1.3.- Clasificación de las perforadora perforadorass
Clasificación de las perforadoras
Por la Fuente de energía requerida
Por el Trabajo del inserto
Fusión/rotación /enfriamiento
Percusión
Ígnea o térmica Eléctrica. Percusión/rotación Presión/rotación De carburación. Neumática. Presión/rotación/ Hidráulica corte corte/de /dess aste aste de la roca roca Sónicos Iluminación Nuclear En la máquina perforadora Otros
Sobre la barra o en castillo
Por el Apoyo con que cuentan
Manuales
Avance Automático Por la Ancladas
ubicación del martillo
En la punta del barreno o columna 1.4.- Descripción de perforadoras 1.4.1.- Perforadora Ignea o Térmica (Jet piercing, chorro taladrante). a.- Características
Se basa en la decrepitación de la roca gracias a los rápidos cambios de temperatura producidos por chorros de gases de combustión de 2200 °C a 3000 °C y a una
velocidad supersónica de 1800 m/s, alternados con chorros de agua y por el giro de la columna de perforación. El proceso de penetración depende de la decrepitabilidad de la roca, que se basa en la diferente capacidad de rotura de los cristales constituyentes de las rocas como consecuencia de su poca o mucha conductibilidad, en que ciertas partes se calientan con mayor rapidez que otras. b.- Requerimientos
Kerosene o petróleo (consumo de 150 gl/hora) Oxígeno (consumo de 350 m3/hora) o aire comprimido Agua (consumo de 3 m3/hora) Existen perforadoras que utilizan ácido nítrico, aire comprimido y oxígeno. c.- Funcionamiento
El kerosene y oxígeno gaseoso son aportados por conductos de la columna de perforación a la cámara de combustión del mechero de reacción, donde se atomiza el combustible y se mezcla con el oxígeno alcanzando altas temperaturas y estos productos de combustión son proyectados desde las boquillas del mechero de reacción con una velocidad supersónica y funden la roca, para luego recibir una inyección de agua fría, que también se transporta por el interior de la columna de perforación, que agrietan la roca. 1.4.2.- Perforadora eléctrica a.- Características
Utiliza perforadoras rotativas manuales y de columna con motor eléctrico de 220 voltios, profundizando el barreno helicoidal de 36 a 42 mm de diámetro y hasta 1 metro de avance del taladro. Es aplicado en rocas calizas, pizarras, areniscas, cascajo, arcilla compacta; es decir en rocas de resistencia mecánica resistente, mediana y terrosa según M. Protodiakonov. La perforación y el barrido de los detritus es en seco. b.- Requerimientos
Energía eléctrica. c.- Funcionamiento
Se oprime el botón de accionamiento, iniciándose la rotación del motor que es transmitido por medio del reductor, al barreno; la presión es ejercida por el perforista o por el pistón de avance. El detritus es evacuado sacando e introduciendo alternativamente la varilla helicoidal, sin detener la perforación. Oprimiendo el botón de parada, se detiene su funcionamiento. 1.4.3.- Perforadora de Carburación o Motoperforadora/rompedora Pionjar de Atlas Copco a.- Características
Son perforadoras manuales (jack hammer) de percusión y/o rotación con motor a gasolina, ideal para pequeñas tareas de perforación (motoperforadora) y rompimiento de hormigón y compactadora (rompedora), en todo caso hacia abajo. El encendido es electrónico mediante un dispositivo de arranque (empuñadura, muelle, polea, toma de fuerza y cuerda). b.- Requerimientos
Como combustible usa gasolina mezclada con aceite grado 40 en una proporción 12:1 ó 20:1.Usa barrenos integrales convencionales y puntas. c- Funcionamiento
La máquina funciona bajo el principio de pistones opuestos que se desplazan en un mismo cilindro. El pistón del motor B va conectado por medio de una biela al cigüeñal del motor. El pistón del martillo A se desplaza libremente en el cilindro y su ciclo de trabajo se sincroniza de manera automática (impacto, barrido, rotación). Funcionamiento de los pistones : Durante la carrera de trabajo, el pistón de percusión A es impulsado por la presión de la combustión y transmite su energía al barreno. Al mismo tiempo, el pistón del motor B se acciona hacia arriba, con lo que descubre el conducto de gas C situado en la pared del cilindro.
