PERFORACIN Y TRONADURA

MDULO DE APRENDIZAJE PARA EL PARTICIPANTE

CODELCO DIVISIN ANDINA

PROGRAMA APRENDICES 2013

ndice.4CaptuloI Tronadura

41.1Definicin

41.3Para qu se utiliza la Perforacin y Tronadura?

51.4Factores que intervienen en una tronadura

61.5Infraestructura de mina subterrnea

81.6Explosivos

91.6.1Explosivos industriales:

111.7Combustin

121.8Deflagracin

121.9Explosin

131.10Propiedades de los explosivos

151.12Accesorios de iniciacin y cebado de tronadura

171.13Medidas Durante la Carga de los Hoyos

171.14Medidas en el Retacado

181.15Medidas en el Amarre Manipulacin de los detonadores No-Elctricos

181.16Medidas al Disparar con Mecha

191.17Medidas Antes y Despus del Disparo

191.18Medidas con Tiros Quedados

201.19Medidas al Tronar Bolones

21Captulo II Perforacin

212.1Teora General de la Perforacin

212.1.1Percusin

212.1.2Rotacin

212.1.3Empuje

212.1.4Barrido

222.2Por qu Importa la Perforacin?

222.3Ciclo de operacin mina bsico (Cielo Abierto)

222.4Componentes principales de un sistema de perforacin

232.5Clasificacin de la perforacin

232.5.1Segn la maquinaria utilizada

242.5.2Segn el tipo de trabajo

282.5.3Clasificacin por aplicacin

292.6Empezando a perforar

302.7Perforacin Rimado

312.8Rimando

352.9Despus de la perforacin

352.10Evolucin de las perforadoras

372.11Seleccin de acero de perforacin

CaptuloITronadura1.1Definicin

La Tronadura tiene como propsito fundamental maximizar la energa liberada por el explosivo para fragmentar lo mejor posible una parte del macizo rocoso, mientras que por el lado contrario, el deseo es a su vez minimizar la energa del mismo hacia la otra parte del macizo rocoso (remanente) para as producir el menor dao posible.1.2Qu es la Perforacin y Tronadura?En el mbito TcnicoLa transformacin del recurso (roca/mineral) (se Fragmenta)En el mbito Productivo:

La primera operacin en el ciclo productivo de una minaComo Proceso la Perforacin:

Cavidad donde sern alojadas las cargas explosivas y accesorios de iniciacin Como Proceso la Tronadura

La liberacin de energa mediante una reaccin qumica (explosivos) que permite fragmentar la roca y desplazarla1.3Para qu se utiliza la Perforacin y Tronadura?Para quebrar y remover de manera eficiente (rpida y al menor costo posible) una cantidad de material determinada1.4Factores que intervienen en una tronadura

Figura 1 factores en la tronadura

Figura 2 Utilizacin de la perforacin y tronadura1.5Infraestructura de mina subterrnea Galeras

Tneles

Piques

Cavernas

Figura 3 Infraestructura mina subterrnea

Figura 4

Figura 5

Figura 61.6ExplosivosMezcla de slidos o lquidos, que son capaces de una descomposicin rpida y violenta dando por resultado una conversin a grandes volmenes de gases.

Los explosivos estn presentes en los trabajos de minera, la construccin y la industria, tanto es as, que su uso lo hace muy peligroso si no se manipulan de acuerdo a las normas establecidas su mal uso a causado muchos accidentes graves y muy peligrosos, es por esto que el conocerlo y estudiarlos nos dan una ventaja a la hora de relacionarnos con ellos.Las reacciones qumicas involucradas son altamente exotrmicas (desprenden calor)

Figura 71.6.1Explosivos industriales:Los explosivos qumicos industriales se clasifican en dos grandes grupos segn la velocidad de su onda de choque: Explosivos Rpidos y Detonantes. Con velocidades entre 2.000 y 7.000 m/s. Explosivos Lentos y Deflagrantes. Con menos de 2.000 mis.Los deflagrantes comprenden a las plvoras, compuestos pirotcnicos y compuestos propulsores para artillera y cohetera, casi sin ninguna aplicacin en la minera o ingeniera civil, salvo en el caso de rocas ornamentales.Los explosivos detonantes se dividen segn su aplicacin en:

