03_Accesorios perforacion rotopercutiva.pdf

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Captulo 3

ESORIOS DE PERFOR ION ROTOPER UTIV

1. INTRODUCCIONPara realizar un trabajo de perforacin especficopueden elegirse diversas combinaciones de acceso-rios. Los factores que hay que considerar en la selec-cin de sus componentes son: dimetro de los barre-nos y longitudes, estructura, resistencia y abrasividadde las rocas, tamao y potencia de la perforadora,experiencias anteriores y facilidades de suministro.La sarta de perforacin est constituida general-mente por los siguientes elementos: adaptadores deculata 1 , manguitos 2), varillas de extensin 3) ybocas 4). Fig. 3.1.Los aceros empleados en la fabricacin de estasherramientas deben ser resistentes a la fatiga, a laflexin, a los impactos y al desgaste en las roscas yculatas.

~ -J~ ~~~~2

Lo ideal es usar aceros con un ncleo no muy duro yuna superficie endurecida y resistente al desgaste.Esta estructura se consigue en la prctica de dos for-mas:a) Aceros con alto contenido en carbono. Como el

empleado en las barrenas integrales. La durezadeseada se consigue controlando la temperaturaen el proceso de fabricacin. La parte de la culatase trata por separado para conseguir una alta re-sistencia a los impactos.

b) Aceros de bajo contenido en carbono. Usados envarillas, adaptadores, manguitos y bocas. Sonaceros que contienen pequeas cantidades decromo o nquel, manganeso y molibdeno.

Los tratamientos a los que s someten los acerossuelen ser:

2~:~ [~;~~~L ~~O3 4

3

Figura 3.1. arta de perforacin

- Endurecimiento superficial HF Alta Frecuencia).Calentamiento rpido hasta 900C y enfriamientobrusco en agua. Se obtiene una alta resistencia a lafatiga y se aplica en varillas, manguitos y algunasbocas.- Carburacin. Aumento del contenido de carbonoen la superficie del acero introduciendo las piezasdurante algunas horas en un horno con una at-msfera gaseosa rica en carQono y a una tempera-tura de 925C. Se usa en las varillas y culatas paraconseguir una alta resistencia al desgaste.- Bombardeo con perdigones de acero para au-mentar la resistencia a la fatiga en los materiales nosometidos a los tratamientos anteriores.

- Proteccin frente a la corrosin, mediante fosfata-cin y aplicacin de una fina capa de acero.En cuanto al metal duro de los botones e insertos delas bocas, se fabrica a partir de carburo de tungsteno ycobalto por tcnicas de polvometalotecnia. Este mate-rial se caracteriza por su alta resistencia al desgaste y

tenacidad, y pueden conseguirse diferentes combina-ciones variando el contenido en cobalto, entre un 6 yun 12 , y el tamao de los granos del carburo detungsteno.La unin entre el acero y el metal duro se puedehacer con soldadura en las bocas de insertos y porcontraccin o presin en el caso de las bocas de boto-nes.

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Foto 3.1. Accesorios de perforacin Cortesia de Kometa .

2. TIPOS DE ROS S Las caractersticas que determinan si las varillas sonfcilmente desacoplables o no son: el O9,ulodel perfily el paso de rosca. Un paso mayor junto a un ngulo deperfil menor har que la rosca sea fcil de desacoplar,comparando roscas de un mismo dimetro.Las roscas tienen como funcin unir las culatas, losmanguitos, las varillas y las bocas durante la perfora-cin. El ajuste debe ser eficiente para que los elemen-tos de la sarta se mantengan bien unidos en el fin deconseguir una transmisin directa de energa. Sinembargo, el apriete no debe ser excesivo pues difi-cultara el desacoplamiento del conjunto de varillascuando stas fueran retiradas del barreno.

Los principales tipos de rosca son:Rosca R. Soga). Se usa en barrenos pequeoscon varillas de 22 a 38 mm y perforadoras poten-tes de rotacin independiente con barrido de aire.

~ T R C GDPAR DE APRIE TE

Figura 3.2. Tipos de roscas Atlas Capeo .


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Tiene un paso corto de 12 7 mm y un ngulo deperfil grande.- Rosca T. Es adecuada para casi todas las condi-ciones de perforacin y se usa en dimetros devarillas de 38 a 51 mm. Tiene un paso mayor y unngulo de perfil menor que hace ms fcil el desa-coplamiento que con la rosca R y adems uno delos flancos presenta un gran volumen de desgasteque le proporciona una gran duracin.- Rosca C. Se usa en equipos con varillas grandes de51 y 57 mm. Tiene un paso grande y ngulo de perfilsemejante al de la rosca anterior.- Rosca GD o HI. Tiene unas caractersticas interme-

dias entre la rosca R y la T. Posee un diseo de per-fil asimtrico denominado de diente de sierra y seusa en dimetros de 25 a 57 mm.