Los gases procedentes de la combustión, pasan desde este conducto C al interior de la cámara situada por debajo del pistón de percusión, a través de la válvula D. Esta presión del gas actúa entonces por debajo del pistón del martillo, ayudando al retroceso del pistón a su posición superior. La válvula D de no retorno, evita que estos gases regresen a la cámara de compresión y combustión. Por lo tanto, la presión del gas actúa desde abajo sobre l pistón de percusión, agregándose a la fuerza de retorno en su regreso a la posición inicial. Soplado o barrido: El aire de soplado es aspirado durante el movimiento descendente del pistón de percusión A, vía válvula de admisión E, a la cámara de compresión, por encima de la brida del pistón de percusión. Cuando éste es empujado hacia arriba, el aire es comprimido y forzado a salir a través de la válvula de presión F al barreno y continuando por el agujero axial del barreno hasta el gavilán. Esta corriente de aire manteniene este ajugero axial limpio hasta una profundidad de 6 metros. Rotación : La rotación del barreno es producido por el movimiento del pistón de percusión. Las ranuras rectas y helicoidales practicadas en el eje de este pistón, se emparejan con las estrías de la rueda de trinquetes. Durante el movimiento descendente, gira el pistón de percusión y produce el giro del barreno. 1.4.4.-Perforadora Neumática a.- Características
Utiliza aire comprimido para accionar a la perforadora. Requiere un caudal de aire de 0.20 a más de 6 m3/min y requiere presiones de aire de 15 a más de 90 lb/pulg2. b.- Tipos de perforadoras convencionales (taladros menores de 1 ½ pulgadas de diámetro) Pick hammer (Martillo picador, rompedor), son manuales; es decir el operario dirige la
herramienta sirviendo de freno a los movimientos de retroceso; percutan (cuyo uso es en cincelado o desbastado) y excepcionalmente rotan.
Jack hammer (Perforadora manual) o Sinker (plomada), sin pistón de avance,
percusivas y/o rotativas; cuentan con una empuñadura en T para ambas manos. Se utilizan mayormente en perforaciones verticales o muy cerca a la vertical. En caso de ser sólo percusivas, se les conoce como pavin breaker (rompe pavimentos). Jack leg (Pata plegable), que cuenta con un dispositivo de avance plegable y acoplable (pata, barra, pie de avance, empujador, etc.). Son roto - percusivas. Se usan para perforaciones horizontales o cercanas a la vertical. Stoper (Tapón), que cuenta con una barra neumática acoplada fijamente y en un mismos eje axial, constituyendo un conjunto. Son roto - percusivas. Se usa para perforaciones verticales o muy cercanas a la vertical. Drifter (Llevado por algo, móvil, a la deriva), que se moviliza sobre un brazo alimentador montado sobre una plataforma de perforación. Son roto-percusivas y propios de Jumbos (de mucho volumen) y sus características son variadas, dependiendo principalmente de los requerimientos de perforación (diámetros, longitudes, velocidades, etc.). c.- Principios de perforación neumática C.1.- Percusión:
En la perforación por percusión o impacto y fuerza de avance, la energía cinética se trasmite desde un pistón a la culata del barreno e inserto en forma de Onda de Choque. Esta onda de choque viene determinada por: La forma geométrica del pistón y su diámetro El material del pistón y su peso El rozamiento del pistón con el cilindro La longitud de carrera La onda de choque se desplaza a lo largo del barreno a una velocidad de 5000 m/seg, conocida como Velocidad de Impacto de Pistón. En este caso, no necesariamente el cincel cuenta con orificio axial para el agua, ni existe barrido por el aire comprimido. Actualmente se utilizan 2 sistemas de percusión: c.1.1.- De Válvula Oscilante o de Chapaleta. c.1.2.- De Válvula Tubular
c.2. Percusión - Rotación
El inserto gira entre impactos sucesivos actuando siempre sobre puntos distintos de la roca en el fondo del taladro. El número de golpes por revolución (giro completo) está supeditado al número de dientes de la caja de trinquetes. Como quiera que generalmente cuenta con 36 dientes, significará 36 golpes por giro y 10 grados el ángulo entre golpe y golpe. La velocidad de rotación oscila entre 40 y 100 RPM, determinando el número de golpes. La rotación del inserto se consigue por barra estriada y por rueda de trinquete. c.2.1.- Fundamentos de la Perforación roto-percusiva