Primarios SecundariosLos Primarios por su alta energa y sensibilidad se emplean como iniciado res para detonar a los Secundarios, entre ellos podemos mencionar a los compuestos usados en los detonadores y multiplicadores (fulminato de mercurio, pentrita, hexolita, etc.).Los Secundarios son los que se aplican al arranque de rocas y aunque son menos sensibles que los Primarios desarrollan mayor trabajo til.Estos compuestos son mezclas de sustancias explosivas o no, cuya razn de ser estriba en el menor precio de fabricacin, en el mejor balance de oxgeno obtenido, y en las caractersticas y propiedades que confieren los ingredientes a las mezclas en lo relativo a sensibilidad, densidad, potencia, resistencia al agua, etc.Los explosivos industriales de uso civil se dividen a su vez en dos grandes grupos, que en orden de importancia por nivel de consumo y no de aparicin en el mercado son:a. Agentes Explosivos

Estas mezclas no llevan, salvo algn caso, ingredientes intrnsecamente explosivos. Los principales son: Anfo Alanfo Hidrogeles Emulsiones Anfo Pesadob. Explosivos Convencionales

Precisan para su fabricacin de sustancias intrnsecamente explosivas que actan como sensibilizadores de las mezclas. Los ms conocidos son:

Gelatinosos Pulverulentos De Seguridad

Figura 81.7CombustinEs toda reaccin qumica capaz de desprender calor, pudiendo a no ser percibido por nuestros sentidos

Figura 91.8Deflagracin Es una combustin sbita con llama pero sin explosin (esto es importante, porque a menudo se suele asociar errneamente este trmino con la explosin o detonacin, no siendo en absoluto- sinnimo de sta, que representa un concepto diferente)

Las reacciones que provoca una deflagracin son idnticas a las de una combustin, pero se desarrollan a una velocidad comprendida entre 1 metro/segundo y la velocidad del sonido. Sin embargo, en una detonacin, la combustin est asociada a una onda de choque que avanza a velocidad superior a la del sonido.

Algunos ejemplos de deflagracin pueden ser: encender una cerilla, la mezcla de combustible-aire en un motor de combustin interna, o la rpida combustin de una carga de plvora en un arma de fuegoEs una reaccin qumica ligeramente ms rpida que una simple combustin, alcanzando valores mximos de 300 a 400 m/s.

Los explosivos que actan bajo este rgimen desarrollan su trabajo por efecto de transmisin del fuego

Ejemplo: La Plvora negra

Figura 101.9Explosin

Proceso termoqumico caracterizado por su gran velocidad de reaccin y la formacin casi instantnea de productos gaseosos a elevada temperatura y presin, adquiriendo una gran fuerza expansiva que produce efectos mecnicos y sonoros

Ejemplo: Las dinamitas

Figura 11

Figura 121.10Propiedades de los explosivosLas propiedades ms importantes de los explosivos determinando sus caractersticas requiere una cuidadosa atencin segn se vaya a utilizar; estabilidad qumica permanecen inalterables en unas adecuadas condiciones de almacenamiento; velocidad de explosin reaccin qumica del explosivo, si es muy eleva se le llama detonacin; potencia explosiva es la cantidad de explosivo; poder rompedor depende directamente de la potencia explosiva y la velocidad de detonacin; resistencia al agua propiedad por la cual algunos explosivos se mantienen inalterables al agua, ante la humedad vara segn su composicin; calidad de propagacin posibilidad de transmitir la detonacin de un cartucho a otro que estn en contacto o prximo a ellos; humos productos resultantes de una explosin (gases y polvo). Densidad Energa especifica

Resistencia al agua Velocidad de detonacin Estabilidad qumica Sensibilidad1.11Seleccin de explosivos

Figura 131.12Accesorios de iniciacin y cebado de tronaduraLos sistemas de iniciacin se dividen en: Sistema no elctrico (Mecha a fuego, nonel, cordn detonante

Sistema Elctrico Sistema Electrnico

Figura 14

Figura 15

Figura 16

Figura 171.13Medidas Durante la Carga de los Hoyos

Nunca recargar hoyos que hayan sido cargados y disparados anteriormente. Comprobar la elevacin de la carga de los explosivos a granel, y tomar las medidas pertinentes en caso de presencia de huecos o coqueras en los hoyos que han podido ser detectados durante la perforacin o incluso durante la carga. No dejar explosivos sobrantes dentro de la zona de trabajo durante y despus de la carga de los hoyos. No cargar los hoyos con explosivos justo despus de terminar la perforacin, sin antes cerciorarse de que est limpio y no contiene piezas de metal o restos de accesorios calientes. No deformar, maltratar o dejar caer el cebo dentro de los barrenos. Tampoco dejar caer sobre ellos cargas pesadas

