Perforación y voladura de RocasEl principio de la perforación es efectuar golpes continuos con filos cortantes en

un extremo 20 de mayor dureza que la roca; y en el otro extremo es golpeado y

girado en forma continua, de tal manera que cada golpe produce un corte en la

roca en diferente posición, el resultado final será la perforación de un taladro

cuyo diámetro será igual al diámetro del filo cortante usado.

Perforación con Martillo en Cabeza:

Perforadoras Manuales: El martillo es accionado por aire comprimido,

para taladros pequeños que varían de (25 - 50 mm de diámetro) para

trabajo horizontal o al piso existiendo modelos como Jack-leg

(Perforación Horizontal), Stoper (Perf. Chimenea) y Jack-hammer, (Perf.

Pique) estos están empleando barrenos de acero integrales terminados

en broca fija tipo cincel, o barrenos con broca acoplable.

Perforadoras Mecanizadas: Son de percusión y de percusión /rotación,

montadas en chasis sobre ruedas u orugas para diámetros hasta 150

mm (6’’) y 20 metros de profundidad. Ejemplo WagonDrill trackDrill y

Jumbos neumáticos o hidráulicos que emplean barrenos acoplables con

brocas intercambiables. Una perforadora hidráulica consta básicamente

de los mismos elementos constructivos que una neumática, estos

equipos tienen una velocidad de penetración tres veces más rápida que

estas últimas.

Perforación con Martillo en Fondo: Se denomina así cuando el golpe

se realiza directamente sobre broca, con éste sistema, se reduce

sustancialmente la desviación del taladro. Generalmente 21 de grandes

dimensiones para uso en tajos abiertos montadas sobre camión o sobre

orugas con traslación propia con motor rotatorio independiente y

perforación por presión (Pulldown o presión de barra) con brocas

rotatorias triconicas de 6’’ a 15’’ de diámetro. En mina subterránea

también existe este tipo de equipos, con diámetros de perforación de 3”

de diámetro, son usados para perforación de taladros largos, para el

método de explotación Sub Level Stoping, entre otros métodos de

producción masiva.

Condiciones de Perforación:

Para conseguir una voladura eficiente la perforadora es tan importante como la

selección del explosivo, por lo que éste trabajo debe efectuarse con buen

criterio y cuidado, lamentablemente la supervisión de la correcta operación de

perforación aun no es controlada adecuadamente en muchas minas, lo que

permite que ocurran deficiencias en la calidad de trabajo como son los taladro

desviados, mas espaciados, de longitud irregular etc, que determinan pérdidas

de eficiencia de la energía explosiva disponible. Normalmente la calidad de los

taladros a ser perforados está determinada por cuatro condiciones, Diámetro,

longitud, rectitud y estabilidad:

Diámetro: Depende del tipo de aplicación en que el taladro será

utilizado como regla general el de “menor diámetro factible” será más

adecuado y económico de realizar.

Longitud: Influye mucho en la selección de la capacidad del equipo

perforador y naturalmente en el avance del disparo (profundidad del

taladro).

rectitud: Varia con el tipo de roca método de perforación y

características del equipo perforador.Deben tener la mayor rectitud y

alineación para que el explosivo sea apropiadamente distribuido en la

mayoría de las arranques, de perforación el paralelismo entre taladros

es de vital importancia para la interacción de las cargas explosivas en

toda la voladura.

Estabilidad: Los taladros deben mantenerse abiertos hasta el momento

de su empleo. En terrenos sueltos tienden a desmoronarse por lo que

puede ser necesario revestirlo interiormente con tubos especiales para,

poderlos cargar, también se puede aplicar técnicas de revestimiento

mediante arcillas especiales como la bentonita y otros utilizado en

perforaciones de petróleo, diamantina

Velocidad de Penetración:

Esta variables no solamente depende de la aplicación de fuerza;

también depende del barreno o limpieza del detritus, del taladro con el

aire comprimido y/o con agua a presión, a través de la misma barra,

conforme avanza la perforación. La dureza y abrasividad de la roca son

factores importantes, para determinar qué medio de perforación

emplear: rotación simple o rotación/ percusión

Errores y Defectos en la Perforación:

