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Perforacion - Superficial

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PERFORACION

PERFORACION1. OBJETIVOS:

Mostrar de manera sistemtica periodo a periodo las necesidades en el rea de perforacin. El Plan de Perforacin est basados en datos simulados de una mina a cielo abierto. Elaborar la planificacin de la perforacin de taladros de voladura, utilizando todas las herramientas que se disponen en este trabajo. Seleccionar una mquina perforadora que est de acuerdo al requerimiento de la produccin programada en las operaciones de voladura, utilizando los parmetros necesarios de seleccin.

2. INTRODUCCIN:La perforacin es la primera operacin unitaria en el proceso de explotacin, cuyo objetivo principal es realizar taladros de dimetro y profundidad de acuerdo al diseo y parmetros que estn sujetos a un mejoramiento continuo y a una dinmica de cambios. La perforacin, conlleva a un gran impacto en la productividad y economa de una empresa minera, por este motivo si el proceso de voladura produce un pobre resultado entonces el carguo es ms difcil y su productividad se ve reducida.La perforacin de los taladros de voladura se efecta de acuerdo con las necesidades de extraccin del mineral y desbroce, dentro de un programa de planeamiento establecido.

3. PLAN DE PERFORACION:

Las operaciones de perforacin se realizan por medio de mquinas perforadoras rotativas montadas sobre oruga:

CUADRO N 1 EQUIPO DE PERFORACION Y PROGRAMACION DE TALADROSNUMERO DE EQUIPOSMODELOMARCADESCRIPCION

2 DML - SPATLAS COPCOPERFORADORA DMLSP AND ROTARY

A) EQUIPOS -CARACTERISTICAS Dimetro de perforacin son de 7 7/8 de pulgada La longitud de taladro es de 11.6 m (H. de banco + sobreperf.)1 DISPARO

UNID. PERF.TURNO 1TURNO 2TURNO 3TURNO 4TAL/DISP

PERF-10 121212945

PERF-11121212844

total2424241789

B) PROGRAMACION

EL TIEMPO RESTANTE SERA APROVECHADO PARA EL CARGIO DE TALADRAS PARA LA VOLADURA Y EL TRASLADO DE LA MAQUINARIA PERFORADORA

3.1 ESPECIFICACIONES PARA EL REA DE PERFORACIN: La perforacin se efecta en forma vertical. Piso nivelado, parejo y limpio de piedras u otros materiales. Las paredes de los bancos deben estar sin bolones inestables. El rea de trabajo debe aislarse para resguardar los pozos perforados. Los pozos a perforar deben estar bien identificados. Al rea marcada solo podr ingresar el jefe de turno, as como los supervisores de perforacin y voladura y personal de esa rea.

Atlas Copco Blasthole Drill DML-SP

3.2 MALLA DE PERFORACION:La malla de perforacin es la forma en la que se distribuyen los taladros de perforacin considerando la relacin del burden y el espaciamiento.Para una voladura de bancos se puede aplicar diferentes trazos para la perforacin tales como: mallas cuadras, rectangulares y triangulares.El rea de planeamiento determina las mallas a utilizarse de acuerdo al tipo de material y dureza de la roca, a continuacin el rea de topografa replantea en campo dichas mallas. Perforaremos taladros de produccin.Para el diseo de mallas se toman en consideracin el tipo de material, la dureza y ubicacin del proyecto. El diseo de las mallas es de forma cuadrada y tenemos:CUADRO N 2 MALLA DE PERFORACION - PRODUCCION TIPO DE ROCAdura

MALLAcuadrada

ALTURA DEL BANCO10 m

DIMETRO DEL TRCONO7 7/8

BURDEN6.6 m

ESPACIAMIENTO6.6 m

SOBRE PERFORACIN1.32 m

Para el diseo de la malla de perforacin de desmonte es de similar caracterstica.

3.3 PARAMETROS DE PERFORACION:a) VELOCIDAD DE ROTACIN (rpm):

En principio, conceptualmente la velocidad de rotacin es inversamente proporcional a la resistencia a compresin de la roca. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la velocidad de rotacin tambin vara en funcin de la marcha en la que se est trabajando.Por eso, es mejor tener en cuenta el par motor, que para su clculo ya se introducen las variables de la presin de la bomba hidrulica, la marcha, y la velocidad de rotacin.

Es requerido para mover el inserto de corte a la siguiente posicin de rotura del inserto, mientras este cambio de posicin sea ms rpido la velocidad de penetracin ser mayor.TERRENO DURO = BAJO (RPM)TERRENO SUAVE = ALTO (RPM)

El ratio o de penetracin se incrementa proporcionalmente con el incremento de las RPM mediante un ptimo peso sobre la broca.