Se basa en la combinación de 4 acciones: c.2.1.1.- Percusión
Los impactos producidos por el golpe del pistón sobre la culata del barreno, originan unas ondas de choque (Energía cinética) que se transmiten al inserto a través del barreno. El desplazamiento de esta onda se realiza a alta velocidad. c.2.1.2.- Rotación
La rotación hace girar al barreno entre impactos sucesivos y tiene como misión hacer que el inserto impacte sobre lugares distintos de la roca en el fondo del taladro. c.2.1.3.- Empuje
Es necesario que el inserto se encuentra en contacto permanente con el fondo del taladro a fin que la energía cinética se transmita a la roca. Los extremos del empuje c.2.1.4.- Barrido
Para una perforación efectiva, es necesario que el fondo del taladro se encuentre libre de los detritus producidos justo después de su formación. Evita la retrituración, el sobre consumo de energía, el desgaste del inserto sin beneficio y el riesgo de atascos (plantado del barreno). d.- Descripción de una Jack leg d.1.- Perforadora
Todas las marcas y sus modelos cuentan con barrido por agua y excepcionalmente por aire comprimido. Exteriormente, consta de 3 partes principales: Frontal, Cilindro y Cabezal unidos por 2 pernos laterales (tirantes) con sus respectivas tuercas. Estas tuercas deben ajustarse alternativamente y sucesivamente; en caso contrario se producen esfuerzos asimétricos que alteran el funcionamiento normal de las piezas interiores d.2.- Pistón, barra, pie de avance, empujador, pata neumática
Es un dispositivo acoplable o fijo cuyas funciones son soportar a la perforadora y mantener al barreno en contacto firme con la roca, además de frenar los movimientos de retroceso de la herramienta que se producen cuando el pistón se acelera y se retarda dentro del cilindro. En la jack leg, consiste en un tubo o cilindro con un pistón o émbolo dentro; exteriormente en el extremo inferior cuenta con uñas y punta con el objeto de que se asiente en el piso, y en el extremo superior con un sistema de empalme a la perforadora. Cuenta con azas. Características:
- Longitud total - Longitud de avance - Diámetro del pistón - Peso - Material
54 a 71 pulgadas 35 a 52 pulgadas 2 ¾ a 2 5/8 pulgadas 33 a 50 libras Aluminio
Funcionamiento:
El aire comprimido ingresa por los agujeros especiales en la perforadora o por la manguera de aire (racor o enchufe), pasa por la válvula de regulación y el cuello del émbolo hacia el anillo de soporte, empujándolo hacia arriba o hacia adelante. La presión de aire se controla por medio de la empuñadura.
Mediante la válvula se purga de aire se elimina rápidamente la presión del avance y se ajusta la posición en altura durante la perforación. d.3.- Accesorios Lubricadora o aceitera
Es un depósito pequeño de aceite que se intercala en la manguera de aire comprimido, para enviar el aceite a la corriente de aire por medio de una válvula, que una vez lleno de aceite, asegura una lubricación constante del equipo. Existen modelos automáticos, o sea que cortan el paso del aire cuando se termina su contenido. El consumo medio es de 1/5 de litro de aceite por cada hora de trabajo. El aceite a utilizarse debe ser emulsificante, o sea debe mezclarse con el agua formando una emulsión resistente al lavado por el agua y/o aire comprimido, resistente a los ácidos y óxidos, así como de una elevada viscosidad. El aceite sólo pasará cuando existe presión del aire en la tubería o manguera. Acoplamiento de garras
Son conexiones seguras y rápidas para las mangueras de aire a la perforadora. Requiere de abrazaderas y empaquetaduras (sellos) de jebe. Mangueras de jebe, malla metálica y tela
De 3 a 7 capas, resistentes a la abrasión y corte.
e.- Descripción de una Stoper
Exteriormente, consta con las mismas partes de una jack leg, a excepción de la empuñadura; en el cabezal va adherido el Pistón de avance, axialmente. Este pistón de avance cuenta en su extremo inferior con una punta para el apoyo sobre el piso. El mando del pistón se efectúa desde la perforadora.