La perforación debe ser realizada, en el menor tiempo y con acabado de

calidad. Evitando que se quede mineral en las cajas o que se diluya por

deficiente perforación. También en las labores de desarrollo el avance debe ser

el 95% de la longitud perforada de lo contrario no estamos realizando un

trabajo eficiente. Los conocimientos necesarios que le faltan para mejorar su

trabajo, el perforista debe ser consiente en su capacitación buscando ser

multihabiloso, flexible al cambio permanente, participando en grupos de

mejoramientos continuo. Finalmente el perforista debe cumplir

satisfactoriamente las órdenes de sus jefes, tener un conocimiento perfecto de

los procedimientos escritos de trabajo PETS, estándares de trabajo, realizando

sus IPERC y trabajar con ellas. A continuación se muestra los errores en la

perforación, de los cuales son causantes de trabajos de mala calidad en

avances.

Hueco de alivio de diámetro muy pequeño: Los errores son

significativos, especialmente si afectan al arranque del disparo.

Desviaciones en el paralelismo: En este caso el burden no se

mantiene uniforme, resulta mayor al fondo lo que afecta al

fracturamiento y al avance. Este problema es determinante en los

arranques y en la periferia (techos) de túneles y galerías.

Espaciamientos irregulares entre taladros: Propician fragmentación

gruesa o soplo del explosivo.

Irregular longitud de los taladros: Influye en el avance (especialmente

si el de alivio es muy corto) y también determina una nueva cara muy

irregular.

Intersección entre taladros: Afecta a la distribución de la carga

explosiva en el cuerpo de la roca a romper.

Sobrecarga (excesiva densidad de carga):

Fallas en los disparos

tiro retardado: Es el que no sale a su tiempo. Presenta grave riesgo

para el personal que reingresa al frente de un disparo, sin haber dejado

un tiempo prudencial. No es común y puede ocurrir por; Defecto del

detonador de retardo y por mecha de seguridad defectuosa o demasiado

lenta.

tiro soplado: ¿Es un tiro que sale sin? ¿Fuerza? No hay rotura ni

empuje adecuado del material. El explosivo es expulsado del taladro o

simplemente deflagra sin llegar a detonar. Generalmente ocurre por

mala dosificación de la carga o mala selección del explosivo respecto a

la dureza de la roca, mal atacado, falta de potencia del iniciador, falta del

taco inerte o uso del explosivo húmedo.

tiro cortado: Es un tiro que no sale por falla de cualquiera de los

elementos principales: INICIADOR, GUÍA O EXPLOSIVO. ¿Es muy

peligroso porque deja? ¿Testigos? Que deben eliminarse para poder

continuar con el trabajo.

Esto también pueden cambiar de termino solamente tiro quedado, tiro

anillado, tiro deficiente, etc.etc. pero entender que es Fallado.

CAUSAS:

Pueden originarse por:

Falla del iniciador con fulminantes

Falla de fabrica.

Falta de fuerza para iniciar.

Mal ajuste de la mecha.

Demasiada separación entre pólvora de la mecha y la carga del

fulminante.

Deterioro por humedad.

Falla del conector de mecha rápida.

Falla de la mecha o del cordón detonante

Falla de fabrica:

- Discontinuidad del alma de pólvora o de pentrita.

- Velocidad de quemado irregular.

Falla en el forro que permite el humedecimiento del explosivo.

Rompimiento bajo tensión al ser estirado.

Fallas por maltratos:

- Doblez o Aplastamiento.

- Fragmentos volantes durante el disparo.

Fallas del explosivo:

-Uso de explosivos en malas condiciones, deteriorado o humedecido

(almacenaje muy prolongado en ambientes inadecuados.

Condiciones ambientales:

Se observa que algunos explosivos pierden cualidades cuando son

empleados en condiciones ambientales adversas frió, calor, incluso

altitud.

Así muchos hidrogeles pierden sensibilidad y capacidad de

transmisión en lugares elevados y muy fríos.

Sensitividad:

El uso del iniciador inadecuado Ejm. Un agente de voladura tratado

de iniciar directamente con un fulminante común.

Un atacado exagerado puede insensibilizar al explosivo.