CUADRO N 3 RANGO RPM

NOTA: la velocidad de rotacin vara de 45 a 60 rpm en los triconos de carburo de tungsteno.Algunas aplicaciones del R.P.M Son: Alto RPM puede resultar en un incremento de velocidad de penetracin. Alto RPM puede resultar en una disminucin de la vida del cojinete. Alto RPM puede resultar en una disminucin de la vida de la estructura de corte.b) PULL DOWN:Produce la rotura de la roca, los dientes de la broca deben de crear suficiente fuerza de compresin para producir la falla de la roca. La fuerza de empuje que es necesario aplicar aumenta directamente con la dureza de la roca, y debe alcanzar una magnitud suficiente para sobrepasar su resistencia a la compresin. Por otra parte, esta fuerza no puede exceder un determinado valor lmite, para evitar daos prematuros en la cabeza de perforacin.

En formaciones rocosas duras o muy duras, una fuerza excesiva conduce a la incrustacin de la cabeza y consecuente destruccin, lo que significa el trmino de la vida til de la herramienta. Cuando la roca tiene baja resistencia a la compresin (UCS) menor ser el Pull Down necesario para producir la falla de la roca. A una alta resistencia a la compresin (UCS) mayor ser Pul Down necesario para producir la falla de la roca.

El empuje mnimo, por debajo del cual una roca no es perforada, puede estimarse con la siguiente ecuacin:

Em = 28,5 x RC x DDnde:Em = Empuje mnimo (libras).RC = Resistencia a compresin de la roca (MPa).D = Dimetro del tricono (pulg).

El empuje mximo, por encima del que se produce el enterramiento del tricono, se considera que vale el doble del valor anterior.

EM = 2 x Em

El empuje lmite que soporta un tricono es funcin del tamao de sus cojinetes, que, asu vez, depende del dimetro del tricono:

EL= 810 x Dnde:EL = Empuje lmite del tricono (libras).D = Dimetro (pulg).CUADRO N 4 VALORES LMITES PARA TRICONOS DE DIFERENTES DIMETROS..

CUADRO N 5 CALCULO DE PULL DOWN PARA 7 7/8 pulgMATERIALRC (Mpa)DIAMETROEMPUJE MINIMO EMPUJE MAXIMO

MINERAL190. Mpa7.875 pulg42643 libras85286 libras

DESMONTE190. Mpa7.875 pulg42643 libras85286 libras

7 7/8" = 50000 lb

c) PRESIN DE AIRE: Es requerida para brindar un suficiente volumen y presin de aire optimizar la vida de la broca.La broca necesita como mnimo 40 PSI presin, para as garantizar que los cojinetes puedan ser refrigerados y lubricados.Cuando la perforacin se efecta con menos aire que el necesario para limpiar con efectividad el barreno, se producen los siguientes efectos negativos:- Disminucin de la velocidad de penetracin.- Aumento del empuje necesario para perforar.- Incremento de las averas de la perforadora, debido al mayor par necesario para hacer girar el trcono.- aumento del desgaste en el estabilizador, en la barra y en el trcono.

d) VELOCIDAD DE BARRIDO:Es la rapidez con que el aire sale del taladro.Las prdidas de los compresores por efecto de la alta elevacin y temperaturas altas, causan una disminucin en la velocidad de barrido.Velocidad de cada de la Partcula es la velocidad con que cada partcula quiere caer al fondo del taladro.Velocidad de Salida de los Detritus es la diferencia neta entre la velocidad de barrido y la velocidad de cada de la partcula.

Dnde:V = Velocidad de barrido (pies/min)D = Dimetro de la broca (pulgadas)d = dimetro del tubo (pulgadas)Q = Volumen de aire del compresor (cfm)

CUADRO N 6 CLCULO DE VELOCIDAD DE BARRIDODIAMETRO DE LA BROCA7.875 pulg

DIAMETRO DEL TUBO6.25 pulg

VOLUMEN DE AIRE DEL COMPRESOR1200. cfm

VELOCIDAD DE BARRIDO9585.63 pies/min

El caudal de aire necesario se calcula mediante la expresin.