~....Figura 3.3. Perfiles de las roscas R T e y GD

Cuando se perforan ciertas rocas blandas las roscaspueden tener una longitud doble de esta forma cuandose gesgasta el primer tramo se corta y se contina tra-bajando con el segundo.

Tambin existen roscas especiales como la rosca enespiral a todo lo largo de la varilla. Tambin presentan laventaja de mayor aprovechamiento al irse cortando lostramos gastados pero el inconveniente de no trabajarcon longitudes estndar. Los dimetros de estas varillasdisponibles son 32 38 Y45 mm.

3. ADAPTADORESLos adaptadores de culata o espigas son aquelloselementos que se fijan a las perforadoras para transmitirla energa de impacto la rotacin del varillaje y el em-puje.

Bsicamente existen dos tipos de adaptadores Fig.3.4. 1 De arrastre Leyner y 2 Adaptadores estriados.

- L d h~~ 1illADAPTADOR LEYNER

~0J~~~~ bS~=1 I rn

ADAPT ADORES ESTRIADOS

Figura 3.4. Adaptadores de culataEl primer tipo es usado con varillas de 25 y 32 mmmientras que los adaptadores de estras se empleancon dimetros de 38 44 Y50 mm con martillos de rota-cin independiente y teniendo entre 4 y 8 estras. En lasmodernas perforadoras con una potencia de impacto de

al menos 18 kW los adaptadores se disean sin cola -zona delgada detrs de las estras - reforzndose as lasuperficie de impacto.Elsistema de barrido puede ser central en cuyo casolos adaptadores disponen de una empaquetadura osello interior que es el elemento que entra en contacto

con la aguja de soplado o lateral Fig. 3.5 teniendoentonces un orificio entre las estras y la rosca por elque entra el fluido de barrido atravs de un dispositivocon empaquetaduras adosado concntricamente conel adaptador.

Figura 5 d pt dor con barrido lateral

Otro diseo como se ve en el siguiente epgrafeconsiste en las varillas que poseen en un extremo unaculata. Fig. 3.6. Se usa en las perforadoras manuales ocon los martillos ms pequeos en dimetros de 19 22Y 25 mm con seccin transversal hexagonal.

1: ~ l2 r~~i~~Figura 3.6 Varilla con culata

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VARILLAJELos elementos de prolongacin de la sarta son ge-neralmente,

- Varillas o barras.- Tubos.

Las primeras son las que se utilizan cuando se per-fora con martillo en cabeza y pueden tener seccinhexagonal o redonda. Las varillas tienen roscas exter-nas macho y son acopladas por manguitos.

c::;]a) HEXAGONAL

~, ;;:; nCJb) REDONDA

C)~

Y.JJJJJJJU0J1J1 c:Jc ROSCADOBLE c:J JiJJJJ/JJJ i JJJ Jl J

~d) LIGERA ~t_LICJ. CON ACOPLAMIENTO INTEGRADO CJ1I::JCJI] LI~ :1,,f VARILLA PARA TUNELES y GALERIAS~g BARRENA INTEGRAL ROSCADA Q~h ROSCADA CON CULATA fJ1IXJ~~ CONICA CON CULATA~j INTEGRAL CON CULATA

