesorios de

perforación

Mantenciones más costosas

Mayor capacidad de perforación

Mayor elasticidad de operación

Mayor facilidad para la automatización

Perforación con Martillo en Fondo (DTH)

Son perforadoras en las que, a diferencia de los martillos en cabeza, el elemento que

proporciona la percusión o martillo va situado en el interior del taladro e incorpora



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únicamente el mecanismo de percusión (los elementos que proporcionan la rotación y el

empuje son del todo independientes y están situados en superficie)

Martillo en Fondo (DTH)

Las restricciones que impone el martillo en fondo, en cuanto al diámetro de pistón, son

mayores en los pequeños diámetros de perforación. Por ello puede afirmarse que los

martillos en fondo de mayor diámetro son más efectivos que los de pequeño diámetro.

Igualmente puede decirse que para diámetros de perforación inferiores a 80 mm no

existen martillos en fondo con un rendimiento aceptable. Sin embargo, no todo son

desventajas para el martillo de fondo. Este sistema tiene también importantes ventajas

en comparación con el martillo de cabeza neumático, como son:

Velocidad de perforación prácticamente constante e independiente de la

profundidad. Sin embargo, con el martillo en cabeza se pierde aproximadamente

entre un 5 y un 10% de la energía disponible en cada varilla, de forma que la

velocidad de perforación va disminuyendo con la profundidad en igual proporción.



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Mejor aprovechamiento de la energía neumática al aprovechar el escape del

martillo como aire de barrido para la evacuación del detritus.

Menor nivel de ruido.

Menor fatiga en las varillas de la sarta de perforación.

Menores desviaciones.

Desviación en la perforación con OTH y DTH.

Las velocidades de rotación aconsejadas en función del tipo de roca son relevantes para

generar un uso óptimo de los cuatro conceptos básicos que generar el funcionamiento.



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Velocidad de rotación en función del tipo de roca existente.

Tipo de Roca

Velocidad de Rotación (r/min)

Muy blanda

40 - 60

Blanda

30 - 50

Media

20 - 40

Dura

10 - 30

El método de perforación DTH presenta mejoras en comparación a los métodos OTH.

Ventajas y Desventajas de la perforación DTH

Ventajas

Desventajas

La velocidad de penetración casi

constante

Límite de diámetros ( 12 – 200 mm)

Menor desgaste de las Brocas

Riesgo de pérdida del martillo

Vida útil de las barras más prolongada

Compresores de elevado consumo energético.

Menores desviaciones de los barrenos

Menor consumo de aire

Menor decibel en el área de trabajo



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Perforación rotativa

Es el método de perforación en el cual su principio de funcionamiento se basa en hacer

rotar una herramienta junto con una gran fuerza de empuje.

Perforación Rotativa

Bajo esta denominación se agrupan todas aquellas formas de perforación en las que la

fragmentación de la roca se produce básicamente por compresión, corte o por la acción

combinada de ambos. Un empuje sobre el bit de perforación que supere la resistencia a

la compresión de la roca y un par de giro que origine su corte por cizalladura, son las

dos acciones básicas que definen la perforación rotativa.

Las perforadoras rotativas tienen un sistema de montaje sobre oruga o neumáticos,

influyendo en su elección las condiciones del emplazamiento donde se quiera perforar y

las pendientes a trabajar.

Tipo de montaje por categoría minera

Montaje

Velocidad de

Desplazamiento (km/hr)



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Gran Minería

Oruga 2 -3

Pequeña y Mediana minería

Neumático 20 -30

En la gran minería a cielo abierto la movilidad de los equipos es escasa, por lo mismo

no es de gran relevancia la velocidad en la que se desplacen los equipos para los frentes

de carguío. No asi en la pequeña y mediana minería, donde los tiempos de permanencia

de los equipos en frentes de carguío es menor debido a la menor producción.

Las unidades de funcionamiento de esta máquina son los siguientes:

Unidad de Potencia

La fuente primaria de potencia de estos equipos puede ser eléctrica o motores diésel,

los equipos que perforan diámetros superiores 8” generalmente son alimentada por

energía eléctrica mediante corriente alterna de mediano voltaje (380 – 500 Volt) y hay

perforadoras que son accionadas por un motor diésel que transmite energía eléctrica o

con un motor independiente.

Mecanismo de rotación

El torque de rotación se transmite a la herramienta por intermedio de la columna de

barras. El accionamiento del sistema lo provee un motor eléctrico o hidráulico montado

sobre el cabezal deslizante.

En los equipos de mayor tamaño, full-electric, se utiliza preferentemente un motor

eléctrico de corriente continua con su eje en posición vertical, que permite una fácil

regulación de la velocidad de rotación en un rango entre 0 a 150 rpm. Los equipos



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montados sobre un camión, con unidad de potencia diesel, utilizan un motor hidráulico

que opera en circuito cerrado con una bomba de presión constante y un convertidor de

torque, que permite variar la velocidad de rotación.

Mecanismo de Empuje

Para obtener un efecto de penetración eficiente es preciso aplicar una fuerza de empuje

que depende de la resistencia de la roca y del diámetro de perforación. Prácticamente,

casi sin excepciones, esta fuerza de empuje se obtiene a partir de un motor hidráulico.

Por lo general el mecanismo de empuje está diseñado para aplicar una fuerza del orden

de un 50 % del peso de la máquina, y los equipos de mayor tamaño que operan hoy en

día alcanzan un peso de hasta 120 toneladas. El sistema, además, permite accionar el

izamiento de la columna de barras, a velocidades de elevación del orden de 20 metros

por minuto.

Mecanismo de barrido

El barrido del detritus de la perforación se realiza con aire comprimido, para lo cual el

equipo está dotado de uno o dos compresores ubicados en la sala de máquinas.

Mediante un tubo flexible se inyecta el flujo de aire -a través del cabezal de rotación-por

el interior de la columna de barras hasta el fondo del pozo. Dependiendo de la longitud

de los tiros, la presión requerida se ubica en un rango de 2 a 4 [Bar].

El éxito de la perforación rotativa depende de una serie de factores, unos directamente

relacionados con la máquina y otros que son factores externos a la misma.

Cabe resaltar:

La magnitud del empuje sobre la roca

La velocidad de rotación

El desgaste de la boca



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El diámetro del barreno

El caudal de aire necesario para la evacuación del detritus.