Existen modelos en que el Empujador va unido a la perforadora fuera del eje axial. El Funcionamiento es similar a la jack leg. Interiormente, es similar a la jack leg. Características (modelo TY-280-JS):
- Peso total - Longitud cerrada - Diámetro del cilindro - Carrera del pistón
50 kg 2,27 m 0,076 m 0,068 m
f.- Drill Jumbo Neumática(Perforadora de gran volumen) f.1.-Concepto
Significa el uso de un fluido compresible(aire) para accionar los mecanismos de impacto, de rotación, de avance y de posicionamiento de las perforadoras de rocas drifter que se desplazan a través de una viga que puede ser fija o que empalma a un brazo telescópico. f.2-Características
La energía neumática(que puede ser tomada del sistema de aire comprimido instalado o de una compresora) es normalmente la fuente primaria para la percusión, rotación, avance, posicionamiento y traslación del equipo, que a su vez sirve para accionar los sistemas hidráulicos(gatos, tracción, tablero de mandos, etc).
Su uso es cada vez menor en minería, dada la alta mecanización actual. g.- Descripción de Drill Jumbo Neumáticas Truck drill
O vagones (carretones) de perforación mecanizada montados sobre llantas u orugas. Toda la unidad está accionada por aire comprimido, que pone en funcionamiento los sistemas hidráulicos Trabajan con perforadoras drifter y barrenos integrales o varillas de extensión. Existen modelos que una vez asegurados los brazos de posicionamiento, son inamovibles. Algunos modelos cuentan con cabrestante para efectos de ángulo de trabajo del brazo guiador y elevación de las barras de perforación. Pueden perforar taladros verticales o inclinados (hacia arriba o hacia abajo) de 1 hasta más de 4 pulgadas de diámetro y longitudes mayores de 10 metros.
Down the hole ( Perforadora dentro del taladro) Características
Es una perforadora de percusión de accionamiento neumático que trabaja en el interior del taladro(cilindro de acero ubicado en el fondo del taladro, detrás de la broca y similar a resto de la columna de perforación) , trasladando al fondo del taladro la energía de cada golpe generado por el pistón. La rotación del inserto y de la columna de perforación se logra con el Cabezal Rotativo se encuentra en el brazo alimentador, mediante accionamiento hidráulico. Es accionado por aire comprimido y aceite en suspensión para lubricar las partes móviles de la perforadora. Existen modelos que trabajan con agua, además. Se utiliza en labores de supeficie e interior mina ( taladros para voladuras, pasajes de cables y relleno hidráulico, drenaje, etc.).
Fueron fabricados hace aproximadamente 25 años, y actualmente se pueden lograr taladros mayores de 3 pulgadas de diámetro y hasta de 185 metros de longitud. Utilizan los Truck drill así como otros tipos de vehículos ( camiones ). Componentes Broca: Utiliza tipo cuchilla o cincel, en cruz o en aspa (rocas de mediana dureza) y de
botones (rocas muy duras ).Los diámetros utilizados van de 3 a 27 pulgadas. Perforadora: Es de menor diámetro que la broca. COP 32
COP 42
Diámetro externo Diámetro de pistón Velocidad rotación
77 mm 96 mm 60 mm 76 mm 30 - 40 RPM -25 - 35 RPM
Barras de Perforación
Varían en diámetro de 3 a 27 pulgadas y en longitudes de 5, 10 y 20 pies c/u. Son huecas y poseen rosca macho en un extremo y hembra en el otro. Adaptador de culata
Pieza que trabaja dentro de la drifter, para efectos de la rotación de la barra de perforación.
g.- Barrenos, varillas de perforación g.1.- Concepto
Son barras de acero especial de mayor dureza que la roca.