~--_uk INTEGRAL CON BOCA DE TRES INSERTOS

~;d

~

~~~~ ~ ;;;;;;~1 REDONDA CONTINUA

Figura 3,7 Tipos de vari llasLas varillas de extensin de seccin completa hexa-gonal a o redonda b Fig. 3.7 tienen la misma dimen-

sin en el centro de la varilla que en las roscas, En lasprimeras el hexgono circunscribe al crculo que corres-ponde a las similares de seccin redonda, por lo queson ms rgidas y tambin un poco ms pesadas,

Cuando las condiciones de perforacin son talesque las vidas de las varillas dependen slo del desgastede las roscas, se emplean varillas con roscas dobles c .As, cuando se gasta la primera parte de la rosca, stase corta y se puede entonces seguir perforando con lasegunda parte.Las varillas de extensin ligeras d tienen seccionestran 3versales, normalmente hexagonales, menoresque las de la rosca, La designacin de este tipo devarillas se refiere a las dimensiones de las roscas.60

Recientemente, han aparecido en el mercado las va-rillas de acoplamiento integrado e , que permiten unamanipulacin ms sencilla, eliminan el uso de mangui-tos, la transmisin de energa es mejor, los barrenosson ms rectos y la operacin ms segura. El precio deestas varillas es equivalente al de una convencionalms un manguito, pero presentan el inconveniente deque en caso de rotura en las uniones se utilizan.

Dentro del varillaje para tneles y galerias se disponede diversos tipos entre los que destacan: las varillas deextensin ligera f uno de cuyos extremos tiene roscade mayor dimetro que el de la seccin central de lamisma. La dimensin con la que se designan se refiereal tamao de la rosca en el extremo de la culata.

Las barrenas integrales rascadas g de seccin he-xagonal que disponen de boca de insertos en un ex-tremo y rosca en el opuesto. Las varillas rascadas conculata h tienen una culata hexagonal en un lado yrosca en el otro y las varillas cnicas con culata i .

Por ltimo est el grupo de las barrenas integralescon culata Fig. 3.8 , que a su vez se subdividen segnla forma de la boca y forma de los insertos,Las barrenas integrales estn ordenadas en series,donde el dimetro del inserto disminuye conformeaumenta la longitud de las mismas. Los principalestipos son:

- Barrenas de tipo cincel. Son las ms usadas y secaracterizan por su fcil afilado y bajo coste.

- Barrenas de insertos mltiples. Se usan en la per-foracin mecanizada de rocas blandas y fisuradas.

- Barrenas de botones. Se emplean en rocas pocoabrasivas de fcil penetracin, como por ejemplo elcarbn.

- Barrenas para trabajos en mrmol. Disponen decuatro insertos y canales especiales para evacuarlos detritus.

En la perforacin a cielo abierto, generalmente, lasvarillas hexagonales se usan con equipos ligeros y cam-bio manual, mientras que las de seccin redonda se uti-lizan cuando las perforadoras disponen de cambiadores

En la Tabla 3.1. se indican los dimetros disponibles ylongitudes estndar de las varillas ms comunes.

TABLA 3.1

Por otro lado, en la Tabla 3.2. se recogen los dime-tros del varillaje y longitudes mximas perforadas parabarrenos de diferente seccin.

TIPODEVARILLA DIAMETROS LONGITUDESDISPONIBLES mm DISPONIBLES mmHexagonal, normal 25,28,32,38 3050,3660Redonda, normal 32,38,45,51 3050,3660,6100Redonda, MF 32,38,4551 3050,3660,6100


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ABB.B2B3eDEFGHK

BarraBocaAnchura de la bocaAnchura de la plaquitaAnchura del filoCollarDimetro de la bocaCulataMarcaMarca de la fechaAltura de laplaquitaCapucha de plstico (para barrenas standard, capuchaamarilla para barrenas especiales, capucha roja)Longitud efectivaMarca que indica el dimetro de la bocaRadio del filoAngula de holguraAngula del filo

~G'/11:J

L

LMRQ{3e

'1 II 'I EI-1

IKFigura 3,8, Barrenas integrales Sandvik-Coromant ,

T L 3.2

Con la aplicacin de las perforadoras hidrulias conmartilloen cabeza a la perforacin de barrenos de gran-des dimetros, superiores a los 115 mm, se han disea-do recientemente unos tubos de perforacin semejantesa los que se emplean en los trabajos con martillos enfondo.Las principales ventajas de este varillaje tubular son:

.'1 ~.~.~ ':~~

Mayor rigidez. Se reducen las desviaciones y lasparedes irregulares de los barrenos al tener unosdimetros mayores (76 a 165 mm).Mejortransmisin de la energa al no ser preciso eluso de manguitos.Barrido ms eficiente al mejorar la velocidad delaire en el espacio anular y al poder aumentar lacantidad de aire bombeado.

1.

2.3.

Figura 3.9. Tubos de perforacin Tamrock .61

Till a K MF-ml lB+I B,D