Uso del explosivo inadecuado para determinado trabajo. Ejm. usar

Dinamita exadit 45,65% en presencia de agua.

Perforación subterránea

Para confeccionar o interpretar un plano de perforación que se utilizará para

realizar labores subterráneas de avance de galerías es necesario conocer la

distribución de las perforaciones de acuerdo con la siguiente denominación:

 

Cabe destacar que los tiros perimetrales (coronas y cajas) deben tener un

ángulo hacia afuera, evitando que la sección del túnel cambie a medida que se

avanza. Este ángulo recibe el nombre de “ángulo se ajuste” y se define como:

Ángulo de ajuste = 0,1 m + L*tan2° Donde L es el largo de perforación

Es importante considerar este ajuste cuando la máquina perfora sobre los

pozos marcados.

Tipos de perforación

Perforación a percusión por cable. Métodos de Pensilvania,

californiano, canadiense y de percusión rápida.- Del cable de perforar

pende a la sarta, comunicándole a ésta el movimiento de vaivén, que a

su vez le transmite el balancín de la sonda. Este cable se ve sometido a

un duro trabajo debido a las tensiones alternantes que se producen al

elevar y soltar la herramienta, así como por las continuas sacudidas al

tensar. También se produce un desgaste importante por el continuo

contacto con el agua y el lodo, debido a las partículas abrasivas que

contienen, que desgastan los alambres del cable. Y lo mismo ocurre,

pero con mayor intensidad, al rozar el cable con las paredes de la

perforación. También produce desgaste el repetido enrollamiento y

desenrollamiento en el tambor del cabrestante en las operaciones de

extracción e introducción de la sarta, así como el rozamiento continuo de

las poleas del balancín y de la torre o castillete, durante el trabajo de

perforación. Para soportar todos los esfuerzos, el cable debe reunir una

serie de características tales como: suficiente resistencia a la tracción,

flexibilidad y resistencia al desgaste por abrasión. Los cables más

utilizados, que cumplen razonablemente estas condiciones, son los del

tipo SEALE, de acero sin galvanizar, con alma de cáñamo o polivinilo de

composición 6 x 19 + 1(5) arrollamiento cruzado, con una resistencia a

la tracción de 160 a 180 kg/mm2.

Perforación a rotopercusión.- En este sistema, el aire comprimido

inyectado a través del varillaje reacciona el martillo en el fondo del

agujero y es utilizado a su vez como fluido de barrido de los detritus. En

la perforación con martillo en fondo, se utilizan diferentes tipos de Ú t i l

e s cortantes: las bocas Ó brocas, unas e plaquetas y otras de botones

de carburo de tungsteno. Se reserva este sistema de perforación para

realizar pozos en formaciones duras y muy duras referentemente.

Perforación a rotación con recuperación de testigo.

Perforación rotativa ligera. - que emplea un trépano o pieza que

desmenuza la roca y una cuchara para la extracción de los restos. Es

una técnica válida para cualquier tipo de material, sobre todo rocas

consolidadas (otros métodos son rotopercusión y rotación con

circulación de agua o lodos).

La perforación horizontal.- permite la instalación de ductos por debajo

de obstáculos, cualquiera que sea la naturaleza del suelo o de la roca.

Se acciona un rotor percutor para horadar y desmigajar la roca (o el

suelo) que haya que atravesar. Antes de iniciar este tipo de perforación,

se excava un hoyo de entrada y otro hoyo de salida con la profundidad

requerida. Señalemos que es posible efectuar un sondeo en pendiente,

aunque es imposible ejecutar una trayectoria curba (cosa que puede

realizarse en la perforación horizontal dirigida).

Esquema de perforación - métodos

métodos de cortecorresponden a las formas de efectuar el disparo en primera fase para crear la

cavidad de corte, que comprenden dos grupos:

1. cortes con taladros en ángulo o cortes en diagonal.