Entre los factores que no dependen de la máquina se encuentran:

Las características del macizo rocoso.

Los rendimientos dependientes del operario.

Velocidad de rotación en función de la calidad de la roca

Tipo de roca Resistencia a la

compresión (Mpa) Velocidad (rpm)

Muy blandas

200

40 - 30

1.4 TRICONOS

Los triconos son las herramientas de corte localizado en el extremo inferior de las barras

de perforación y se utiliza para triturar o cortar las estructuras rocosas y permitir la

extracción del detritus durante el proceso de perforación de los pozos de producción.

A continuación se muestra un esquema de un tricono.



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Esquema y partes de un tricono

El tricono se basa en la combinación de dos acciones:

Incrustación: Los dientes o insertos del tricono penetran en la roca debido al

empuje sobre la boca. Este mecanismo equivale a la trituración de la roca.

Corte: Los fragmentos de roca se forman debido al movimiento lateral de

desgarre de los conos al girar sobre el fondo del pozo. La acción de corte sólo se

produce en rocas blandas, en otras formaciones se da una combinación de

trituración y cizalladura debido al movimiento del tricono.

Elementos constitutivos y criterios de diseño

Los elementos constitutivos de un tricono y, consecuentemente de diseño son:

los conos o estructura de corte.

los rodamientos o cojinetes.

Cuerpo del tricono.

Conos



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Son tres conos que poseen los elementos de corte, posicionados de forma especial

sobre los cojinetes, que rotan sobre pernos y constituyen una parte fundamental del

cuerpo del tricono.

Para generar el efecto de corte, estos conos se diseñan en base a unos parámetros

especiales que se nombran a continuación:

Angulo del eje del cono: es el ángulo que forman los ejes de los conos con la

horizontal. Este ángulo determina el diámetro del cono dentado de acuerdo con

el diámetro del barreno. Si aumenta el ángulo el diámetro del cono debe disminuir

y recíprocamente.

El avance del tricono en el fondo del barreno lo regula en gran parte el tamaño y

forma de los conos, es decir el perfil del mismo.

Angulo asociado al eje del cono

Descentramiento: En el caso de rocas duras, este descentramiento es

prácticamente nulo, con lo que el arranque de la roca se efectúa por trituración al

sufrir los conos un movimiento de rodadura perfecta. En rocas blandas se tiende

a que el descentramiento sea mayor, obteniéndose así la rotura de la roca por

desgarre o ripiado, ya que los conos experimentan un movimiento de

deslizamiento junto con el de rotación. En rocas de tipo medio se combinan por



27

igual ambos efectos de rotación y deslizamiento, obteniendo el arranque de la

roca por trituración y desgarre.

Descentramiento en rocas blandas y duras.

Angulo del cono: El ángulo del cono es inversamente proporcional al ángulo del

eje del cono, de forma que cuando éste aumenta el ángulo del cono debe

disminuir para evitar las interferencias entre los conos.

Angulo del cono en rocas blandas y duras

Longitud de los dientes: En un tricono de dientes la longitud de éstos está

definida por la profundidad de la fresa en el cono. Si el tricono es de insertos, la

longitud vendrá dada por la parte visible de los botones de metal duro.



28

Espesor del cono: Se debe disponer de un espesor mínimo para asegurar la

resistencia estructural del cono. El espesor está determinado por el tamaño de

los cojinetes, por la profundidad de la fresa en los triconos de dientes y por la

profundidad de encastramiento en los de botones.

Cojinetes

Permite a los conos girar alrededor del cuerpo del tricono, Los tipos de rodamientos

empleados en los triconos son los siguientes:

Bolas y rodillos: la pista se posicionan de tal manera que puedan soportar

grandes cargas radiales, la pista de bolas mantiene el cono en funcionamiento y

soporta el empuje hacia el interior.

Cojinete de bolas y rodillo

Rodamientos planos a fricción: es un perno solido unido a la superficie interna

del cono que se convierte en el principal elemento del rodamiento que soporta la

carga radial.



29

Rodamiento de fricción

En los triconos de perforación de barrenos un porcentaje elevado de aire se desvía a

través de los cojinetes con objeto de refrigerar y limpiar los elementos del mismo. La

adición de aceite a la tubería de aire comprimido contribuye a mejorar la vida de los

cojinetes y, por tanto, disminuye el coste de perforación.

Cuerpo del tricono

El cuerpo del tricono se compone de tres partes idénticas denominado cabezal. Cada

cabeza contiene un cojinete integral sobre el que se inserta el cono y las toberas capaces

de dirigir el fluido de barrido hacia donde la limpieza sea más efectiva. Los triconos

actuales son de chorro (jet) que impulsan el aire entre los conos directamente al fondo

del barreno, debiendo suministrar los compresores el suficiente caudal y presión para

limpiar tanto el fondo del barreno como los conos.

Mediante soldadura controlada por ordenador se unen las tres cabezas en una unidad y

después se mecaniza la rosca donde se inserta la tubería. La rosca transmite al tricono

los esfuerzos de torsión y los axiales producidos por la perforadora a través de las

tuberías.

Metalurgia de los materiales del tricono



30

Uno de los éxitos conseguidos en la fabricación de los triconos ha sido el empleo de

aleaciones especiales diferentes para cada uno de los elementos que lo constituyen.

Aceros para triconos

ELEMENTOS DEL

TRICONO

PROPIEDADES REQUERIDAS

TIPO DE ACERO

Cono

Resistencia al impacto y a la abrasión.

Carbono, manganeso, níquel y molibdeno.

cabezas

Resistencia a la fatiga. Alta resistencia al impacto.

Carbono, manganeso, cromo y molibdeno.

Cojinetes de rodillos y

bolas

Alta resistencia al impacto.

Carbono, manganeso, níquel, cromo y molibdeno

Pasadores y buje guía

Resistencia al desgaste

Cromo, carbono, níquel, manganeso y silicio

Botón de empuje


Carbono, wolframio, cromo, molibdeno y vanadio.

Superficie de cojinetes


Cobalto, cromo, carbono, wolframio y níquel.

dientes

Resistencia a la abrasión elevada

Wolframio, carbono.

insertos

Resistencia a la abrasión elevada Resistencia al impacto.

Wolframio, carbono y cobalto.



