perforación de rocas

CURSOCURSO

PERFORACIÓN DE ROCASPERFORACIÓN DE ROCAS

2

CONTENIDOS GENERALES

Objetivos del curso

Introducción

Unidad 1.- Perforación de rocas.Unidad 2.- Peligros asociados a la Perforación de rocas.

3

OBJETIVOS DEL CURSO

Al finalizar los participantes serán capaces de:

• Conocer los conceptos básicos sobre la Perforación de rocas.

• Dar a conocer los métodos y sistemas utilizados en la Perforación.

• Señalar equipos, herramientas y elementos usados en la perforación de rocas y su incidencia en la prevención de riesgos para las personas.

• Conocer los peligros asociados a esta operación minera.

4

INTRODUCCIÓN

Dentro del proceso de extracción de rocas, en minas metálicas y no metálicas, es necesario realizar distintas operaciones mineras, la primera de ellas es la Perforación de roca, la cual tiene como finalidad realizar un orificio en la roca, llamado pozo o tiro. Para llevar a cabo esta operación se necesita de un equipo o perforadora y los aceros de perforación junto con sus accesorios.

Una vez perforado un pozo se realiza la Tronadura de la roca con ayuda de explosivos y accesorios específicos, que en espacio adecuado y cantidad suficiente pueden fragmentar el macizo rocoso.

OPERACIONES EN LA EXPLOTACIÓN DE MINAS

PERFORACIÓN

ARRANQUE

EXPLOTACIÓN TRONADURA

DE MINASCARGUIO

MANEJO DE

MATERIALES

TRANSPORTE

OPERACIONES

AUXILIARES

CÁTEDRA: SISTEMAS DE EXPLOTACIÓN MINERA

Ventilación Fortificación Drenaje Suministro de Energía Suministro de Aire Suministro de Agua

6

UNIDAD 1UNIDAD 1PERFORACIÓN DE ROCASPERFORACIÓN DE ROCAS

1.- Clasificación de las rocas.1.1.- Rocas Ígneas1.2.- Rocas Sedimentarias1.3.- Rocas Metamórficas

2.- Características principales de las rocas.2.1.- Dureza2.2.- Densidad2.3.- Compactación2.4.- Humedad2.5.- Textura2.6.- Fisuramiento

3.- Clasificación de las perforaciones

4.- Fundamentos teóricos de la perforación4.1.- Sistemas de perforación de rocas4.2.- Componentes del sistema mecánico de perforación4.3.- Método de perforación Rotopercutivo

5.- Equipos de perforación5.1.- Equipos de perforación en operaciones a cielo abierto5.2.- Equipos de perforación en operaciones subterráneas.

1.- Clasificación de las rocas

El proceso de arranque de un mineral de interés se inicia con la perforación de una roca determinada. La roca posee características específicas que la hacen particular al momento de quebrarla con la ayuda de elementos que venzan su resistencia, como es el caso de los explosivos.

En la naturaleza existen diferentes tipos de rocas, las cuales según su origen se pueden clasificar en: Ígneas, Sedimentarias y Metamórficas.

Unidad 1.- Perforación de rocas

8


1.1.- Rocas Ígneas

Son las formadas por solidificación de una mezcla fundida, denominada magma, compuesta por sustancias, mayormente con sílice en estado sólido (Rocas), líquido y gaseoso.

Se pueden subdividir en dos grandes grupos:

a) Rocas intrusivas o plutónicas (magma no llega a la superficie)b) Rocas extrusivas o volcánicas (magma llega a la superficie) · Efusivas o lavas (corrientes de lavas vertidas sobre la superficie) · Piroclásticas o volcanoclásticas (fragmentos de rocas lanzados al aire durante una erupción)


9

a) Rocas Ígneas intrusivas o plutónicas

Estas rocas se forman por enfriamiento del magma dentro de la corteza terrestre y se distinguen por tener cristales grandes y una matriz sin poros.


Granito Gabro Peridotita

Dureza de estas rocas: 170 Mpa (Diorita) a 350 Mpa (Gabro y Granito).


b) Rocas Ígneas extrusivas o volcánicas

Estas rocas se forman por enfriamiento del magma fuera de la corteza terrestre y se distinguen por tener cristales pequeños y una matriz porosa. Del punto de vista minero son de poca relevancia.

· Rocas Igneas Efusivas o lavasSon las que se originan a partir delenfriamiento de las corrientes delavas vertidas sobre la superficie.

· Rocas Igneas Piroclásticas o volcanoclásticasSon las formadas al enfriarse luego de queporciones de lava son lanzadas al aire duranteuna erupción.

10


Pomez

Dureza de estas rocas: 120 Mpa (Riolita) a 400 Mpa (Andesita).

Basalto Andesita Porfídica


11

b) Rocas Ígneas extrusivas o volcánicas


Andesita Porfídica

La Andesita es la roca ígnea que comúnmente contiene los yacimientos de cobre ubicados en nuestra Cordillera de Los Andes. Se pueden distinguir en ella una matriz oscura de material silicio y cristales denominados fenocristales; por estas cualidades se denomina Andesita Porfídica.