Dnde:Qa = Caudal de aire (m3/min)Ab = Area de la corona circular entre la barra y la pared del barreno (m2)Va = Velocidad ascensional mnima (m/min)D = Dimetro del barreno (m)d = Dimetro de la barra (m) Otra frmula para determinacin aproximada del caudal es:

Dnde:Qa = caudal de aire (m3/min)D = Dimetro del barreno (m)

e) INYECCIN DE AGUA AL TALADRO:

Requerida para suprimir el polvo y empatar el pozo; sin embargo la broca se debe operar sin agua, debido a que daa los rociamientos y fractura los rodillos. Si agregamos demasiada agua cortamos la vida de la broca hasta un tercio de su vida til, el diseo de la broca es para perforar sin agua.

f) VELOCIDAD DE PENETRACIN:

La velocidad de penetracin depende de muchos factores externos como caractersticas geolgicas, propiedades fsicas de las rocas, distribucin de las tenciones, estructura entre otros. La velocidad de penetracin se expresa en metros por hora (m/h) o pies por hora (ft/h). MODIFICADA DE BAUERVP= [61- 28 log RC] x x Donde:VP =velocidad de penetracin (ft/h)RC= resistencia a la compresin (m lb/pulg^2 )E/D=Empuje unitario ( m lb/pulg de diamtro)Nr= velocidad de rotacin (r/min)

FORMULA DE PRAILLET:

Dnde:VP= Velocidad de penetracin (m/h).W = Optimo peso sobre la broca (kg).R = Velocidad Rotacin (RPM).C = Resistencia de comprensin roca (Mpa).D = Dimetro de la broca (mm),

Esta frmula tiene una mayor fiabilidad en todos los rangos de resistencias de las rocas, y permite calcular en una operacin en marcha el valor de RC.CUADRO N 7 CLCULO DE VELOCIDAD DE PENTRACIONMATERIALRC (Mpa)DIAMETRORPMPULL DOWN

MINERAL190. Mpa7.875 pulg60 RPM50000 libras

DESMONTE190. Mpa7.875 pulg60 RPM50000 libras

VELOCIDAD DE PENETRACION26.25 pies/horaMODIFICADA DE BAUER

20.29 m/hrFORMULA DE PRAILLET

3.4) DIMETRO DE PERFORACINLa Figura siguiente refleja cmo la velocidad de penetracin opten ida con empuje y velocidad de rotacin constante es proporcional al inverso del dimetro de perforacin al cuadrado.

Variacin de la velocidad de penetracin con el dimetro

4. ELECCIN DE EQUIPO DE PERFORACION:

4.1 CRITERIOS DE SELECCIN DE PERFORADORASUna vez determinado el dimetro de perforacin a utilizar, que depende de: Produccin requerida. Tamao y nmero de equipos de carga y transporte Altura de banco. Limitaciones ambientales del entorno y Costes de operacin.Teniendo en cuenta las propiedades geomecnicas de la roca a perforar, se determinarn: Las caractersticas de la perforadora. El tipo de trcono. El varillaje y los accesorios.El diseo adecuado de una perforadora requiere la consideracin de la potencia de rotacin necesaria para hacer girar el trcono y el medio adecuado de evacuacin del detritus.4.1 POTENCIA DE ROTACINLa potencia de rotacin requerida es igual al producto del par necesario para hacer girar el trcono por la velocidad de rotacin.

Dnde:HP = Potencia de rotacin (HP).N = Velocidad de rotacin (r/min)T = Par de rotacin (lb-pies).El par de rotacin aumenta con el empuje sobre el trcono y la profundidad del barreno. Normalmente, las perforadoras se disean con una capacidad de par comprendida entre 10 y 20 libras/pie por libra de empuje. Cuando no se conoce el par necesario, la potencia de rotacin se puede calcular a partir de la siguiente expresin:P, = K x N, x x Donde:HP = Potencia de rotacin (HP).N = Velocidad de rotacin (r/min)D = Dimetro de perforacin (pulg)E = Empuje (miles de libras por pulgada de dimetro-K = Constante de la formacin (CUADRO N 7)

CUADR N 7ROCARESISTENCIA A COMRESION (MPa)CONSTANTE K

Muy blandaBlandaMedio blandaMedio Dura muy dura----17.556.0210.0476.0

Comparacin de las potencias de rotacin y empuje para diversos tipos de roca.4.2 EMPUJE NECESARIOLa potencia necesaria para el empuje es pequea comparada con la de rotacin. Adems, el empuje sobre el trcono, como se ha visto anteriormente, depende del dimetro y de la resistencia a compresin de la roca. La capacidad de empuje de la mquina se recomienda que sea un 30% mayor que el empuje mximo de trabajo.Una vez conocido este parmetro de diseo, se tendr definido el peso de la mquina, ya que el empuje suele ser el 50 % del peso en trabajo, disponiendo de un 10 a un 15% de reserva para asegurar la estabilidad del equipo durante la operacin y los desplazamientos.