1.14Medidas en el Retacado

Confirmar los explosivos en los hoyos por medio de arena, tierra, barro u otro material incombustible apropiado. No utilizar atacadores metlicos de ninguna clase. Emplear herramientas de madera u otros materiales adecuados, sin partes de metal, salvo los conectores especiales de algn metal que no produzca chispas en los atacadores articulados. Realizar el retacado sin violencia para no daar a los accesorios de iniciacin, cordn detonante, hilos de los detonadores, etc.; ni permitir que se formen ellos nudos o dobleces. No retacar directamente los cartuchos cebo. No introducir piedras u otros objetos junto con el material de retacado. En hoyos con agua verificar si se ha producido un descenso de los retacadores antes de la conexin de los circuitos, y proceder a corregir stos.

1.15Medidas en el Amarre Manipulacin de los detonadores No-Elctricos

Manipularlo siempre como:

Un explosivo.

No daar el tubo.

No efectuar Cortes innecesarios al tubo

Doblar o estrangular el tubo

Pisar o sobrecargar con objetos el tubo.

Cuidado en el taqueo del tiro.

Utilizar siempre los conectores J.

Utilizar distancias y ngulos adecuadas para evitar cortes con el Cordn Detonante.

No exponerlo a temperaturas extremas.

No daar el Detonador.

No doblar o aplastar el detonador.

No golpearlo.

No perforarlo.

No exponerlo a temperaturas extrema

1.16Medidas al Disparar con Mecha

Reducir al mximo las tronaduras con mecha y el nmero de barrenos encada disparo. Manipular la mecha con cuidado y sin daar la cubierta. Prender la mecha con un encendedor apropiado para ese fin. Utilizar tramos de mecha con longitudes superiores a 1.5 metros. Conocer siempre el tiempo que tarda en arder la mecha y asegurarse de tener el tiempo suficiente para llegar a un lugar seguro despus de encenderla. Para tal fin puede emplearse una mecha testigo. Cortar la mecha a escuadra usando un cuchillo afilado y limpio e insertarla hasta tocar suavemente la carga del detonador, y una vez colocada evitar torcerla. Utilizar el alicate especial de detonador o mquina diseada para tal efecto para fijar los detonadores a la mecha. No encender la mecha sin antes cubrir el explosivo lo suficiente para impedir que las chispas puedan hacer contacto con el explosivo. Nunca encender explosivos en la mano al encender la mecha. No regresar al lugar del disparo hasta que hayan transcurrido 30 minutos.

1.17Medidas Antes y Despus del Disparo

Cerciorarse de que todos los explosivos excedentes se encuentran en un lugar seguro y que todas las personas y vehculos estn a una distancia segura o debidamente resguardados. Impedir los accesos al rea de las tronaduras disponiendo del personal y medios adecuados. No disparar sin una seal de autorizacin de la persona encargada y sin haber dado el aviso adecuado. Disparar desde lugares seguros, campanas de proteccin, etc. No regresar al rea de la tronadura hasta que se hayan disipado los humos y los gases. No investigar un eventual fallo de las tronaduras demasiado pronto. Cumplir los reglamentos y disposiciones establecidas para este fin, o en su defecto esperar un tiempo prudencial. Encaso de fallo, no perforar o manejar una carga de explosivos sin la direccin de una persona competente y experimentada, que tenga autorizacin para ello. Organizar los trabajos de manera que el horario de tronaduras coincida con el momento de menos personal presente, y procurar que se realice siempre a la misma hora.1.18Medidas con Tiros Quedados

Sealizar el lugar donde se encuentran los tiros. Destinar a personal muy calificado a las labores de neutralizacin y eliminacin de tiros quedados.Eliminar los tiros quedados antes de reiniciar los trabajos de perforacin en reas prximas. Si el disparo ha sido elctrico y el circuito est visible, comprobar la continuidad del mismo desde un rea segura y disparar si es correcto, tomando medidas suplementarias frente a las posibles proyecciones. En el caso del primado con cordn, intentar retirar el material del taco y colocar un cartucho primado junto al explosivo para su destruccin. Taquear los tiros con arena o material granular fino. Si el explosivo no est accesible, perforar un nuevo hoyo a una distancia superior a 10D, en los casos que est permitido por el decreto N 72 de Seguridad Minera.1.19Medidas al Tronar BolonesObservar si existen grietas visibles o fracturas en la superficie del boln.