31

Tipos de triconos

Existen dos tipos de triconos:

Dientes de acero: se fabrica a partir de piezas forjadas de aleación de acero

con níquel, molibdeno y cromo. Los triconos con dientes de acero son los más

económicos; cuando se usan apropiadamente pueden perforar por varias horas

y se diseñan para trabajar en formaciones blandas, medias y duras.

Dientes con insertos de carburo de tungsteno: en estos triconos se introducen

insertos duros de carburo de tungsteno aplicando presión en huecos perforados

en el cono de la broca. Su tiempo de vida útil es mayor ya que esta aleación es

más resistente al desgaste durante la perforación que el acero. Este tipo perfora

desde formaciones blandas, medias, hasta duras.

Triconos muy agresivas: Para rocas suaves con una resistencia a la

compresión de hasta 100MPa.

Triconos agresivas: Para rocas suaves con una resistencia a la compresión

de 75 – 125MPa.

Triconos medias: Para formaciones de roca media con resistencia a la

compresión de 100 – 310 MPa.

Triconos duros: Para roca dura con resistencia a la compresión de 200MPa.



32

Tricono izquierdo con insertos, Tricono derecho con dientes de acero

Existen cuatro tipos de triconos, que se diferencian en el diseño y tamaño de los insertos,

en el espaciamiento de los mismos y en la acción de corte.

A. B. C. D.

A. Inserto de carburo de tungsteno de diente largo.

B. Inserto de carburo de tungsteno en forma de diente.

C. Inserto de carburo de tungsteno de forma cónica.

D. Inserto de carburo de tungsteno de forma oval.



33

Selección del tipo de tricono

En la selección del tipo de tricono influyen fundamentalmente la resistencia a

compresión de la roca y su dureza. Normalmente, los usuarios envían muestras a las

compañías fabricantes de triconos para que asesoren sobre el tipo de boca a utilizar,

velocidades de penetración probables y duración en metros.

Efectos de los parámetros de operación sobre los triconos

Las principales variables de operación en la perforación rotativa son, el empuje o peso

sobre la boca y la velocidad de rotación.

Efecto del peso sobre los cojinetes: La vida de un cojinete es inversamente

proporcional al cubo del peso ejercido sobre el mismo. Pero, como en los triconos

se emplean elementos de fricción que sufren desgastes y fatigas, esta relación

no es válida y se acepta que la duración de un cojinete es inversamente

proporcional al peso elevado a una potencia que varía entre 1,8 Y 2,8.

Efecto del peso sobre los elementos de corte: El peso excesivo produce la

rotura de los insertos y el desgaste de la estructura de corte en rocas duras. En

formaciones blandas y no abrasivas, la estructura de corte raramente limita la

vida del tricono y un empuje alto no dá lugar a daños, siempre que exista sufí-

ciente aire para limpiar el fondo del barreno.

Efecto de la velocidad de rotación sobre la vida de los cojinetes: La vida de

los cojinetes es inversamente proporcional a la velocidad de rotación.

Efecto de la velocidad de rotación sobre los elementos de corte: En

formaciones abrasivas el desgaste de los insertos aumenta con la velocidad de

rotación. En formaciones duras, una alta velocidad de rotación produce roturas

de los insertos por impacto.



34

Selección de toberas

Los triconos se diseñan para que una parte del aire, que aproximadamente es un 20%,

se aproveche para la refrigeración y limpieza de los cojinetes: El resto del aire pasa a

través de unas toberas, con el fin de limpiar los conos dentados y producir la turbulencia

necesaria para iniciar la elevación del detritus a través del espacio anular.

Estas toberas disponen de unos diafragmas, los cuales pueden cambiarse de posición

para obtener las condiciones adecuadas y conseguir una limpieza efectiva en el fondo

del barreno. También, pueden utilizarse toberas recambiables para el mismo fin.

Evaluación de los triconos gastados

Un trabajo importante en la utilización efectiva de los triconos lo constituye el análisis de

las bocas gastadas, ya que la identificación de las posibles causas ayuda a corregir los

errores de operación y mejorar la selección del tipo de tricono. Los fallos de las bocas

se producen generalmente debido a tres causas:

Fallos de los cojinetes.

Fallos de la estructura de corte

Fallos del faldón.

FALLAS EN LOS COJINETES

CAUSAS POSIBLES SOLUCIONES

Velocidad de rotación excesiva Reducir la velocidad de rotación

Tipo de tricono adecuado Cambiar a otro tipo



35

Aire insuficiente para refrigerar cojinetes y el varillaje,

Chequear el compresor

Bloqueo del paso del aire Chequear el conducto de aire

Empuje excesivo sobre el tricono Reducir el empuje

FALLAS DE LA ESTRUCTURA DE CORTE

Aire insuficiente para limpiar el centro del barreno.

Aumentar el volumen de aire o disminuir avance.

Elección inadecuada del tricono. Cambiar al tipo siguiente.

Excesiva velocidad de rotación. Reducir la rotación.

FALLAS DEL FALDON

Aire insuficiente para la velocidad de penetración

Aumentar el volumen de aire o disminuir avance.

Formaciones diaclasadas y abrasivas Programa para recrecer faldones.

Pandeo de la barra. Cambio de la barra.



36

Desgaste de faldón del tricono y desgaste de insertos

Ilustración 2. Conos trabados,

deslizamiento, desgaste del cojinete.

Ilustración 1. Rotura de insertos. Rotura de insertos Conos trabados, deslizamiento, desgaste del

cojinete



37

Código IADC (international association of drilling contractors)

El código IADC es un sistema de designación de los triconos con el que se especifica el

tipo de boca (de dientes o insertos), la formación rocosa para la que está previsto y

algunos criterios de diseño del mismo.



38

Clasificaciones de triconos según código IADC.



39

La tabla permite seleccionar el tricono adecuado dependiendo las condiciones de

trabajo, reduciendo de esta manera los desgastes prematuros en las herramientas de

perforación.

A continuación se muestra un ejemplo de Código IADC



40

1.5 TIPOS DE MAQUINARIA DE PERFORACION

En la perforación podemos encontrar dos grandes clasificaciones según el tipo de

trabajo empleado, destacando los siguientes:

Perforación Manual

Es utilizada en áreas de trabajo reducidas ya que por sus condiciones de infraestructura

no es posible ingresar maquinaria de mayor tamaño o el empleo de esta no está

justificado económicamente, esta es operada manualmente por el perforista a cargo.



41

Perforadora manual RH, Atlas Copco.