Empuje sobre la boca en funcin del dimetro y del tipo de roca (1 kip = 4,448 Kn).

4.3 COMPRESORLos compresores que se utilizan en la actualidad son bsicamente de dos tipos: de paletas y de tornillo. El rango de capacidades va desde los 7 a los 70 m J/min aproximadamente. Tanto el tamao de estos equipos como el tipo son opcionales en la mayora de los casos.4.4 TIPO DE TRICONOUno de los aspectos ms importantes de la perforacin rotativa es la eleccin adecuada del trcono, ya que en caso contrario se tendr:- Velocidad de penetracin menor que la ptima.- Reducida duracin del trcono y, por lo tanto, un coste por metro perforado mayor.

5. EQUIPOS DE PERFORACION:

PERFORADORA DML-SP Atlas Copco El DML-SP de Atlas Copco es un equipo de perforacin rotativa montado sobre orugas con accionamiento hidrulico, diseado especficamente para barrenos de voladura para produccin con profundidades de hasta 18,3 m (60 pies) en una pasada sin cambiar de tubo. Estn disponibles opciones de torre para barrenos limpios de 50 pies y 60 pies, con perforacin angular como opcin. El DML-SP es ideal para formaciones blandas, no abrasivas, que resulten adecuadas para el sistema Kelly Bar. Tambin hay un kit opcional para perforacin angular que permite posicionar la torre hasta 30 grados de la posicin vertical.CARACTERSTICAS Y VENTAJAS Puede perforar hasta 18,3 m (60 pies) en una pasada, ahorrando as tiempo de perforacin en todos los barrenos La elevacin o descenso de la torre se puede realizar en menos de un minuto La fijacin de la torre se efecta de forma remota desde el interior de la cabina del operador El DML-SP se puede configurar para perforacin rotativa a baja presin o para perforacin con martillo en fondo a alta presin

CUADRO N 8 CARACTERISTICAS

Especificaciones tcnicas

Series de productosMid-range drilling rigs

Mtodo de perforacinRotativa y martillo en fondo Single Pass

Hole diameter152 - 251 mm

Empuje hidrulico240 kN

Traccin hidrulica240 kN

Peso sobre la broca24500 kg

Profundidad en una pasada15.2 m

Profundidad en una pasada, opcin18.3 m

Profundidad mxima de barreno15.2 m

Peso estimado41 - 45 t

Dimetro del barreno152 - 251 mm

Profundidad de barreno mxima, opcin18.3 m

6. ACCESORISO DE PERFORACION:SARTA DE PERFORACIONLa sarta de perforacin est formada por el acoplamiento de rotacin, las barras, el estabilizador y el tricono.

Este es un tem muy significativo en cuanto a costos se refiere, ya que sta se encuentran incluidas las brocas, barras, estabilizadores, dentro de esto las brocas o triconos son los ms importantes ya que representan el costo significativo dentro de lo que es accesorios de perforacin.

BARRAS O BARRETONESLos barretones o barras como se les llama, sirven para transmitir el empuje sobre la broca y para canalizar por su interior el aire comprimido necesario para la limpieza del barreno y para el enfriamiento de los cojinetes. Estn constituidos de acero con un espesor de 1 pulgada.En el proyecto FIM-UNA PUNO se usan barretones de 15.2 m de longitud, con un espesor de 1 " y dimetros de 6 .CUADRO N9 CARACTERISTICAS DE LAS BARRASMARCA

LONGITUD50 pies-15.2 m

DIAMETRO6 1/4 "- 159mm

PARED1 pulg

VIDA UTIL35000. m

RECORRIDO30000. m

costo puesto en mina$ 3,866.00US$/m

$ 0.13

BROCAS O TRICONOS (BITS)La broca o tricono es el elemento principal en la operacin de perforacin, por medio de l se van excavando los taladros, asimismo se utilizan brocas reconstruidas procedentes Del extranjero.Las brocas contienen conos giratorios con insertos de carburo de tungsteno de formas balsticas.Este tricono tiene un tamao de 7 7/8" de dimetro, con un peso de 33.600 Kg en las marcas de BH, valorizado en US$ 4,891.00CONDICIONES PARA LA SELECCIN DE LA BROCA.Generalmente se considera las siguientes condiciones: Tipo roca Longitud de dimetro de taladro Equipo de perforacin Problema de vibracin y lanzamiento. Velocidad de perforacin Costos TIPOS DE TRICONOS

Existen dos tipos de trconos:

-De insertos -De dientes.