2. cortes con taladros en paralelo.

cortes en diagonalsu efectividad consiste en que se preparan en forma angular con respecto al

frente del túnel, lo que permite que la roca se rompa y despegue en forma de

“descostre sucesivo” hasta el fondo del disparo.

cuanto más profundo es el avance, tanto más taladros diagonales deben ser

perforados en forma escalonada, uno tras otro conforme lo permita el ancho del

túnel.

estos cortes se recomiendan sobre todo para roca muy tenaz o plástica por el

empuje que proporcionan “desde atrás”. también para las que tienen planos de

rotura definidos, ya que dan mayor alternativa que el corte paralelo para

atacarlas con diferentes ángulos.

en su mayoría se efectúan con perforadoras manuales y su avance por lo

general es menor en profundidad que con los cortes en paralelo (45 y 50% del

ancho del túnel), pero tiene a su favor la ventaja de que no se “congelan” o

“sinterizan” por exceso de carga o inadecuada distancia entre taladros, como

ocurre frecuentemente con los cortes paralelos.

es indispensable que la longitud y dirección de los taladros sean proyectadas

para que el corte se ubique simétricamente a una línea imaginaria y que no se

perfore excesivamente.

se disponen por parejas, con tendencia a casi juntarse en la parte más

profunda para lograr un efecto combinado de las cargas, especialmente en

rocas difíciles de romper (duras, estratificadas,etc.). son más incómodos para

perforar porque el operador tiene que ver imaginariamente cómo están

quedando ubicados y orientados los taladros, para evitar que se intercepten.

respecto a la carga explosiva, los taladros de arranque, es decir los más

cercanos a la cara libre, no requieren una elevada densidad. ésta puede

disponerse más bien en los más profundos para tratar de conseguir alguna

rotura adicional que compense la natural limitación del avance debido a la

propia perforación.

estos cortes son mayormente aplicados en túneles y galerías de corta sección

con taladros de pequeño diámetro. los consumos promedios varían en cifras

tan extremas como 0,4 a 1,8 kg/m3.

además de túneles, los cortes angulares especialmente en cuña y abanico

permiten abrir la rotura inicial en frentes planos sin caralibre, como es el caso

de apertura de zanjas, pozos, etc. estos cortes pueden clasificarse en tres

grupos:

1. corte en cuña de ejecución vertical (wedge cut), corte encuña de ejecución

horizontal (“v” o “w”) y corte piramidal. en los tres casos los taladros son

convergentes hacia un eje o hacia un punto al fondo de la galería a perforar.

2. corte en abanico (fan cut) con diferentes variantes. en este caso los taladros

son divergentes respecto al fondo de la galería.

3. cortes combinados de cuña y abanico o paralelo y abanico. la geometría de

arranque logrado con los cortes angulares básicos se muestran en las

siguientes figuras:

corte en pirámide o diamante (center cut)

comprende a cuatro o más taladros dirigidos en forma de un haz convergente

hacia un punto común imaginariamente ubicado en el centro y fondo de la labor

a excavar, de modo que su disparo instantáneo creará una cavidad piramidal.

este método requiere alta concentración de carga en el fondo de los taladros

(apex de la pirámide). se le prefiere para piques y chimeneas.

según la dimensión del frente puede tener una o dos pirámides superpuestas.

con este corte se pueden lograr avances de 80% del ancho de la galería; su

inconveniente es la proyección de escombros a considerable distancia del

frente.

corte en cuña o en “v” (wedge cut)

comprende a cuatro, seis o más taladros convergentes por pares en varios

planos o niveles (no hacia un solo punto) de modo que la cavidad abierta tenga

la forma de una cuña o “trozo de pastel”. es de ejecución fácil aunque de corto

avance especialmente en túneles estrechos, por la dificultad de perforación.

la disposición de la cuña puede ser en sentido vertical horizontal. el ángulo

adecuado para la orientación de los taladros es de 60° a 70°. es más efectivo

en rocas suaves a intermedias, mientras que el de la pirámide se aplica en

rocas duras o tenaces.

corte en cuña de arrastre (drag o draw cut)

es prácticamente un corte en cuña efectuado a nivel del piso de la galería, de

modo que el resto del destroce de la misma sea por desplome. se emplea poco

en túneles, más en minas de carbón o en mantos de roca suave.

corte en abanico (fan cut)

es similar al de arrastre pero con el corte a partir de uno de los lados del túnel,

disponiéndose los taladros en forma de un abanico (divergentes en el fondo).