Perforación Mecanizada

Los equipos de perforación van montados sobre estructuras de alto tonelada y

resistencia, donde se emplaza una cabina controladora para el manejo y control de los

parámetros de perforación. Las perforadoras pueden tener un desplazamiento a través

de neumáticos y orugas.



42

Perforadora mecanizada Flexiroc L8, Atlas Copco.

Los tipos de trabajo ejercidos por las perforadoras son variados, aplicándose en el

campo de minería a cielo abierto o subterráneo, para el desarrollo de diferentes tareas.

Perforación mecanizada según tipo de trabajo

Perforación de Banqueo

Es utilizado comúnmente en operaciones de minería a Cielo Abierto en la generación de barrenos verticales.

Perforación de Avance

Es utilizado comúnmente en operaciones de Minería Subterránea en la generación de Barrenos Horizontales, en el avance de galerías y túneles.



43

Perforación de Producción

Es utilizado en los frentes de explotación de la mena, para posteriormente el material fragmentado ser llevado al chancador 1.

Perforación de Chimeneas

Es utilizado en Minería Subterránea u Obras Civiles, mediante la aplicación de métodos de perforación tales como:

Blind Hole Raise Boring Jaula Alimak Entre otros.

Perforación de Rocas con Recubrimiento

Es empleado en macizos rocoso cubiertos con materiales sin consolidar (Agua, Barro, Arena, etc…), aplicando recubrimiento de las barras para la perforación.

Sostenimiento de rocas

Es empleada en Minería Subterránea, Obras Civiles y Minería a Cielo Abierto, para la prevención de la caída de roca, diferentes métodos de sostenimiento de roca tales como:

Pernos Helicoidales Split set Swellex cables



51

2. PERFORACION EN MINERA A CIELO ABIERTO

2.1 DISEÑO DE MALLAS DE PERFORACION

El diseño de mallas de perforación es efectuada en base a ecuaciones matemáticas y

criterios de experiencia en terreno sobre la voladura de rocas.

Es necesario comprender conceptos claves aplicados en el diseño de perforación

definidos a continuación:

Burden: la distancia más corta al punto de alivio al momento que el barreno

detona.

Espaciamiento: es la distancia entre taladros de una misma fila.

Taco: Distancia considerada para tapar el pozo.

Pasadura: Es una sobre perforación a la altura teórica del banco.

Los pozos de perforación pueden ser diseñados de acuerdo a su categoría

dentro de la planificación de la malla de perforación, existiendo:

Precorte: Genera una línea de debilidad que protege el banco del golpe de las

ondas de campo cercano producidos por la tronadura.

Buffer: Pozos de amortiguación previos a la línea de pozos de Precorte.

Producción: Pozos de primera línea que son los determinantes para

fragmentar la roca mineralizada y obtener la granulometría óptima.



52

Diseño descriptivo de los parámetros en una malla de perforación

Se deben aplicar formulas básicas preliminares de acuerdo al lugar de trabajo para el diseño de

la malla de perforación, definiendo las siguientes:

Diámetro

𝐃 = 𝐇/𝐊

D: Diámetro (pulg) H: Altura del Banco (m) K: 1,2 – 1,7

Burden

𝐁 = (𝟐𝟎 𝐚 𝟒𝟎)^𝐃

B: Burden D: Diámetro (pulg)

Espaciamiento

𝐒 = (𝟏 𝐚 𝟐)^𝐁

S: Espaciamiento B: Burden (pulg)

Taco



53

𝐓 = (𝟐𝟑 𝐚 𝟑𝟎)^𝐃 T: Taco D: Diametro

Pasadura

𝐉 = (𝟎, 𝟐 𝐚 𝟎, 𝟑)^𝐁 J: Pasadura B: Burden

Los diseños pueden ser aplicados a planes mensuales o semanales.

Plan mensual de perforación mina Los Bronces.

2.2 PROCESO DE PERFORACÍON

El proceso de perforación es ejecutado por los operadores una vez entregada la planificación de

las mallas de perforación (Figura).



54

Diagrama del proceso de planificación de perforación

En el proceso de la perforacion es relevante destacar la clasificacion de los factores que influyen

en su desarrollo para una operación optima.



55

Diagrama del proceso de ejecución de la perforación.

2.3 RIESGOS PRESENTES EN LA OPERACIÓN DE PERFORACION

Los riesgos siempre están presentes en todo proceso productivo, estos riesgos se

pueden clasificar y encontrar en cada operación, estos riesgos pueden ser prevenidos

junto con un plan de desarrollo de operación seguro.

Se desarrolla un plan de acción para cada riesgo probable en cada etapa del proceso

previo, ejecución y posterior a la perforación.



56

Acciones preventivas a la perforación

Tarea en

Perforación

Evento no deseado

Medidas de control

Traslado a plataforma de perforación

Colisión

Estar autorizado y poseer las competencias exigidas para conducir en el área mina rajo

Revisión plataforma

Choque

Cumplir y respetar reglamento de tránsito interior mina rajo

Revisión perforadora

Atropello

Realizar chequeo del vehículo antes de utilizarlo (AFRS)

Traslado perforadora entre pozos

Desbarrancamiento

Aplicar técnicas de manejo a la defensiva en todo momento

Traslado perforadora en

interior rajo mina

Golpeado por caídas de rocas

por transitar cerca de pared de banco

Evaluar condición de pared de talud,



57

previo al inicio del trabajo

Perforación

Caída mismo nivel por hielo o

superficie de trabajo irregular

Mantener control de la superficie y estar atento a condiciones del entorno. Prohibición de correr y hablar por teléfono celular

Abastecimiento de agua,

combustible y aceros de

perforación

Exposición a altura geográfica

Mantener 100% del personal de P&T con exámenes vigentes

Cambio de aceros y

accesorios de perforación

Exposición a sílice

Dar a conocer los riesgos de sílice a personal de P&T

2.4 EQUIPOS DE PERFORACION

Los equipos de perforación son supervisados por coordinadores y jefes de turno, junto

con una empresa externa que presta servicios de perforación, disponiendo en la mina

diferentes modelos de perforadoras de acuerdo al trabajo.



