Introducción a la Perforación en Minería

Módulo 1: Tipos de Roca y su Influencia en la Perforación

Tipos de Roca

Rocas Ígneas

Se forman por enfriamiento y solidificación a grandes temperaturas y profundidades. Pueden ser:

• Intrusivas o Plutónicas
• Extrusivas o Volcánicas
• Ácidas
• Básicas

Rocas Sedimentarias

Derivan de rocas de origen vegetal o animal. Se clasifican en:

• Clásticas
• No Clásticas

Rocas Metamórficas

Se originan a partir de rocas ígneas y sedimentarias. Se dividen en:

• Foliadas
• Algo Foliadas
• No Foliadas

Competencia de las Rocas

La competencia de una roca se define por su resistencia a la deformación y fractura. El orden de competencia general es:

Rocas Ígneas > Rocas Metamórficas > Rocas Sedimentarias

A mayor competencia:

• Mayor factor de carga
• Menor velocidad de penetración

El RQD (Rock Quality Designation) y el UCS (Uniaxial Compressive Strength) son indicadores clave de la competencia de la roca.

Factores que Influyen en la Velocidad de Perforación

Mineralogía:

• Mayor contenido de cuarzo: menor velocidad de perforación
• Mayor contenido de calcita: mayor velocidad de perforación

La velocidad de perforación es un factor crítico que define la vida útil de la maquinaria.

Tamaño de grano:

• Grano grueso: facilita la perforación y reduce la abrasividad

Propiedades Fisicomecánicas de las Rocas

Las propiedades fisicomecánicas son esenciales para el diseño y la planificación de las operaciones mineras. Algunas de las propiedades más importantes son:

• Densidad
• UCS (Resistencia a la Compresión Uniaxial)
• TS (Resistencia a la Tracción)
• RQD (Rock Quality Designation)
• FF (Factor de Fracturamiento)
• Módulo de Young
• Relación de Poisson
• Cohesión
• Ángulo de Fricción

La resistencia a la compresión influye en la elección del sistema de perforación.

Factor de Fracturamiento (FF):

• Indica la calidad geotécnica del macizo rocoso
• Mayor FF: menor calidad
• Mayor RQD: menor FF

Velocidad Sísmica

La velocidad sísmica se utiliza para determinar el tipo de stripping en la fase inicial de un rajo abierto, es decir, hasta qué punto la roca es"ripabl" (puede ser excavada con equipos de ripado).

RMR y GSI

Los sistemas de clasificación geomecánica RMR (Rock Mass Rating) y GSI (Geological Strength Index) se utilizan para:

• Diseñar y calcular la estabilidad de excavaciones

Aplicaciones en Minería

Perforación:

• Selección del equipo de perforación
• Estimación de la vida útil del acero de perforación
• Determinación de las tasas o rendimiento de perforación

Voladura:

• Selección del tipo y cantidad de explosivo
• Optimización de la secuencia de voladura y la salida de los tiros

Módulo 2: Sistemas de Perforación

Tipos de Perforación

Existen dos tipos principales de perforación en minería:

• Percusión:
  • Top Hammer
  • In The Hole (DTH e ITH)
• Rotación:
  • Rotary

Perforación Manual

Se utiliza principalmente en operaciones pequeñas con perforadoras Top Hammer. Los equipos son de tamaño reducido, con diámetros de perforación pequeños (1 1/4") y longitudes limitadas. Suelen ser cargados y operados por una sola persona.

Perforación Mecanizada

Se emplea en operaciones de mayor envergadura. Los equipos son de mayor tamaño y potencia, con diámetros de perforación que van desde 6 3/4" hasta 15". Pueden ser accionados por motores diésel, eléctricos o hidráulicos.

Selección del Sistema de Perforación

La elección del sistema de perforación depende de varios factores, entre ellos el diámetro de los barrenos y el tamaño de la operación:

• Diámetros menores-medianos: Percusión
• Diámetros mayores: Rotación

Relación entre diámetro, altura de banco y área:

• A mayor diámetro, mayor altura de banco y mayor área de influencia del barreno

La altura de banco está relacionada con el tamaño de la operación (tonelaje diario) y con el sistema de perforación:

• Top Hammer: bancos de 1-7,5 m
• DTH: bancos de 5-10 m
• Rotary: bancos > 12 m

Montaje de los Equipos

• Top Hammer: Oruga
• DTH: Oruga y Neumático
• Rotary: Oruga

Fluido Extractor

Se utiliza principalmente agua en spray para mitigar la generación de polvo durante la perforación.

Gata Nivelante

Permite ajustar la longitud, inclinación y orientación de la perforación.

Factores que Influyen en la Eficiencia de la Perforación

• A mayor tamaño del rajo, mayor diámetro de perforación, mayor tamaño y número de equipos
• A mayor diámetro, mayor tonelaje de roca por metro perforado, menor costo de perforación
• A mayor diámetro, menor número de barrenos, menor desviación

En muchas operaciones, se utilizan los mismos equipos de perforación tanto para el desarrollo como para la producción.

Perforación Subterránea

En minería subterránea, el tamaño de la mina no influye directamente en el tipo o tamaño del sistema de perforación. Se utilizan equipos diésel que, al llegar al punto de trabajo, se conectan a la red eléctrica.

• A mayor tamaño de la mina, mayor número de frentes y labores, mayor densidad de equipos de perforación
• Labores de desarrollo/preparación: Rotary
• Labores de producción: Percusión

El método de explotación define el tipo y tamaño del equipo de perforación.

Top Hammer

Sistema con perforadora en cabeza. La máquina perforadora se encuentra fuera del barreno y la energía se transmite a través de barras hasta la broca. Los aceros de perforación constan de un adaptador, coplas y broca. Se utiliza en operaciones a cielo abierto con diámetros de 1" a 7" y en minería subterránea con diámetros de 1" a 3,5".

In The Hole (DTH e ITH)

La máquina perforadora se encuentra dentro del barreno y se acciona mediante aire comprimido que se inyecta por el interior de las barras. El aire comprimido también actúa como fluido de barrido. Los diámetros de perforación son:

• DTH: 100-254 mm
• ITH: 110-140 mm

Rotación

No hay transmisión de energía por medio de varillaje. Se utiliza un alto torque y empuje para hacer girar la broca. Los aceros de perforación son brocas helicoidales. Los diámetros de perforación van desde 5,25" hasta 15".