DIAMETRODE DIAMETROS LONGITUDMAXIMAVARILLA DE BOCAS mm) DE BARRENO mm) pulg) RECOMENDADA m)25 1 38/41/45/51 6... 828 1 1/8 38/41/45/51 8 n. 1032 1 1/4 48/51/57/64/76 12 n. 1538 1 1/2 64/70/76/89/102 15... 1845 1 3/4 76/89/102/115 18 n. 2251 2 89/102/115/127 25... 28


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En la Fig. 3.10 se indican los dimetros de los tubosque se recomiendan en funcin del tamao de los barre-nos.

I~a~~a ::mI I 121100mm Iuboa112151mm var.1 I 121127mm Iubos112176mm var.1 1121152 mm tubos I

112187mm lub.1 I 0165mmtubosI76I ~9 200

DIAMETRO DEL BARRENO (mm)Figura 3.10. Varillaje re omend dop r distintosdimetrosde perforacin.Tambin existen en el mercado las varillas o tubos

gua, que llevan una o dos secciones en los extremoscon cuatro aletas exteriores longitudinales. Se fabricancon rosca macho y hembra en los extremos, con lo cualse eliminan los manguitos. Estas varillas permiten reali-zar la perforacin con desviaciones inferiores al 1 Yson adecuadas tanto para la perforacin de superficiecomo subterrnea.Los tubos gua se colocan detrs de la boca de perfo-racin, proporcionando puntos de apoyo adicionales. Elresto de la sarta de apoyo est constituida por varil lasde 45 a 51 mm. Como el tubo gua se encuentra en elfondo del barreno tiene un efecto similar a una sarta for-

mada totalmente por tubos.Finalmente, cuando se perfora con martillo en fondose emplean tubos, como ya se ha indicado, con unaslongitudes de 3 a 7,5 m con roscas macho y hembra en

~

ACCIONAOORDEL TUBO>?

(TRANSMITE ROTACION)

los extremos. Prximo a estas zonas presentan unoschaflanes o entalladuras para facilitar el empalme y de-senroscado de los tubos.

Los tamaos estndar, para cada dimetro de tubo, yel peso aproximado del mismo se indica en la Tabla 3.3.T L 3.3

Recientemente, Atlas Capeo ha introducido un nuevosistema de transmisin de energa en la perforacin ro-topercutiva con martillo en cabeza, en el que la percu-sin y la rotacin se ejercen sobre el til de perforacina travs de dos sartas independientes, pero coaxiales.El sistema, conocido por COPROD, est constituidopor unas varillas centrales sin rosca montadas unas so-bre otras en el interior de unos tubos de mayor dimetro,unidos con roscas cnicas. Las varillas transmiten laenerga de impacto a la roca y los tubos exteriores pro-porcionan la rotacin, Fig.3.11.

SECCION COPROO CABEZA COPROD-~oVARILLA DEPERCUSION

TUBO DE ROTACION TUBO DELA BOCA

MANDRIL DELA BOCA

Figura 3.11. Sarta de perforacin COPROO (Atlas Capeo).

62

DIAMETRO DETUBERIA LONGITUD ROSCA PESO(mm) (mm) APIreg (kg)76 1500 23/s 1576 3000 2 3/s 2589 1500 2 3/s 2289 3000 2 3/s 4489 4500 2 3/s 63114 1500 3 12 45114 3000 3 ';2' 61114 6100 3 '/2 170115 7600 3 12 199127 6100 3 ';2' 204127 7600 3 12 257


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Los martillos desarrollados para este varillaje estnequipados con una culata que transmite la percusin yun tubo mandril que transmite la rotacin.Este nuevo tipo de sarta presenta las siguientes ven-tajas:- Posibilidad de usar perforadoras ms potentes.- Altas velocidades Qepenetracin.- Elevada efectividad de perforacin, similar a untubo en martillo en fondo.- Mayor duracin de la sarta, superior que con marti-llo en cabeza y similar que con tubos con martilloen fondo.- Barridcr ms efectivo que con varillaje convencio-nal.- Menores desviaciones de los barrenos.

5. M NGUITOSLos manguitos sirven para unir las varillas unas a

otras hasta conseguir la longitud deseada con ajustesuficiente para asegurar que los extremos estn encontacto y que la transmisin de energa sea efectiva.

Los tipos de manguitos disponibles son:a) Simples.b) Con semipuente.c) Con puente.d) Con estras.e) Con aletas de gran dimetro.

a) r:~=;jb)~

d)~.)~C)~

Figura 3.12. ipos de manguitos .,

Los manguitos con tope central b) y c) evitan eldeslizamiento de ese elemento sobre el varillaje. Seusan en todas las roscas T, y en el extremo de la culatade las varillas para perforacin de tneles.

Los manguitos con estras d) se utilizan con bocasretrctiles en barrenos con tendencia a atascamientos.Los manguitos con aletas se emplean en barrenos lar-gos de gran dimetro y sirven para centralizar y estabi-lizar las varillas.

Los tratamientos trmicos de fabricacin son el en-durecimiento superficial, lacarburacin total o interiorsolamente.

En la Tabla 3.4 se indican los dimetros de los man-guitos para varillaje de diferente tamao.

T L 3.4

6. OC SLas bocas que se emplean en la perforacin rotoper-

cutiva son de dos tipos:- Bocas de pastillas o plaquitas, y- Bocas de botones.Nomenclatura