58

Equipos de perforación en mina Los Bronces

Flota

Motor

Marca

Modelo

Anglo American

Eléctrico

Bucyrus – Caterpillar

HR49

HR59

HR49-R2

Diésel

Pit Viper – Atlas

Copco

PV 271

PV 351

Servicio Externo Diésel

Sandvik

DK32

DK33

Atlas Copco

ROC15

ROC16

ROC18



59

ROC19

ROC20

2.5 PLANIFICACIÓN CORTO PLAZO

Con el propósito de validar la factibilidad del cumplimiento del programa de producción

de Largo Plazo, se debe desarrollar un plan minero a nivel de corto plazo, el cual

presenta las diferentes alternativas operacionales que permitan asegurar la producción

para los próximos años. Para ello, se puede subdividir cada banco de las fases en macro-

polvorazos, lo que permite posicionar en forma coordinada cada unidad de carguío,

otorgando además una mayor selectividad al manejo de los materiales, tanto en calidad

como en cantidad. Dichos polvorazos se pueden clasifican en:

- Polvorazo de Rampa (1);



60

- Polvorazo de Producción (2, 3, 4);

- Polvorazo de Extremos (5, 6), y

- Polvorazo de Cierre o Control de Pared (7, 8).

En general, en las faenas mineras, el tonelaje de los polvorazos de producción fluctúa

entre 300 y 600 kt. En tal perspectiva, de acuerdo al ejemplo expuesto, se definió para

este análisis un tonelaje estimado de 470 kt, lo que implica aproximadamente una

tronadura semanal para cada equipo de carguío.

En cuanto a los polvorazos de cierre, su tonelaje depende en gran medida de la longitud

a tronar, ya que el ancho ha sido definido en 35 m. Así, para una longitud de 200 metros,

el tonelaje asociado alcanza aproximadamente 272 kt.

En la Figura se ilustra la secuencia de explotación de un banco completo, en la cual se

aprecian los conceptos expuestos anteriormente.



61



62

2.6 REPORTES DE PERFORACION

Los reportes de perforación entregados a los supervisores y jefes de turno una vez

finalizada la operación de la máquina de perforación, es de suma importancia que los

datos sean fidedignos, este reporte informa al personal del área sobre la operación que

se ejecutó mostrando sus parámetros de funcionamiento y la productividad lograda en

el día.



61

Este reporte es manual escrito en cada fin de turno.



60

Ejemplo de reporte de fin de turno.

Disparo Nº

Pozo RPM Presión Metros Inicio Final Diferencia

Traslado

entre

pozos

Mts

Relleno

Mts

Rotura Observaciones

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Perforadora Nº : Operador : Tricono en uso :

Fecha : Grupo : 1 2 3 4 Turno : A B Cambio Tricono :

Plano de Perforación : SI NO Cavidades : SI NO Fase :



62



61

2.7 COSTOS DE PERFORACION

En mina los Bronces la operación unitaria de perforación representa solo el 8% de los

costos mina, para una perforadora diésel se considera un valor aproximado de 3521

US$, tienen una vida útil de 76000 Horas.

También existen gastos asociados a la perforación

8%9%

12%

45%

17%

9%

Costos

Perforación Tronadura Carguio

Transporte Servicios Mina Staff Mina



62

Aceros

Acero Costo [US$/m]

Tricono 4,1

Barra Patera 0,14

Barra Seguidora 0,14

Amortiguador 0,6

Adaptador Superior 0,06

Adaptador Inferior 0,02

Anillo Guia 0,97

Total 6,04

El costo de perforación total se determina en base a la siguiente ecuación:

𝐂𝐨𝐬𝐭𝐨 𝐏𝐞𝐫𝐟𝐨𝐫𝐚𝐜𝐢ó𝐧 𝐓𝐨𝐭𝐚𝐥

=Costo de la broca de perforacion

𝑀𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜𝑠+

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜 𝑝𝑜𝑟 ℎ𝑜𝑟𝑎

𝑀𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 ℎ𝑜𝑟𝑎

30%

25%14%

13%

12%

2%2%2%

Gastos

Staff y Operadores Repuestos Aceros

Mantencion Combustible Lubricante

Otros Materiales Otros



63

Rendimiento Equipos

A continuación se muestran los parámetros de perforación (Informe PDA 2006) de

acuerdo a las características de las rocas y experiencia de la División Andina Codelco.

Los valores considerados para efecto de cálculos de costos y consumos son los

siguientes:

Las siguientes tablas muestran el rendimiento de equipos de perforación diésel y

eléctrica de División Andina Codelco. Para sus cálculos se consideran índices

operacionales de Disponibilidad, Utilización y Factores Operaciones.



64

Costos Horarios

Los costos horarios considerados para cada tipo de equipos se presentan en las

siguientes tablas, en estos costos no se incluye la mano de obra ni el costo fijo de

mantención que son agregados como costos anuales para el caso División Andina

(Informe PDA 2006).

Los precios considerados para los insumos relevantes fueron:

• Petróleo: 0.280 US$/lt



65

• Energía: 0.036 US$ kw/h



66

Precio Equipos

En la tabla que se presenta a continuación se incluyen los valores de adquisición de los

equipos, en los casos que dice “ESTIM” corresponde a valores que no han sido cotizados

especialmente para División Andina Codelco (Informe PDA 2006).



67

2.8 MANTENCIÓN MECÁNICA

Existen distintas clases de mantenimiento, sin embargo la terminología que se utiliza

para describir los distintos procedimientos de mantenimiento ha resultado un poco

confusa por la ambigüedad de los términos. Las definiciones más utilizadas,

describiendo al mismo tiempo las distintas clases y los partes de control más habituales

en el mantenimiento minero más frecuentes e importantes.

A) Mantenimiento por corrección de avería o correctivo. La máquina está en servicio

hasta que no pueda desempeñar su trabajo normal. Una vez corregida la avería que

produjo su parada no se la volverá a prestar atención hasta que no se produzca otro

fallo. Existen algunos casos en los que este procedimiento puede estar justificado, como

es el caso de las pequeñas canteras y obras públicas de corta duración, pero en general

resulta caro y comprometido por no poder garantizarse, a medio plazo, ni las

producciones ni los costos horarios por tonelada de una mina mediana o grande.

B) Mantenimiento programado. Consiste en la vigilancia e inspección de los puntos

más débiles en unos períodos de tiempo predefinidos y que si no se realizan pueden dar



68

lugar a una avería. Entre los diferentes tipos de mantenimientos programados destacan

el preventivo y el predictivo.

C) Mantenimiento preventivo. Por medio de unas inspecciones periódicas se conoce

el estado de la máquina y se programan las correcciones necesarias para ser realizadas

en los momentos más oportunos y antes de que se lleguen a producir las averías.