también se le denomina “corte de destroce” porque se basa en la rotura de toda

la cara libre o frente de ataque del túnel. poco utilizado porque requiere

decierta anchura para conseguir unavance aceptable.

corte combinado de cuña y abanico

usualmente recomendado para roca tenaz y dura, hasta elástica. útil y muy

confiable, aunque es difícil de perforar.

cortes en paralelo

como su nombre lo indica, se efectúan con taladros paralelos entre sí. se han

generalizado por el empleo cada vez mayor de máquinas perforadoras tipo

jumbo, que cuentan con brazos articulados en forma de pantógrafo para

facilitar el alineamiento y dar precisión en la ubicación de los mismos en el

frente de voladura.

los taladros correspondientes al núcleo y a la periferia del túnel también son

paralelos en razón de que es virtualmente imposible perforar en diagonal con

estas máquinas. todos tienen la misma longitud llegando al pretendido fondo de

la labor.

el principio se orienta a la apertura de un hueco central cilíndrico, que actúa

como una cara libre interior de la misma longitud que el avance proyectado

para el disparo. la secuencia de voladura comprende tres fases; en la primera

son disparados casi simultáneamente los taladros de arranque para crear la

cavidad cilíndrica; en la segunda, los taladros de ayuda del núcleo rompen por

colapso hacia el eje del hueco central a lo largo de toda su longitud, ampliando

casi al máximo la excavación del túnel, tanto hacia los flancos como hacia el

fondo; por último salen los taladros de la periferia (alzas, cuadradores y

arrastres del piso) perfilando el túnel con una acción de descostre.

el perfil o acabado final de la pared continua del túnel, depende de la estructura

geológica de la roca, básicamente de su forma y grado de fisuramiento natural

(clivaje, diaclasamiento, estratificación) y de su contextura.

el hueco central debe tener suficiente capacidad para acoger los detritos

creados por el disparo de los primeros taladros de ayuda, teniendo en cuenta el

natural esponjamiento de la roca triturada, de modo que se facilite la expulsión

(trow) del material de arranque, después de las segundas ayudas y los taladros

periféricos.

para diferentes diámetros de taladros se requieren diferentes espaciamientos

entre ellos. es importante la precisión de la perforación para mantener estos

espacios y evitar la divergencia o convergencia de los taladros en el fondo con

lo que puede variar el factor de carga. la densidad y distribución de la columna

de explosivo, en muchos casos reforzada, así como la secuencia ordenada de

las salidas son determinantes para el resultado del corte.

usualmente los taladros de arranque se disparan con retardos de milisegundos

y el resto del túnel con retardos largos, aunque en ciertos casos los

microretardos pueden ser contraproducentes.

estos cortes son aplicados generalmente en roca homogénea y competente,

son fáciles y rápidos de ejecutar pero como contraparte no siempre dan el

resultado esperado, ya que cualquier error en la perforación (paralelismo y

profundidad), en la distribución del explosivo o el método de encendido se

reflejará en mala formación de la cavidad, o en la sinterización (aglomeración)

de los detritos iniciales que no abandonan la cavidad a su debido tiempo,

perjudicando la salida de los taladros restantes. si la carga explosiva es

demasiado baja, el arranque no romperá adecuadamente, y si es muy elevada

la roca, puede desmenuzarse y compactar, malogrando el corte lo que afectará

todo el disparo.

además del corte cilíndrico con taladros paralelos se efectúan otros esquemas,

como el corte paralelo escalonado, con el que se consigue un hueco o tajada

inicial de geometría cuadrangular y de amplitud igual al ancho de la labor, cuyo

desarrollo comprende un avance escalonado por tajadas horizontales o

escalones, con taladros de longitudes crecientes intercalados, que se disparan

en dos fases.

el disparo de la primera fase rompe la mitad del túnel por desplome, dejando un

plano inclinado como segunda cara libre, sobre la que actuarán los taladros de

la segunda fase por acción de levante. estos cortes son adecuados para rocas

estratificadas, mantos de carbón, rocas fisuradas o incompetentes.

tipos de cortes paralelos

los esquemas básicos con taladros paralelos son:

- corte quemado.