,. 9 f~9 hh,. kb k l. DBoca en cruz Boca en X9~ ml. ..0 a Anchura de la plaquitab Longitud de la plaquitac Altura de l plaquitad Dimetro del faldne Longitud cfel faldnf Ranura del detritusg Orificio de barrido lateralh Orificio de barrido centrali Anchura del flancok Dado centralI Botn centralm Bo t n p erifr ic oO Dimetro de la bocaa Angula de holguw

Bocas de botones

Figura 3.13. Bocas de perforacin Sandvik-Coromant .Algunas caractersticas de diseo comunes a ambos

tipo: de boca son las siguientes: Las varillas se atornillan hasta el fondo de la roscade la boca con el fin de que la transmisin de laenerga de impacto sea lo ms directa posible sobre la roca.

Las bocas disponen de una serie de orificioscentrales y laterales por los que se inyecta el fluidode barrido para remover el detritoy poseen unas hendiduras por las que pasan y ascienden las partculas deroca producidas.

DIAMETRO DIAMETRO DIAMETRODEBOCA DELVARILLAJE DELOSMANGUITOS mm) pulg) mm) pulg.) mm) pulg)41 1 5/8 25 1 36 1 7/1645 1 3/4 28 1 1/8 40 1-5/851 2 32 1 1/4 44 1 3/457 21/4 32 1 1/4 44 1 3/464 21/2 38 1 1/2 55 2 5/3270 23/4 38 1 1/2 55 2 5/3276 3 45 13/4 63 231/6489 31/2 51 2 72 27/8


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- Las bocas se disean con una pequea conicidad,siendo la parte ms ancha la que est en contactocon la roca, con el fin de contrarrestar el desgasteque sufre este accesorio y evitar un ajuste excesivocon las paredes del barreno.

a. oc s de botonesEstas bocas disponen de unos botones o insertos

cilndricos de carburo de tungsteno distribuidos sobrela superficie de la misma. Se fabrican en dimetros quevan desde los 50 mm hasta los 251 mm.

Las bocas de botones se adaptan mejor a la perfora-cin con rotacin, obtenindose velocidades de avancesuperiores que con bocas de pastillas. Tambin presen-tan una mayor resistencia al desgaste, debido no slo ala forma de los botones sino incluso a la sujecin msefectiva del acero, por contraccin o presin en fro, so-bre todo el contorno de los insertos.

b. oc s de p still sSe dispone de dos configuraciones de diseo: (1)

Bocas en Cruz y (2) Bocas en X. Las primeras estnconstruidas con cuatro plaquitas de carburo detungsteno dispuestas en ngulo recto, mientras que enlas bocas en X estas plaquitas forman ngulos de 75y 5 unas con otras.

Estas bocas se fabrican a partir de dimetros de 35mm, siendo habitual llegar hasta los 57 mm en las bocasen cruz, y usar a partir de los 64 mm y hasta 127 mm lasbocas en X, pues son ms rpidas y adems se evita latendencia de las otras a abrir barrenos con seccionespentagonales en los grandes dimetros.

c. oc s especi lesLas bocas con diseo especial son las conocidaspor:

- Bocas retrctiles.- Bocas de escariar.- Bocas de centro hundido.- Bocas balsticas.

~~8 GI}~ ZI f~Figura 3.14. Bocas retrctiles.64

Las bocas retrctiles se usan en aquellas formacio-nes rocosas donde las paredes de los barrenos tiendena desmoronarse y,por lo tanto,es preciso evitar atran-ques y prdidas de varillaje. Disponen de estrias ydientes por detrs del frente que permiten realizar laperforacin en retroceso.

Una variante de la boca anterior es la boca retrctilde faldn largo. Con este til el corte en retroceso esms intenso y al tener un dimetro constante en todosu cuerpo se consiguen barrenos ms rectos.

Las bocas de escariar de botones o plaquitas seutilizan en labores subterrneas para abrir los barre-nos centrales de mayor dimetro en los cueles parale-los. Estas bocas se utilizan con varillas pilotos o convarillas de extensin y adaptadores pilotos. Poseen unorificio centr.al troncocnico que permite que stas sesiten por detrs de la piloto de menor dimetro.

VARILLA PILOTO

b-:J

~ ...- ....L

ADAPTADOR PILOTOcc siBOCA ESCAR/ADORAriJ'4ft @

Figura 3.15. Boca de escariar varilla piloto adaptador piloto.

Las bocas de centro hundido poseen unas excelentescaractersticas de barrido, ya que ste se realiza princi-palmente por la parte frontal. Se usan en rocas blandasfciles de perforar. Asimismo, estos accesorios mejoranla rectitud de los barrenos.

Las bocas balsticas disponen de insertos en forma deproyectiles que son ms largos que los estn dar y pro-porcionan mayores v~locidades de penetracin y un ba-rrido ms eficiente. En rocas blandas el frente de laboca no impacta contra la roca del fondo del barreno de-bido a la altura de los botones, por lo que la limpieza delos detritus es ms completa. Comparadas con las bo-cas estndar de botones, las bocas balsticas dan velo-cidades de penetracin de un 25 a un 50 superiores,segn el tipo de roca que se perfore.

El principal inconveniente que presentan es el riesgode rotura de los botones, sobre todo cuando el cuerpode la boca sufre un desgaste ms fuerte que los boto-nes.