D) Mantenimiento predictivo Es esencialmente un refinamiento del mantenimiento

preventivo. Está basado en unas técnicas de inspección o de reconocimiento no

destructivo que miden el progreso de los desgastes a lo largo del tiempo y, a través de

extrapolaciones realizadas automáticamente por los ordenadores, predice el punto y

momento del fallo de una forma más precisa y correcta que una fijación estadística del

momento de sustitución, como ocurre en los programas normales de mantenimiento

preventivo. Básicamente se realizan por el control con grandes programas de ordenador

que no solo prevén los momentos y los elementos necesarios, sino que también

coordinan con los almacenes y suministradores de piezas para lograr una perfecta

coincidencia en tiempo de las operaciones de sustitución de conjuntos.

E) Mantenimiento con proyecto o ingeniería preventiva. También llamado D.O.M.

(Designing Out Maintenance). Consiste en trabajar y estudiar sobre aquellos puntos o

zonas de las máquinas o sistemas que originan las anomalías más frecuentes con objeto

de diseñarlos de una nueva forma o con un material que reducen éstas y por tanto el

tiempo y volumen del mantenimiento y su costo. Es el proceso más ingenieril y empieza

por el croquizado de todas las piezas del equipo y su posible nacionalzación o

construcción de las partes en el país de la operación minera o en el propio taller. En

general en las minas es siempre necesario reforzar el diseño de algunas de las partes

de las máquinas con mayor uso o desgaste, de acuerdo con las especiales

características de la roca que tiene cada mina.

F) Mantenimiento de reacondicionamiento sistemático. Se ocupa de remozar o

recomponer aquellas máquinas o componentes que por su elevada utilización u horas



69

de trabajo están en tales condiciones que hacen muy difícil poder conseguir un adecuado

funcionamiento correcto de los mismos. Es también denominado Mantenimiento

General, Recostrucción Hiperanual o "Rebumping" para volver a reacondicionar las

máquinas de muy larga vida, como en el caso de las grandes perforadoras, excavadoras

o Dragalinas. Es muy utilizado en el mantenimiento de la aviación comercial y en los

barcos de guerra.

Pauta de Mantención DM - 50

A continuación se muestra un Check List de una mantención mecánica en terreno de

una perforadora DM-50.



70

EQUIPO : Horometro : FECHA :

Ok Regular Malo Corregido

1 INSPECCIONAR ESTADO DE ESCALERAS DE ACCESO

2 INSPECCIONAR ESTADO DE PLATAFORMA

3 INSPECCIONAR ESTADO DE RADIADOR

4 INSPECCIONAR ESTADO DE PROTECCIONES DE RADIADOR

5 INSPECCIONAR ESTADO DE SOPORTES DE RADIADOR

6 INSPECCIONAR ESTADO DE BOMBA DE AGUA

7 INSPECCIONAR ESTADO DE ENFRIADORES DE ACEITE

8 INSPECCIONAR ESTADO DE BASTIDORES

9 INSPECCIONAR ESTADO DE MOTORES DE TRASLACION-ROTACION

10 INSPECCIONAR ESTADO DE ESTRUCTURA DE TORRE POR SOLDADURA.

11 INSPECCIONAR ESTADO DE CABLES DE TORRE

12 INSPECCIONAR ESTADO DE SOPORTE DE ESTANQUE DE ACEITE HIDRAULICO

13 INSPECCIONAR ESTADO DE SEPARADOR DEL COMPRESOR

14 INSPECCIONAR ESTADO DE PASADORES DE CILINDROS DE LEVANTE DE LA TORRE.

15 INSPECCIONAR ESTADO DE POLEAS DE CABLES

16 INSPECCIONAR ESTADO DE PORTA FILTROS DE AIRE

17 INSPECCIONAR ESTADO DE BARANDAS (PASAMANOS)

18 INSPECCIONAR ESTADO DE CADENAS DE RODADO

19 INSPECCIONAR DUCTO, FILTROS Y ABRAZADERAS DE COMPRESOR

20 INSPECCIONAR NIVEL DE GRASA EN DEPOSITO (PETROPLATE GRADO 1)

21 INSPECCIONAR ESTADO DE RODILLOS DE RODADO

ITEM 2 INDIQUE OTROS ELEMENTOS QUE NO ESTAN CONSIDERADOS EN ESTA PRE INSPECCION

1 INSPECCIONAR EJE PIVOTE DEL BASTIDOR " SOLDADURA. "

2 CHEQUEAR NIVELES DE HIDRAULICO,COMPRESOR,PTO,MANDOS.

3 CHEQUEAR POSIBLES FUGAS DE LUBRICANTE, PROGRAMAR O CREAR BACKLOGS.

4 DRENAR AGUA DE ESTANQUE DE COMPRESOR

5 VERIFICAR NIVELES.

ITEM

SI NO SI NO SI NO

01/06/2003.

ITEM 1

OBSERVACIONES Y/O COMENTARIOS

INSPECCION A MOTOR DIESEL

DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO

PAUTA DE MANTENCION DM 50

SISTEMA

Inspeccionar estructura del equipo en general por fisuras, evaluar, chequear niveles visualmente y programar en transcurso del día si requiere

atención el equipo o en la mantención de 50Hrs. si requiere atencion de inmediato comunicar al jefe de Operaciones.

Estado

PRE MANTENCION MECÁNICA CHECK-LIST.

NOTA DE SEGURIDAD:"PRECAUCIÓN": NO INICIE EL CHECK-LIST HASTA ASEGURARSE DE QUE LA MAQUINA SE ENCUENTRA SIN ENERGIA Y TOTALMENTE AISLADA.

INSPECCION DE TERRENO

USE SIEMPRE SU CANDADO LOCK-OUT EN EL PUNTO DE BLOQUEO.

AVISE SU SALIDA E INGRESO AL EQUIPO AL LIDER MINA.