Los triconos de dientes tienen la ventaja de su bajo costo, pues valen la quinta parte que uno de insertos.

Sin embargo, las ventajas de los de insertos son:

- Mantienen la velocidad de penetracin durante la vida del trcono.- Requieren menos empuje para conseguir una velocidad de penetracin.- Precisan menos par, y as disminuyen las tensiones sobre los motores de rotacin.

B. INSERTOS B. DIENTES

Reducen las vibraciones, produciendo menos fatigas en la perforadora y en el varillaje.- Disminuye el desgaste sobre el estabilizador y la barra porque los insertos de carburo mantienen el dimetro del trcono mejor que los de dientes.- Producen menos prdidas de tiempo por cambio de bocas y menores daos a las roscas.

CUADRO N 10 CARACTERISTICAS DE LA BROCABROCAtriconico

DIAMETRO7.875 pulg

MARCABH

PRECIO$ 4,891.00US$/m

4.80743094

VIDA DE LA BROCA1017.38 m

VIDA DE LA BROCA

CUADRO N 11 CLCULO DE NUMERO DE BROCASUNID. PERFORADORAmt perf/mesmt perf/aoN Brocas/aoN Brocas/mes

PERF-107556.1 m90673.2 m908

PERF-117556.1 m90673.2 m908

total15112.2 m181346.4 m18016

ESTABILIZADORES O REAMERSEl propsito de los estabilizadores es mantener la concentricidad de la rotacin de la broca en su propio eje. Esto minimiza sus movimientos laterales y dirige la energa y fuerzas que accionan sobre la broca en la direccin axial del barreno, esto induce menor desgaste de la broca y un barreno ms vertical que permite una retraccin de la sarta de barrenacin y un cargado de explosivos (agentes de voladura) ms uniforme.

CUADRO N 12 CARACTERISTICAS DEL ESTABILIZADORFABRICANTESTHIESSEN

TIPOALETAS

DIAMETRO7 7/8 PULG

VIDA UTIL15000. m

RECORRIDO11000. m

PRECIO$ 5,825.00US$/m

$ 0.53

7. CONTROL DE TIEMPOS:Estudio de tiempos de operaciones en perforacin primaria:

CICLO DE LA OPERACION DE PERFORACION

TIEMPOS PRODUCTIVOS:

Instalacin de perforadora (desplaz.. de una taladro a otro) 5 minutos Nivelacin (bajar gatos) 3 minutos Perforacin propiamente dicha 34 minutos Recobro de taladros 3 minutos Verificacin de profundidad 2 minutos Subir gatos 2 minutos Tiempo total del ciclo de perforacin /taladro 49 minutos

TIEMPOS IMPRODUCTIVOS:

Cambio de guardia (entrada y salida) Refrigerio Servicio (engrase) Limpieza de perforadora ( final guardia) Mantenimiento de energa Total del tiempo improductivo /guardia 100 minutos

TIEMPO DE MANTENIMIENTO Y REPARACIN 20 MINUTOS

8. DISPONIBILIDAD Y UTILIZACION DE EQUIPOS DE PERFORACION:El estudio de tiempos e perforacin y la perforabilidad de los diferentes tipos de rocas, permite hallar la capacidad productiva de los equipos de perforacin, as como la optimizacin del uso de estos equipos y la elaboracin de un programa de requerimiento a corto, mediano y largo plazo. Se entiende que la Disponibilidad y la Utilizacin son responsabilidad para las reas de Mantenimiento y Operaciones mina.

7.1 DISPONIBILIDAD:Corresponde al porcentaje de tiempo en que el equipo est disponible para operar y realizar la funcin para la que est diseada, en relacin con el tiempo total.Esta disponibilidad se expresa como un porcentaje de disponibilidad.

Dnde:MNP = Mantenimiento no programadoMP = Mantenimiento programadoTT = Tiempo total7.2 UTILIZACIN:Utilizacin o Uso Neto de la Disponibilidad. Es el uso neto del equipo respecto de la disponibilidad, Nos muestra cunto provecho obtiene operaciones del esfuerzo de mantenimiento por entregar los equipos disponibles.

Dnde:TNOP = Tiempo neto operativoMNP = Mantenimiento no programadoMP = Mantenimiento programadoTT = Tiempo tota

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