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TABLA 3 5

R = Recomendada.A = Adecuada.N = No r ec omendada.

En la Tabla 3.5. se indican los tipos de bocas que serecomiendan para perforar diferentes formaciones roco-sas.- -1

oC

o o

o

o =C> oFigura 3.16. Boca convencional y boca balstica

=o CC:J

=o C:J C>

d oc s de m rtillo en fondo

=C> o o

Las bocas de martillos en fondo llevan incorporadasn su diseo las culatas sobre las que golpean direc-

amente los pistones. Los dim etros usuales de estostiles van desde los 85 mm hasta los 250 mm aunquexisten bocas de mayor calibre.

.

Figura 3.17. Bocas martillo en fondo

Los principales tipos de bocas son los siguientes: De Botones Son las ms utilizadas y son de aplica-

cin en cualquier tipo de roca. Se subdividen en:. Bocas con ncleo rompedor.. Bocas cncavas.. Bocas convexas.

Bocas balsticas.o De Insertoso . De cara completa. Con insertos en cruz o en X

semejantes a las de martillo en cabeza y deaplicacin en rocas blandas y sueltas.. De ncleo rompedor. Bocas con cuatro inser-tos cortos y uno o dos botones en el centroque sirven para romper el ncleo de roca quese forma en cada golpe.

D

7 CALCULO DE NECESIDADES DEACCESORIOS DE PERFORACION

~La cantidad de varillaje que se precisa para realizarun trabajo depende de diversos factores:- Volumen de roca.- Perforacin especfica.- Perforabilidad y abrasividad de la roca y Mtodo de perforacin.

La vida en servicio del varillaje e st marcada bsi-camente por los dos ltimos factores y sobre todo porla perforabilidad en rocas abrasivas. Frecuentementela vida de estos accesorios se expresa en Metros-vari-lla debido a que el nmero de metros perforados conuna varilla dada es funcin de la longitud de sta y de laprofundidad de los barrenos.

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BOCASDEINSERTOS BOCADEBOTONESTIPODE ROCA Normal Heavy-duty Retrctil Normal Heavy-duty RetrctilBlanda R N N R N NMedio dura A R N R A NDura N A N A R NDesgaste lateral intenso N R N N A NDesgaste frontal intenso N A N A R NDesgaste frontal moderado N N N R A NFisurada N N R N N R


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jemploLongitud de barreno = 12 m.Longitud de varilla = 3 05 m.

Total metros-varillas = 30 m-v = 2,5 m v/mTotal metros perforados 12 m

Cuando la longitud de la varlla es de 3 m, entonces el valor medio es de 7,5 metros varilla para elbarreno de la profundidad indicada.

En general se tendr:

MV= L x [ L Lv ]Lvdonde:

L = Profundidad del barreno.Lv = Longitud de cada varilla.MV= Metros-varilla.

Para estimar los accesorios de perforacin que seprecisan en un proyecto dado pueden aplL;;arse lassiguientes expresiones:

1. Nmero de bocas N B = VR x PSVB

2. Nmero de varillas VR x PS L + LvN = x-v Vy 2Lv

3. Nmero de adaptadores NA = Ny/3

4. Nmero de manguitos NM= 1,5 x Nv

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donde:VR = Volumen de roca a volar m3 .PS = Perforacin especfica mi 1m3L = Profundidad de los barrenos m .Vi - Vida en servicio de cada accesorio.

A ttulo orientativo, las vidas de los diferentes tiposde bocas pueden estimarse para distintos trabajos deperforacin en banco y avance de tneles y galeras apartir de las Tablas 3.6 y 3.7.

T L 3.6. VID DE CCESORIOSEN PERFOR CION EN NCO

ACCESORIO

BARRENAS INTEGRALES. Intervalo de afilado. Vida de servicioBOCAS DE PASTILLAS. Intervalo de afilado. Vida de servicioBOCAS DE BOTONES- Dimetro ~ 64 mm. Intervalo de afilado. Vida de servicio- Dimetro


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T L 3.7. VID DE CCESORIOS ENTUNELES y G LERI S

NOTA: Cifras en metrosFUENTE: Atlas Capeo

Nv= L LvNv= NI? DE VARILLASPOR BARRENOL = PROFUNDIDADDEBARRENOLv= LONGITUD DECADA VARILLA

En la perforacin de recubrimientos la duracin de losaccesorios puede estimarse a partir de la Tabla 3.8.

T L 3.8

Nota: Cifras en metros.

0.8 1.0

1.2

1.4

1.61.8

2.0

VP =VELOCIDAD DEPENETRACION1000 2 3

Figura 3.18. Ejemplo de u o de vida enservicio del varil/aje Kometa .

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TIPO DEROCAACCESORIO

ABRASIVA IPOCOABRASIVA

BARRENAS INTEGRALES. Intervalode afilado 20 25 150.Vida de servicios 200 300 700 800BOCAS DE PASTILLAS. Intervalode afilado 20 25 150.Vida de servicios 250 350 900 1.200BOCAS DEBOTONES.Vida de servicio 250 550 1.000 1 .300VARILLAJE EXTENSIBLE.Vidas de servicio Perforadorasneumticas 1.000 1.500 Perforadorashidrulicas 1.600 1.400

VARILLAS INTEGRALESROSCADAS.Vida de servicio 600 800MANGUITOS.Vida de servicio 100 vida de varillasADAPTADORES.Vida de servicio Perforadorasneumticas 1.200 1.600 Perforadorashidrulicas 2.500 3.500