Colocar los bolones en lugares donde exista un efecto pantalla de la onda area, por ejemplo al pie de un talud estable. Emplear preferentemente el mtodo de cargas dentro de hoyos, pues el sistema de parches de explosivo o cargas adosadas produce mayores niveles de ruido y onda area.

Captulo II Perforacin

2.1Teora General de la Perforacin

En general podemos considerar la perforacin de rocas como una combinacin de las siguientes acciones:

2.1.1PercusinImpactos producidos por los golpes del pistn originan ondas de choque que se transmiten broca a travs del varillaje.

2.1.2RotacinCon este movimiento se hace girar para que los impactos se produzcan sobre la roca en distintas posiciones.

2.1.3EmpujePara mantener en contacto la herramienta de perforacin con la roca2.1.4BarridoFluido de barrido permite extraer el detrito desde el fondo de la perforacin

Figura 182.2Por qu Importa la Perforacin?

Por ser la primera operacin dentro del ciclo de operacin mina, es la cavidad donde sern alojadas las cargas explosivas y accesorios de iniciacin del proceso de produccin.2.3Ciclo de operacin mina bsico (Cielo Abierto)

Perforacin Tronadura Carguo Transporte2.4Componentes principales de un sistema de perforacin

Perforadora, fuente de energa mecnica. Varillaje, medio de transmisin de dicha energa. Broca o bit, til que ejerce sobre la roca la energa. Barrido, efecta la limpieza y evacuacin del detrito producido

Figura 192.5Clasificacin de la perforacin

2.5.1Segn la maquinaria utilizada

Perforacin manual

Perforacin mecanizada

Perforacin manual

Equipos ligeros operados por perforistas. Utilizados en trabajos de pequea envergadura donde principalmente por dimensiones no es posible utilizar mquinas o no est justificado econmicamente su empleo.

Figura 20Perforacin mecanizada

Los equipos de perforacin van montados estructuras (orugas), controla en forma cmoda parmetros de perforacin.

Figura 212.5.2Segn el tipo de trabajo

Perforacin de banqueo

Perforacin de avance de galeras y tneles

Perforacin de produccin

Perforacin de chimeneas

Perforacin con recubrimiento

Sostenimiento de rocas

Perforacin de banqueoPerforaciones verticales o inclinadas utilizadas preferentemente en proyectos a cielo abierto y minera subterrnea (L.B.H.).

Figura 22Perforacin de avance de galeras y tnelesPerforaciones preferentemente horizontales llevadas a cabo en forma manual o en forma mecanizada (jumbos).

Figura 23Perforacin de produccin

Trmino utilizado en las explotaciones mineras a trabajos de extraccin de mineral (estril). Los equipos y mtodos varan segn el sistema de explotacin.

Figura 24Perforacin de chimeneasLabores verticales muy utilizadas en minera subterrnea y obras civiles. Se utilizan mtodos de perforacin especiales, entre los cuales destacan el mtodo Raise Boring y la jaula trepadora Alimak.Perforacin con recubrimientoUtilizado en materiales poco consolidados, en Perforacin de pozos de captacin de aguas y perforaciones submarinas.

Figura 25Sostenimiento de rocasUtilizado para la colocacin de pernos de anclaje en labores subterrneas principalmente.

Figura 262.5.3Clasificacin por aplicacinLos sistemas de perforacin de roca que se han desarrollados pueden clasificarse por orden de aplicacin Mecnicos (Rotacin, Rotopercusin y Percusin)

Trmicos (Sopletes, Plasma, Fluido caliente, Congelacin)

Hidralicos (Choro de agua, Erosin, Cavitacin) Snicos (Vibracin de alta frecuencia) Qumicos (Microvoladura, Disolucin)

Elctricos (Arco elctrico, Induccin magnetica)

Sismicos (Rayos Laser)

Nucleares (Fusin, Fisin)

Figura 272.6Empezando a perforar

Estudie y analice el diagrama de perforacin, luego planifique la perforacin.

Figura 28 Coloque los controles de la rotacin, percusin y de avance a la posicin de perforacin. Revise que la inyeccin de agua est operandoNota

Figura 29El agua debe fluir libremente a travs del barreno de la perforadora.