Transmiten el golpe, presión y/o rotación al terreno produciéndose la trituración de la roca de acuerdo al diámetro del extremo cortante o rompiente. El acero de las barras debe reunir los siguientes requisitos: - Alta resistencia a la fatiga - Alta resistencia a la flexión - Alta resistencia al desgaste en roscas y culatas g.2.- Barrenos integrales
Consisten de una barra con una culata forjada a un extremo y una broca, forjada también, con inserto al otro extremo. Las barras generalmente son designados H19, H22 y H25 donde H indica la barra hexagonal y los números indican las medidas en milímetros entre caras opuestas del hexágono. Nombre Diámetro Inserto Longitud Total Patero 40 mm 0.80 a 1.20 m Seguidor 39 mm 0.60 m Pasador 38 -37 mm 2.40 a 3.20 m g.2.1.- Partes de un Barreno Integral
- Espiga o zanco.- es el extremo que ingresa en la bocina de la perforadora. Su longitud es de 4 ¼ pulgadas generalmente, existiendo también de 6 ¼ pulgadas. - Culata o culatín.- es la superficie transversal de la espiga, que recibe y transmite los golpes del pistón. En su borde exterior cuenta con un chaflán. - Orificio de barrido.- con un diámetro de ingreso de 11/32“ hasta aproximadamente la mitad de la longitud de la espiga, y de allí hasta la broca de 9/32”; comunicando a un lado del ancho de la broca, con determinado ángulo. - Collar o collarín.- Es una prominencia o anillo forzado que sirve para mantener el barreno dentro de la bocina con la ayuda de la grampa de la perforadora. Su diámetro es de 1 3/8 pulgadas y su longitud es de 3/8 de pulgada; cuenta con una superficie de golpeo, radio y cuello. - Barra o cuerpo.- De acero hexagonal, cuya longitud y medidas entre caras opuestas son variables.
- Broca, extremo con dispositivo de corte o cabezal.- contiene la pastilla o inserto soldado en su canal. Cuenta con el orificio de salida de agua. Las diámetros son variables. Cuenta con una base del inserto, flancos del inserto, altura del inserto, radio del inserto, ángulo de incidencia, ángulo de corte, anchura del inserto, ancho de la broca, filo y chaflán de desgaste h.- Barrenos acoplables a brocas
En lugar del extremo con dispositivo de corte, cuentan con una conicidad (de 7 a 12°) que sirve para alojar brocas con una platina de bronce entre ellos para una mejor adherencia y que no se suelden por la energía no utilizada (que se transforma en calor), así como para facilitar el cambio de broca. Generalmente utilizan brocas descartables en cruz o en X de 4 insertos (múltiples). Pueden usar brocas afilables. i.- Varillas acoplables o de acoplamiento
Forman un tren o columna de barras para perforar taladros largos, gracias a las roscas externas en sus extremos y a las roscas internas de los manguitos de acoplamiento o coplas, que une a las varillas, adaptadores de culata y brocas. El ajuste de estos componentes debe ser de tal forma que se mantenga unidos convenientemente permitiendo una transmisión directa de la energía de impacto o presión. Excesos de ajuste dificultan el desacoplamiento. La energía no utilizada se transforma en calor en las uniones, pudiendo soldarse la varilla y la copla en las superficies roscadas o transformar al acero haciéndolo fácil de romper. j.- Brocas
Son los elementos del cuerpo de perforación que realizan el trabajo de trituración de la roca. La parte de la broca que está en contacto con la roca es un metal de carburo de tungsteno y cobalto. La caja (socket) pueden ser de longitud corta o mayor (honda), con superficie interior lisa (cónica) o roscada (cilíndricamente). Cuentan con uno o más orificios centrales y laterales por los que se inyecta el fluido de barrido para remover el detrito y poseen una hendiduras por las que pasan y ascienden las partículas de polvo producidas Pueden ser de los tipos: De pastillas o de cincel, de una sola pastilla o plaquita, de 3 pastillas o plaquitas, de 4
plaquitas dispuestas en ángulo recto o en cruz, un solo inserto de 4 pastillas o
plaquitas en cruz o en X (en este último caso, las plaquitas forman ángulos de 75° y 105° unas con otras Estas brocas se fabrican de 35 a 57 mm de diámetro en cruz y de 64 a 127 en X. Pueden ser de múltiples afiladas o descartable. Brocas de botones, que disponen de unos botones o insertos cilíndrico de carburo de tungsteno distribuidos sobre la superficie de la misma. Se adaptan mejor a la perforación rotativa, obteniéndose velocidades de avance superiores con con brocas de pastillas. También presentan una mayor resistencia al desgaste debido no solo a la forma de los botones sino incluso a la sujeción más efectiva del acero, por contracción o presión en frío, sobre todo el contorno de los insertos.Se fabrican en diámetros que van desde los 50 mm hasta los 251 mm. Brocas especiales, con diseño especial como las brocas Patilladoras, Rameadoras o Escariadoras y las brocas Balísticas. k.- Broca tricónica, trépano
Es propio de la perforación rotativa (rotación/presión). Consiste de un cuerpo que se compone de tres rodillos cónicos móviles (mediante cojinetes de bolas y de rodillos) equipados con insertos de metal duro (cincel o botones) distribuidos en los tres rodillos de manera que toda la superficie del fondo del taladro sea cubierta cuando la broca esté en rotación.