METOOO OOEXBoca piloto 200 600Escariador 100 300Gua 400 1.200METOOO 00Tubo de extensin 1.000 1.500Acoplamiento de tubo 800 1.000Boca de corona 150 400Manguito adaptador 1.000 1.200Boca de perforacin 400 700METOOO OOEX y 00Adaptador de culata 800 1.000Varil las de extensin 1.000 1.500Manguitos 800 1.000


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En cuanto al varillaje, su duracin puede determi-arse conociendo los siguientes factores:

Tipo y tamao de las roscas.Nmero (Ny)y longitud de las varillas (LJ necesa-rias para un barreno con una profundidad (L).Velocidad de penetracin (VP), que a su vez de-pende del tipo de roca, dimetro de perforacin ytipo de martillo. Fig. 3.18.

La vida de los manguitos se considera que es igual aa del varillaje, aunque suelen durar algo menos.

CUIDADO Y MANTENIMIENTODE BOCAS

El acondicionamiento de las bocas tiene como obje-ivo obtener una velocidad ptima de penetracin yumentar la vida de dichos tiles.En efecto, si las pastillas o botones de metal duro ye lesto del cuerpo de la b9ca no tienen u na forma ade-uada no se conseguir alcanzar la mayor velocidad de

enetracin posible y adems, se generarn esfuerzostensiones tanto en el propio til como en el resto delarillaje pudiendo dar lugar a graves daos o roturas.A continuacin, se indica para las bocas de botones,e pastillas y barrenas integrales cundo debe efec-uarse el afilado y el modo de Ilevarlo a cabo.

Bocas de botones

Las bocas de botones deben ser reacondicionadas

. Elcuerpo de la boca se desgasta ms que los boto-nes, haciendo .que stos sobresalgan excesiva-mente. As se evitar que los botones se claven enla roca o quiebren. Esto sucede frecuentemente enterrenos blandos y abrasivos.

Figura 3.19. esgaste del cuerpo

2. Cuando los botones se desgastan ms rpida-mente que el cuerpo, especialmente en rocas du-ras y abrasivas, los botones deben ser afilados confrecuencia. Fig. 3.20.. Si en rocas no abrasivas los botones se pulenmostrando seales de fractu racin en su superfi-cie con aspecto de piel de reptil. Esto evita que lasfracturas superficiales se propaguen, lo cual podraprovocar la destruccin de los botones. Fig. 3.21.

Figura 3.20. esgaste de botones

Figura 3.21. Pulidode botones con aspecto depiel de reptil

El afilado de botones tiene por objeto devolverles suforma esfrica original, pero sin reducir demasiado sualtura. Por lo general, no necesitan afilado del dime-tro.

El intervalo de afilado puede elegirse en funcin delos diferentes tipos de roca y condiciones de perfora-cin, por ejemplo, al cabo de un determinado nmerode barrenos, que coincida aproximadamente cuandose haya consumido la mitad del dimetro del botn.

D~Figura 3.22. Medida del desgaste de botones

Si las bocas estn muy gastadas, puede ser necesa-rio afilar el acero alrededor de los botones para quesobresalgan lo suficiente. La altura visible debe estarprxima a la mitad del dimetro del botn.Todos los botones deben afilarse cada vez, aunqueno se haya alcanzado el desgaste lmite. Las bocas


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estn en condiciones de perforar siempre que los bo-tones perifricos estn bien ya que son ms impor-tantes que los del resto. Especial atencin se pondr enla limpiezade los orificiosy estras o canales de barrido.Elafilado de botones se realizar con esmeriladorasy deber controlarse con plantillas de medicin ade-cuadas.

b. Bocas de pastillasLas bocas de pastillas deben afilarse cuando:

1. El filo se haya desgastado y la superficie cortantemida de 2 4 mm a 5 mm del dimetro del exteriorde la boca.

Figura 3.23. Desgaste del filo de las pastillas

2. Cuando la esquina exterior de la pastilla se hayadesgastado hasta un radio mayor de 5 mm.

Figura 3.24. Desgaste de esquinas

3. Cuando la cara de la boca comience a tener undimetro inferior al del cuerpo; entonces se esme-rilar el dimetro exterior para eliminar los contra-. ;


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Si el cuerpo de la boca se ha desgastado, debeesmerilarse 10 que sobresalga de los insertos, hastaquedar a ras con el cuerpo. Deben tambin acondicio-narse las estras de barrido y engrasar las bocas des-pus del afilado y antes de usarse otra vez.

c. Barrenas integralesEstos accesorios deben afilarse cuando el ancho de

la superficie plana del inserto sea de 3 mm, medidos a 5mm del borde. En rocas. abrasivas o perforacin conaire, tambin deben afilarse los bordes que se hayanredondeado tomando forma cnica hasta una altura de8 mm.

o ,1 ,1 ,1 ,1 ,,,1

Figura 3.30. Control del desgaste