Describir los trabajos pendientes o por ejecutar e identificar la ejecución de un Backlogs por los trabajos NO ejecutados en la PM

PENDIENTE SE GENERA BACKLOGEJECUTADO

EN LO POSIBLE INVOLUCRE AL OPERADOR EN SU INSPECCION

NOMBRE Y FIRMA RESPONZABLE NOMBRE Y FIRMA JEFE DE TURNO



71

3. PERFORADORA PIT VIPER – 351

3.1 DESCRIPCCION GENERAL

Nomenclatura: PV 351 – 35 cm diámetro, 1 pasada

La perforadora diesel Pit Viper 351 de Atlas Copco Drilling Solutions es un perforadora de

pozos de voladura de dirección de cabeza superior, instalado en una oruga, que está

diseñado para una perforación giratoria de agujeros de 10 5/8” a 16” (270 mm a 406.4 mm)

de diámetro con profundidades de 65 pies (19.8 m) en paso simple. Un carrusel estándar,

que sostiene dos varillas adicionales de 35 pies (10.66 m), incrementa la capacidad de

profundidad a bordo a 135 pies (41.15 m). El sistema de alimentación de cable impulsado

hidráulicamente tiene capacidad para 125,000 libras (38,100 kg) de carga de punta. El peso

total de la máquina es de aproximadamente 380,000 libras (115,824 kg).

Perforadora Pit Viper – 351



72

Las funciones de perforación reciben alimentación hidráulica. El aire comprimido se utiliza

para limpiar el agujero. Un motor diesel impulsa las bombas hidráulicas y el compresor.

Los sistemas que soportan las funciones de perforación y propulsión del perforador están

controlados por componentes:

Neumáticos

Hidráulicos

Eléctricos.

Descripción técnica general de la perforadora Pit Viper - 351

Series de productos

Large-range drilling rigs

Método de perforación

Rotativa – Single Pass

Diámetro del barreno

270 - 406 mm

Empuje hidráulico

534 kN

Tracción hidráulica

267 kN

Peso sobre la broca

56700 kg

Profundidad en una pasada

19.8 m

Profundidad máxima de barreno

41.1 m

Peso estimado

175 - 188 t

Diámetro del barreno

270 - 406 mm



73

3.2 CARACTERISTICAS DE DISEÑO PV 351

El perforador Diesel PV351 utiliza una carrocería tipo excavadora dirigida directamente por

un sistema de engranaje del planetario y dos motores hidráulicos. Una horquilla de

oscilación de “viga en movimiento” permite que el perforador se propulse sobre un terreno

disparejo con menos tensión de torsión en el marco principal.

El perforador PV351 utiliza un motor diesel conectado directamente a una caja de

engranajes de dirección de bomba hidráulica en un extremo y el compresor de aire

conectado directamente al otro extremo. La caja de cambios de dirección de la bomba, el

motor diesel y el compresor de aire están montados sobre un “generador flotante”. Éste es

un marco independiente que fortalece el marco principal y “flota” para mantener la

alineación adecuada del sistema de transmisión.

Las funciones de perforación reciben alimentación hidráulica. El aire comprimido se utiliza

para limpiar el agujero. Un motor diesel impulsa las bombas hidráulicas y el compresor. Los

componentes hidráulicos y eléctricos controlan los sistemas que soportan las funciones de

perforación del perforador.

El perforador diesel PV351 incorpora:

cuatro (4) gatos de nivelación para mantener el perforador a nivel y estable mientras

se está perforando. La torre está construida con tubería de acero soldado.

Un cambiador de varilla perforadora tipo carrusel se encuentra instalado en la torre

y sostiene dos (2) piezas de 35 pies (10.67 m) de largo. Dos cilindros hidráulicos

bajan y suben la torre.

Parámetros medioambientales de funcionamiento

Altitud



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1. Alta - Sobre 6000 pies (1828.8 metros) 1. Nominal - Nivel del mar a 6000 pies

(1828.8 metros)

Rendimiento

1. Resistente - Roca dura 2. Normal - Roca suave 2. Ligero - Arena y grava

Temperatura ambiente

1. Caliente- Sobre 125° F (52° C) 2. Nominal- Entre los límites de 125° F (52° C) máximo y 15° F (-9° C) mínimo. 3. Frío- Entre los límites de 15° F (-9° C) y -30° F (-35° C). 3. Extremadamente frío - Debajo de -

30° F (-35° C)

Servicio

1. Excelente - Bancos bien preparados, Programa de mantenimiento programado, Entrenamiento avanzado para operadores y mecánicos. 2. Nominal - Buenas condiciones de funcionamiento, Mantenimiento normal, Entrenamiento básico para operadores y mecánicos. 3. Deficiente - Malas condiciones de funcionamiento, Mantenimiento limitado, Entrenamiento limitado para operadores y mecánicos.

Tipo de aplicación

1. Construcción - Aplicación nominal 2. Agregados - Aplicación liviana



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3. Oro, cobre y hierro - Aplicación resistente 4. Carbón - Aplicación nominal 5. Pozos de agua - Aplicación liviana

6. Aceite y gas - Aplicación nominal

Layout de perforadora Pit Viper – 351

3.3 COMPONENTES MECANICOS PV-351

Marco principal



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El perforador diesel Blasthole PV351 utiliza un marco principal fabricado con soldaduras,

que está diseñado por Drilling Solutions y construido de una viga en I de brida amplia de 30

pulg (762 mm), que pesa aproximadamente 326 lb/pies (47.8 kg/m). El peso de la soldadura

es de 49,700 lb (22,543.9 kg).

Marco principal

Sistema de propulsión y carrocería

El perforador diesel PV351 utiliza una carrocería tipo excavadora dirigida directamente por un

sistema de engranaje del planetario y dos motores hidráulicos. Una horquilla de oscilación de “viga

en movimiento” permite que el perforador se propulse sobre un terreno disparejo con menos tensión

de torsión en el marco principal.



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Sistema de propulsión y carrocería

Accesorios y herramientas de la tubería de la perforación giratoria

1. Cabeza giratoria

2. Rueda auxiliar (también llamado elemento separador secundario), que se utiliza

con o sin el amortiguador secundario

3. Amortiguador secundario

4. Varilla perforadora

5. Varilla o estabilizador de arranque (opción)

6. Cable y montacargas auxiliar

7. Gancho de elevación

8. Llave de interrupción

9. Llave de horquilla deslizante (tabla)

10. Buje de rodillo (se encuentra dentro del buje centralizador de la tabla)

11. Buje centralizador de la tabla (sobre la tabla)

12. Broca auxiliar

13. Punta Tricónica

14. Canasta de puntas (se encuentra dentro del buje centralizador de la tabla,

después de mover el buje de rodillo, cuando instala o retira la broca tricónica).