l.- Plataforma trepadora Alimak l.1.- Características
Es un equipo que permite el desarrollo seguro de chimeneas verticales e inclinadas (39° a 90°)de sección circular o rectangular, en diferentes tipos de rocas.
La sección de la chimenea va de 1.6.m * 1.6. m a 2.4 m * 2,4 m a más (9 a 20 m 2 existiendo para ellos plataformas plegables) y las longitudes de 13 a más de 900 m. La perforación, carguío y desate se efectúa debajo de la cubierta protectora. El disparo se efectúa cuando la plataforma se halla en la Estación. El personal (perforista y ayudante) viaja en la jaula debajo de la plataforma. Fueron introducidos a la minería en 1957 en Suecia. Existen modelos STH 5, STH 5L (neumáticos), STH 5E (eléctricos) y STH 5D (diesel). l.2.- Requerimientos
Aire comprimido Agua Energía eléctrica Petróleo (para la propulsión a diesel, para chimeneas largas). l.3.- Componentes Plataforma de Trabajo , construido de acero soldado; cuenta con una cubierta
protectora, barandilla, escotilla, soporte de barrenos. Su peso oscila entre 280 y 420 kg. Equipo de accionamiento , comprende dos engranajes de tornillo sin fin, cada uno provisto de piñones trepadores que se apoyan sobre el carril guía por medio de rodillos. Cuenta con motores que son activados por aire comprimido, electricidad o petróleo. El conjunto cuenta con frenos de mando y frenos centrífugos. Jaula o cabina , constituido de tubos de acero y recubierto con tela mecánica, suspendida debajo de la plataforma, pudiendo bascular en chimeneas inclinadas. Cuenta con una escalera fija para subir a la plataforma, cajas especiales para explosivos y accesorios, cajas especiales para explosivos y accesorios de voladura. Su peso medio es de 500 kg. Carril guía o monorriel con cremallera , que soporta y guía la plataforma trepadora; conducen a través de 4 tuberías interiores el aire, agua y electricidad al frente de trabajo (la conducción de la electricidad es mediante un cable bipolar con aislamiento de plástico y sirve para la comunicación telefónica, detonación y control remoto de suministro de aire y agua). A medida que avanza la chimenea, se va empalmando los tramos con pernos; cada tramo se fija a la roca mediante placas y pernos de anclaje, en taladros expresamente preparados. Para el cierre hermético entre cada una de las tuberías interiores se aplican anillos obturadores especiales. Existen carriles rectos, curvados y de servicio que van de 0,50 a 2,00 metros de longitud.
Ascensores de servicio y de seguridad, conocidos como Alitrolley (con propulsión
neumática, eléctrica o diesel-hidraulica) y Alicab (con propulsión neumática o eléctrica) respectivamente, y que son similares a las jaulas. Aseguran la comunicación entre la estación y la plataforma de trabajo. Carretes de Manguera y/o Cable eléctrico , para enrollar - desenrollar los mismos. Pueden ser accionados en forma manual, por electricidad, o por aire comprimido. Circuito de aire, agua y electricidad que desde las tomas respectivas instaladas en la Estación, son transportados al frente de trabajo. Equipo de seguridad , constituido por un Dispositivo de freno automático al exceder la velocidad de subida/bajada de la jaula de 54 m/min o al cortarse la energía, dos pares de zapatos trepadores de acero, dos ganchos con cinturones y sogas adecuados, además de la palanca para operar manualmente la jaula.