Andesita Porfídica Esquema de un yacimiento tipo pórfido cuprífero

Ejemplo de yacimientos porfídicos son:•El Teniente,•Andina.



1.2.- Rocas Sedimentarias

Estas rocas que formaron por fenómenos de alteración, transporte y sedimentación de rocas ya formadas.

Su importancia económica radica en que ayudan a formar y contener combustibles como carbón, petróleo y gas natural; así como también entregan la materia prima para la industria de la construcción, como arenas, gravas, calizas; también se emplean como rocas ornamentales.Se pueden subdividir en dos grandes grupos:

a) Rocas detríticas o clásticas (formadas por precipitación lenta del material transportado).

b) Rocas químicas o no clásticas (en la sedimentación y transporte intervienen procesos químicos).

12


Dureza de estas rocas: entre 70 Mpa (Pizarra) a 255 Mpa (Arenisca).

a) Rocas sedimentarias detríticas o clásticas

El proceso de sedimentación se produce por la disminución en la velocidad del agente de transporte.

El sedimento se denomina detrítico o clástico.

13


Conglomerados Arenisca Brecha Lutita


b) Rocas sedimentarias químicas o no clásticas

En la sedimentación de formación de estas rocas juegan un papel determinante los procesos químicos y/o la acumulación de restos orgánicos.

14


Yeso Caliza Coquina Carbónde Huya



1.3.- Rocas Metamórficas

Estas rocas se forman por acción de altas temperaturas y presiones a gran profundidad en la corteza terrestre, provocando cambios en una roca pre-existente, siendo ígnea, sedimentaria u otra metamórfica.

15


Rocas Igneas,Sedimentarias o

Metamórficas

Presión

Temperatura

Ejemplo:

RocasMetamórficas

Caliza (sedimentaria) Marmol

Rocas Metamórficas (propiedades)

Estas rocas presentan durezas muy variadas, dependiendo de su proceso de formación. Sus resistencias a la compresión van desde los 30 Mpa (serpentinas), hasta los 400 MPa (esquistos).

16


Silex Mármol Esquistomicáceo

Gneis


17

2.- Características principales de las rocas

Cada roca presenta distintas características geológicas y mecánicas específicas que determinan en definitiva la forma de fracturarla mediante explosivos industriales. Algunas propiedades de la roca son:

a.- Durezab.- Densidad o peso específico.c.- Compactación y porosidad.d.- Humedade.- Texturaf.- Fisuramiento



2.1.- Dureza

La dureza de la roca se define como la resistencia que ella ofrece a ser penetrada por un elemento mas duro, por lo que a mayor dureza de roca se tendrá menor rendimiento de perforación. Su unidad de medida es el Mega Pascal (MPa), el cual se determina sometiendo una muestra cilíndrica de roca (probeta) a la compresión ejercida por una prensa hasta alcanzar el punto de ruptura de dicha muestra rocosa.Esta propiedad se clasifica según la “escala de dureza de Mohs”, la cual se muestra a continuación:


CLASIFICACIÓNDUREZA

MOHS

RESISTENCIA A LA COMPRESION

(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


2.2.- Densidad o Peso Específico

Se define como la relación entre la masa del material y su volumen, siendo un factor ampliamente usado como indicador de la dificultad con la que se rompe la roca. Se muestra a continuación la densidad de algunas rocas.


NOMBRE DE LAROCA

DENSIDAD(Ton/m3)

Arcilla 1,8

Arenisca 2,2 a 2,5

Andesita 2,2 a 2,8

Basalto 2,8 a 3.3

Caliza 2,6 a 2,9

Conglomerado 2,3 a 2,8

Cuarcita 2,4 a 2,7

Diorita 2,7 a 2,9

Granito 2,6 a 2,8

Marmol 2,6 a 2,7

Pizarra 2,7 a 2,8


2.3.- Compactación y Porosidad

Compactación es la relación entre la densidad aparente (incluye poros) y la densidad real de una roca (roca sin poros), mientras que la porosidad es la relación del volumen total de los orificios existentes en una roca y su volumen aparente. Las rocas que presentan baja densidad, y por ende son más porosas, tienen una menor resistencia a

la trituración y son más fáciles de perforar.

2.4.- Humedad

Todas las rocas poseen un grado de humedad por el agua retenida en sus poros e intersticios. El grado de humedad se calcula determinando el peso de una porción de roca en estado natural y comparándola con el peso de la misma porción de roca tratada con un proceso de secado.A mayor porcentaje de humedad en la roca mejores rendimientos de perforación, pero se debe tener en cuenta al momento de elegir el explosivo para romper la roca.



2.5.- Textura

Se entiende por textura a la apariencia de la roca dada por las características físicas de sus componentes. Estas características son principalmente el tamaño, forma y disposición de los minerales que constituyen las rocas.Esta propiedad tiene una influencia significativa en el rendimiento de la perforación.

Algunos tipos de texturas:*Textura tabular: todos los cristales son de igual tamaño.

*Textura porfídica: cristales grandes (fenocristales) englobados en matriz de cristales más pequeños, es la textura de las andesitas.