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79

Accesorios de tubería de perforación

Torre, Carrusel y Varilla

Un grupo de poleas en la parte superior e inferior de la torre sostienen los cables de

alimentación. El ensamble de la torre cuenta con una cabeza giratoria conducida por

hidrostática y sistemas de alimentación de perforación hidráulica. El sistema de

alimentación consiste de la cabeza giratoria, dos cilindros de alimentación hidráulica y un

cable de alimentación conectado a las placas de montaje que están conectadas al

envolvente de la cabeza giratoria.

La torre está diseñada para sostener la cabeza giratoria mientras sube y baja la tubería de

perforación. Ésta está construida para soportar el torque que ejerce la cabeza giratoria

durante la operación de perforación.

Torre, Carrusel y Varilla



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Cabezal Giratorio

La cabeza giratoria (también llamada cabeza de poder o cabeza superior) se utiliza para

girar la broca y agregar y retirar la varilla perforadora de la tubería de perforación.

La tubería de perforación está conectada directamente a la cabeza giratoria y toda la

presión de rotación y alimentación se ejerce a través de la cabeza giratoria.

Dos motores hidráulicos activan la rotación de la cabeza giratoria. La pantalla de

perforación, ubicada en la pantalla de la computadora central en la cabina del operador,

mostrará la cantidad de presión hidráulica que se aplica a los motores de la cabeza giratoria

en forma de velocidad de rotación. Las velocidades de rotación que varían de 0 a 160 rpm

se pueden obtener utilizando esta cabeza giratoria.

Cabeza Giratoria, Pit Viper -351

Sistema de Transmisión

Consta de un motor diesel directamente conectado a un compresor de aire en un extremo

y a la dirección de la bomba hidráulica en el otro extremo. Este ensamble completo del

generador está instalado en su propia base secundaria, la cual a su vez está instalada sobre



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el marco del equipo. La configuración del tren de dirección en línea maximiza la eficiencia

mecánica. La base secundaria “flotante” separada aísla los componentes de las cargas por

Impacto de propulsión y de perforación y ayuda a mantener la alineación entre éstos.

Generador diésel

Compresor de aire

Todos los compresores de aire que se utilizan en los perforadores PV351 son de diseño de

tornillo giratorio asimétrico sumergido en aceite. Los bujes de rodillo cónico se utilizan para

manejar cargas radiales y axiales. El equipo estándar para el compresor de aire incluye

depuradores de aire separados en tres etapas e instrumentación y controles completos. El

sistema de lubricación incluye un enfriador de aceite, válvula de desviación, filtro de aceite,

bomba de aceite y receptor de aire de combinación y tanque separador de aceite. Se

proporciona un sistema de apagado de seguridad para una descarga alta de la temperatura

del aire.



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Compresor y Depuradores de aire

Sistema hidráulico

Todas las funciones de perforación y propulsión se activan hidráulicamente. El sistema

hidráulico consiste de un depósito hidráulico de 360 galones (1360.8 litros), bombas

hidráulicas instaladas en una caja de engranajes de dirección de la bomba y varias válvulas,

cilindros, tubos, mangueras y filtros. Un enfriador de aceite hidráulico asegura temperaturas

bajas del aceite para maximizar la eficiencia del sistema y la vida del componente.

Las dos bombas principales suministran potencia hidráulica a cualquiera de las funciones

de perforación (rotación y alimentación del perforador) o funciones de tramo (propulsión).

La bomba de dirección del ventilador suministra aceite a los motores del ventilador. Las

bombas dobles de circuitos auxiliares suministran aceite a todas las otras funciones a través

de las válvulas de 7 y 9 carretes.



83

Sistema hidráulico



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4. MINERÍA SUBTERRANEA

4.2 MÉTODOS DE EXPLOTACIÓN

Cuando la razón estéril mineral resultante para realizar la explotación del cuerpo

mineralizado es demasiado alta para los intereses económicos, es necesario utilizar

métodos de extracción subterráneos, cuyos sistemas de explotación variarán dependiendo

del tipo de roca, mineralización, parámetros económicos, etc. Los métodos de explotación

subterráneos pueden clasificarse en tres grandes grupos:

1. Auto-soportados: también conocidos como métodos de caserones abiertos o soportado

por pilares, comúnmente aplicado para minería no tan selectiva (ya que deja pilares para

mantener la estabilidad del caserón). Ejemplos de este tipo son: Room and Pillar, Stope

and Pillar, Shrinkage Stopping, Sublevel Stoping, etc.

2. Soportados artificialmente: en este caso los caserones necesitan ser rellenados para

generar el soporte. Estos métodos son de alto costo y generalmente están asociados a

yacimientos en que se necesita ser muy selectivo, por ejemplo en la minería de vetas de

oro. Dentro de este grupo se encuentran los métodos de Cut and Fill, Bench and Fill,

Shrinkage, Vertical Crater Retreat, etc.

3. De hundimiento: estos métodos son utilizados en minería poco selectiva, no tienen

soporte como en los casos anteriores. Se basa en la socavación del material del cuerpo

mineralizado mediante la creación de un corte en la base de la zona a minar, el mineral cae

rellenando la cavidad generada cada vez que esté es en el ciclo productivo. El hundimiento

puede ser natural o inducido dependiendo de la calidad de la roca en que se encuentra el

cuerpo mineralizado. Algunos métodos de hundimientos son: Block/Panel Caving, Sublevel

Caving, Longwall Mining, etc.



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Los criterios de selección para utilizar algún método en particular dependen de muchos

factores, sin embargo la mineralización presente en el yacimiento es uno de los más

fundamentales. La forma que tiene el cuerpo mineralizado y la distribución de leyes

determinará si se tratará de un método masivo o alguno más selectivo, además se debe

hacer un balance en cuanto a costos y la dilución esperada, sin dejar de lado características

del macizo rocoso tales como estructuras de debilidad, continuidad de la mineralización,

hundibilidad y dureza de la roca. La selección del método también debe tener en cuenta

objetivos productivos y restricciones inherentes para la realización de la construcción de la

mina (por ejemplo explotar en lugares donde no está permitido deformar la superficie del

terreno mediante hundimiento o construcción de un rajo).



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La tabla siguiente muestra los cost

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TABLA DE CONTENIDOS · 2020. 9. 11. · plasticidad de las rocas pétreas (granitos, esquistos cristalinos y areniscas) ... fracturamiento. El Fluido de Barrido (Aire o Agua):