La presin recomendada de trabajo es: Con flujo separado 5 15 bar.

Con flujo central 5 10 bar.

2.7Perforacin Rimado

El Proceso del Rimado (escariado) es una forma de perforar mediante rotacin y presin. La cabeza rimadora se presiona con gran fuerza contra la roca mientras rota, resultando en un avance aproximado entre 0,3 hasta 0,12 mm de penetracin por cada vuelta del escariador (dependiendo de la calidad del macizo rocoso a perforar)

La roca es molida hasta convertirse en polvo en la zona de contacto entre los insertos de carburo de los cortadores y la superficie de la roca. Se forman grietas desde el punto de contacto hacia los lados, soltando la roca entre los puntos de contacto en forma de astillas gruesas. Como resultado de las grietas en las rocas, en conjunto con las trayectorias de ms presin de los insertos de carburo astillan de costado la superficie por estas zonas.

Figura 302.8Rimando

La economa y eficiencia del equipo de perforacin est muy influenciado por lo que hace el operador durante la perforacin, as cuando usted quiere conseguir ms poder en el corte, es bueno el aumento del espacio entre ellos. Por ejemplo 3" entre ellos, en lugar de intentar hacer el trabajo con menos agujeros y el tamao del agujero ms grande.

Figura 31Cuando se est perforando un agujero hacia abajo se extraer de vez en cuando la punta del barreno del agujero para hacer ms fcil la penetracin y el vaciado del desmonte. Escoja la mejor situacin de las fallas en la roca, cambiando los lados despus de cada pasada si posible.

El indicador de presin de rotacin debe indicar los siguientes valores recomendados aproximados para diferentes equipos de perforacin: 1 30-40 bar 1 1/8 45-55 bar 1 55-70 bar Mantenga el avance contra la roca; ajuste si necesario los parmetros, observe las lecturas en los indicadores del equipoCambie las brocas bastante a menudo. Trabajar con brocas en mal estado solamente nos dar como resultado un mayor esfuerzo de nuestra perforadora y de nuestro equipo de perforacin.

Figura 32Ajuste la correcta alineacin del barreno, por otra parte el chuck, las piezas conexas y los rodamientos deben girar rpidamente. Preste atencin a los movimientos (el carro de perforadora / el avance).

Asegure la inyeccin de agua adecuada, la presin mnima es 5 bar. Revise el equipo de perforacin, prestando especial atencin a las condiciones del shank y de los sellos, el sello giratorio separador de flujo y el sello del tubo de flujo de agua. Reemplace las partes daadas inmediatamente. Recuerde que el mantenimiento y la limpieza de las lneas evitar reparaciones posteriores por fugas.

Figura 33Observe la temperatura del aceite, incremente el flujo de agua de enfriamiento abriendo ms la vlvula by-pass si es necesario. La temperatura de operacin recomendada debe estar en el rango de 40 50C. Observar que la perforadora y las mangueras tienen las correderas libres para moverse en cualquier direccin durante el trabajo de perforacin

Figura 342.9Despus de la perforacin

Haga reposar la perforadora a una distancia de 5 10 cm de la parte posterior para prevenir la fatiga del resorte amortiguador de choques. Remover la broca y cambiarla por una nueva. Mover la viga de avance y el brazo hidrulico a la posicin de traslado. Verificar la altura correcta del techo de seguridad protector al momento del traslado.

Desconectar la manguera de agua. En lugares donde las temperaturas sean extremadamente fras corte el flujo de agua inmediatamente. Prevencin contra el congelamiento. Subir las gatas. Desconectar la lnea de alimentacin de energa elctrica y desconecte el interruptor general.

2.10Evolucin de las perforadoras

Figura 35

Figura 36

Figura 37

Figura 382.11Seleccin de acero de perforacinLa eleccin del acero de perforacin depende de: El dimetro de la perforacin deseada

Tipo de roca

La perforadora

La rectitud de la perforacin deseada

Lo primero es seleccionar el mayor dimetro de barra de acuerdo al tamao de la perforacin y de acuerdo a la perforadora.Esto asegurar una columna rgida que ayudar a maximizar la rectitud de la perforacin, velocidad de penetracin y eficiencia del barrido

Figura 39

Figura 40

Figura 41

Figura 41

Figura 42

Figura 43

Figura 44

Figura 45