*Textura vesicular: típica de la escoria volcánica. Presencia de cavidades o vacuolas rellenas de gas. El mejor ejemplo son las piedra pómez.



2.6.- Fisuramiento

El macizo rocoso no es una estructura sólida homogénea, posee rasgos variables entre muestras de rocas del mismo tipo. Se pueden identificar estructuras de distinto tamaño, algunos planos de fatiga, presencia de agua y otros parámetros que hacen variar su comportamiento tanto en el uso de explosivos como en la perforación de la roca, aprovechando estos planos de fracturamiento en la dirección de propagación de las ondas generadas por el explosivo.


23

3.- Clasificación de las perforaciones

Las perforaciones se pueden dividir en tres grandes grupos dependiendo de: Método utilizado, de la máquina y del tipo de trabajo a realizar.

1.- Según método mecánico de perforación:a) Métodos rotopercutivos (donde se combinan la rotación y percusión). b) Métodos rotativos (se aplica rotación sobre elemento de corte).

2.- Según el tipo de máquina utilizada:a) Perforación manual (equipos ligeros, minería pequeña y mediana).b) Perforación mecanizada (equipos móviles montados sobre estructuras).

3.- Según el tipo de trabajo a realizar:a) Perforación de banqueo (tiros verticales de minas subterráneas y cielo abierto).b) Perforación de avance de galerías y túneles (tiros horizontales subterráneo).c) Perforación de producción (para desarrollar labores de extracción de mineral).d) Perforación de chimeneas y piques (tiros verticales de minas subterraneas).e) Perforación con recubrimiento (tiros para captación de aguas).


24

4.- Fundamentos teóricos de la perforación

La perforación de rocas es el primera operación a realizar en un ciclo de desarrollo de una labor minera, y está fundamentada en concentrar una gran cantidad de energía en una superficie pequeña con el fin de vencer la resistencia de la roca a perforar con lo cual es posible alojar cargas explosivas y sus accesorios iniciadores.

CICLO DE DESARROLLO DE LABOR MINERA


25

4.1.- Sistemas de perforación de rocas

Existen muchos sistemas de perforación de rocas, los cuales se clasifican según el orden de aplicación. Estos sistemas se muestran a continuación:

D.- Sónicos: Vibración de alta frecuencia E.- Químicos: Micro voladura

Disolución F.- Eléctricos: Arco eléctrico

Inducción Magnética G.- Sísmicos: Rayo láser H.- Nucleares: Fusión

Fisión

A.- Mecánicos: PercusiónRotaciónRotopercusiónRotoabrasivo

B.- Térmicos: Soplete o lanza térmicaPlasmaFluido CalienteCongelación

C.- Hidráulicos: Chorro de aguaErosiónCavitación.



26

4.2.- Componentes del sistema mecánico de perforación

Actualmente en minería el sistema de perforación mas utilizado es el Mecánico, cuyos componentes principales son:

•La Perforadora (Fuente de energía mecánica),

•Varillaje (Medio de transmisión de la energía),

•El Bit (Acero que ejerce la energía sobre la roca),

•Fluido de barrido (evacúa y limpia el detritus producido).



27

4.3.- Método de perforación Rotopercutivo

Dentro del sistema Mecánico se encuentra el método de perforación Rotopercutivo, en el cual se combinan las fuerzas de rotación sobre el elemento cortante y la presión ejercida sobre dicho elemento, conocida como percusión, lograda por la fuerza de un pistón o martillo. Este método se subdivide en perforación con Martillo en Cabeza y Martillo en Fondo.

En la perforación con martillo en cabeza las acciones de rotación y percusión se desarrollan fuera del pozo, por lo que la transmisión de energía se realiza por medio del varillaje hasta el bit o broca de perforación.

Al usar martillo en fondo la percusión se realiza directamente sobre el bit dentro de la sarta de perforación, mientras que la rotación se efectúa fuera del pozo.



28

Perforación con Martilloen Cabeza(TopHammer)

Perforación con Martilloen Fondo(Down The Hole)


4.3.- Método de perforación Rotopercutivo


29

4.4.- Método de perforación Rotativa

También se utiliza la perforación rotativa, la cual permite realizar pozos de mayor diámetro en minas a cielo abierto y alcanzar altas velocidades de penetración.En la perforación rotativa intervienen las siguientes variables controlables por el operador:•Empuje sobre la broca,•Velocidad de rotación,•Desgaste en la boca,•Diámetro del pozo y•Caudal de aire para retiro del detritus.

Este método se subdivide en rotación por trituración y rotación por corte.

La perforación rotativa por trituración se genera por transmisión de la energía de rotación y avance (pull dawn) por medio del conjunto de tubos de perforación hacia la broca que está en contacto con la roca pulverizándola.

En la perforación rotativa por corte actúan las mismas fuerza del método anterior con la generación de astillas.



30

4.4.- Método de perforación Rotativo

Perforación Rotativa(Rotary Drilling)

Perforación RotativaAsistida por Percusión(Percussion AssistedRotary Drilling)



perforación de rocas

Documents