- corte cilíndrico con taladros de alivio.

- corte escalonado por tajadas horizontales.

todos ellos con diferentes variantes de acuerdo a las condiciones de la roca y la

experiencia lograda en diversas aplicaciones.

corte quemado

comprende un grupo de taladros de igual diámetro perforados cercanamente

entre sí con distintos trazos o figuras de distribución, algunos de los cuales no

contienen carga explosiva de modo que sus espacios vacíos actúan como

caras libres para la acción de los taladros con carga explosiva cuando detonan.

el diseño más simple es de un rombo con cinco taladros, cuatro vacíos en los

vértices y uno cargado al centro. para ciertas condiciones de roca el esquema

se invierte con el taladro central vacío y los cuatro restantes cargados.

también son usuales esquemas con seis, nueve y más taladros con distribución

cuadrática, donde la mitad va con carga y el resto vacío, alternándose en

formas diferentes, usualmente triángulos y rombos. esquemas más

complicados, como los denominados cortes suecos, presentan secuencias de

salida en espiral o caracol.

como los taladros son paralelos y cercanos, las concentraciones de carga son

elevadas, por lo que usualmente la roca fragmentada se sintetiza en la parte

profunda de la excavación (corte). esto no permite las condiciones óptimas

para la salida del arranque. lo contrario ocurre con los cortes cilíndricos. los

avances son reducidos y no van más allá de 2,5 m por disparo, por lo que los

cortes cilíndricos son preferentemente aplicados.

corte cilíndrico

este tipo de corte mantiene similares distribuciones que el corte quemado, pero

con la diferencia que influye uno o más taladros centrales vacíos de mayor

diámetro que el resto, lo que facilita la creación de la cavidad cilíndrica.

normalmente proporciona mayor avance que el corte quemado.

en este tipo de arranque es muy importante el burden o distancia entre el

taladro grande vacío y el más próximo cargado, que se puede estimar con la

siguiente relación: b = 0,7 x diámetro del taladro central (el burden no debe

confundirse con la distancia entre centros de los mismos, normalmente

utilizada).

en el caso de emplear dos taladros de gran diámetro la relación se modifica a:

b = 0,7 x 2 diámetro central. una regla práctica indica que la distancia entre

taladros debe ser de 2,5 diámetros.

cómo determinar los cálculos para perforación y carga

1. estime un diámetro grande en relación con la profundidad del taladro que

permita al menos un avance de 95 % por disparo. como alternativa perfore

varios taladros de pequeño diámetro de acuerdo con la siguiente fórmula:

ø1 = ø2 x ö n

donde:

ø1: diámetro grande supuesto.

ø2: diámetro grande empleado.

n: número de taladros grandes.

2. calcule el burden máximo en relación con el diámetro grande de acuerdo a la

siguiente fórmula:

primer cuadrilátero: b ~ 1,5 ø

donde:

b: burden máximo = distancia del hueco grande al hueco pequeño, en m.

ø: diámetro del hueco grande.

para cuadriláteros subsiguientes: b ~ a

donde:

b: burden máximo, en m.

a: ancho de apertura o laboreo, en m.

3. siempre calcule la desviación de la perforación, para lo cual una fórmula

adecuada es la siguiente:

f = b (0,1 ± 0,03 h)

donde:

f: desviación de la perforación, en m.

b: burden máximo, en m.

h: profundidad del taladro, en m.

para obtener el burden práctico, reducir el burden máximo por la desviación de

la perforación (f).

4. siempre perfore los taladros según un esquema estimado. un taladro

demasiado profundo deteriora la roca y uno demasiado corto deja que parte de

la roca no se fracture. así, las condiciones desmejoran para la siguiente ronda

disminuyendo el avance por disparo como resultado final.

5. calcule siempre las cargas en relación con el máximo burden y con cierto

margen de seguridad.

6. seleccione el tiempo de retardo de manera que se obtenga suficiente tiempo

para que la roca se desplace. los dos primeros taladros son los más

importantes.

7. factores a considerar para conseguir óptimo resultado cuando se emplean

cortes paralelos.