La geometra que debe conseguirse en el afilado esde un ngulo de filo de 1100yuna curvatura de 80 a 100mm.

110

~

Figura 3.31. filado de barrenas integrales

9. CUIDADO Y MANTENIMIENTO DELVARILLAJELas recomendaciones que deben seguirse en el uso

del .varillaje de perforacin son las siguientes;,.1. Invertir los extremos de las varillas para repartir los

desgastes de las roscas.Rotar las varillas en las sartas de perforacin paraque todas efecten el mismo metraje.

2.

70

o e 1 --e-o o--cJo o-o e-o e--cJo o-o o-o e--cJ

Figura 3.32. Rotacin de varillas

3. Proteger las varillas contra la corrosin y el polvo,almacenndolas de forma adecuada y manejn-dolas con cuidado.

~ ~Figura 3.33. lmacenamiento de varillas

4. Engrasar las roscas de las varillas y manguitoscada vez que se utilicen.

5. Apretar a tope los acoplamientos durante la opera-cin para conseguir una mejor transmisin de laenerga y evitar los sobrecalentamientos del acero.

6. Utilizar las herramientas adecuadas para aflojar losacoplamientos.7. No volver a utilizar las varillas y manguitos en losque se hayan producido desgastes excesivos enlas roscas.

10 GUlA PARA LA IDENTIFICACIONDE LASCAUSAS DE ROTURA DE LOS ACCESORIOS DE PERFORACION

En la Tabla 3.9 se recogen los diferentes tipos derotura de diversos accesorios de perforacin, varillas,roscas, manguitos, adaptadores y bocas, y las causasprobables origen de las mismas.

Cualquier dao o desperfecto se debe analizar eidentificar con el fin de corregir la fuente que lo ge-nera o la prctica operativa.


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PROBLEMA

1. Varilla daada en la superficie exterior.

~2. Corrosin en el orificio interno aceleradapor las condiciones de fatiga.- -

3. Roturas de las varillas en las roscas queentran en los manguitos.m. Orificios de barrido taponados y atasca-m.ientos del varillaje.5. Manguitos con daos en los extremos de lasroscas.

6. Manguitos rotos o rajados.

7. Manguitos con los extremos abocardados oremachados. f

.----------.----.-

T L 3 9

CAUSA PROBABLE

1. Mala manipulacin de las varillas con gol-pes y cadas o defectos superficiales en elacero.

2. Defecto interno en el acero p. e. una inclu-sin oxidada.

3. Varillas o manguitos con roscas desgasta-das y movimiento oscilante del varillaje.Desplazamiento de manguitos y mala me-canizacin del acero.

4. Caudales de barrido insuficientes y avancesexcesivos en terrenos agrietados y con pre-sencia de barro.

5. Varillas no acopladas a tope o desalinea~mientos. Mal tratamiento trmico del acero.

6. Deslizamiento entre el martillo y el centrali-zador oscilacin del tren de varillaje du-rante la perforacin o roscas de varillas ina-decuadas.7. Golpeo de los manguitos con el centraliza-dor

7


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8. Rotura del adaptador o espiga. 8. Buje desgastado, avance excesivo, falta delubricacin o pistn roto.

8 tU ~ 10 ~-8-- . ---~3r-9. Rotura del adaptador por las estras.10. Rotura del adaptador por las roscas.

11. Botones rotos o cizallados del cuerpo deacero de la boca.

12. Prdida completa o escupido de botones.

13. Desgaste excesivo en los botones perifri-coso 13. Rotacin excesiva, avance elevado y rocademasiado abrasiva.

I LlOGR FI

- ANONIMO: Rock Drilling Seminar. Mining Magazine.July. 1979.- ATLAS COPCO: Manual Atlas Copco. 1984.- FAGERSTA-SECOROC: Accesorios de Perforacin.1974.- GARDNER DENVER: Rock Drilling Data. .- INGERSOLL-RAND:La Boca de Botones Contra laRoca.- KOMETA OY.: Accesorios de Perforacin. 1986.- OLIVER, J.: Factors Influencing the Selection Useof DTH Button Bits in Rotary Percussive DrllingApplications. 11Simposium Nacional de Seleccin deMaquinaria en Minera e Industrias de la Construccin,1990. .

d

9. Buje desgastado, par excesivo, falta de lu-bricacin o pistn roto.

10. Varillas daadas o rotas en los extremos,manguitos daados o perforacin con os-cilacin del varillaje. Mala mecanizacin otratamiento trmico del acero.

11. Rotacin excesiva de la boca. Avance exce-sivo en roca dura. Perforacin de formacio-nes rocosas agrietadas o bocas mal afila-das.

12. Empuje insuficiente y falta de contacto en-tre la boca y la roca.

- SANDVIK AB.: Rock Drilling Manual - Drill Steel'Applica-tions. 1979.- SANDVIK-COROMANT: Manual de Perforacin de Rocas-Teora y Tcnica. 1983.- TAMROCK: Handbook of Underground Drilling . 1983.- TAMROCK.: Handbook of Surface Mining. 1989.- TANTARIMAKI, K.: Top-Hammer . World MiningEquipment. September.1990.- TIMKEN: Brocas de Percusin para Roca. 1981.- TRW Inc.: Percusion Drilling Equipment Operation andMaintenance Manual. 1985.

Documents

03_Accesorios perforacion rotopercutiva.pdf