Métodos de Perforación en Roca: Percusión y Rotación

La perforación se basa en crear un hueco cilíndrico en la roca mediante la aplicación de energía. Los métodos de perforación pueden ser mecánicos, térmicos, hidráulicos, o emplear ondas (sonoras o luminosas, etc.). Sin embargo, en la excavación de rocas, se utilizan exclusivamente sistemas que aplican energía mediante métodos mecánicos.

Sistemas Mecánicos de Perforación

• Percusión: La herramienta penetra la roca por efecto de impactos sucesivos, con alta frecuencia, gran energía y rotación entre golpe y golpe. La rotación, en este caso, no contribuye significativamente al proceso de fractura de la roca.
• Rotación: La herramienta penetra la roca por la acción conjunta del torque de rotación y la fuerza de empuje aplicada sobre la superficie rocosa.

Perforación por Percusión

Componentes

• Máquina perforadora: Genera las fuerzas de penetración, convirtiendo la energía original que alimenta la máquina en energía mecánica de impacto.
• Barra o columna de barras: Transmite la energía de impacto desde la máquina perforadora al macizo rocoso.
• Herramienta de perforación: Es el elemento que aplica la energía a la roca. En minería, se le denomina broca o bit.

Tipos de Sistemas de Percusión

1. Neumático

Utiliza aire comprimido como fuente de energía para el accionamiento de la máquina perforadora. Existen dos sistemas principales según el acoplamiento:

• Convencional o Top Hammer: Los componentes se acoplan en el siguiente orden: máquina perforadora, columna de barras y herramienta. La energía se transmite por la barra y se transfiere al bit. A mayor longitud de la barra, menor es la energía. Incluye distribución de aire, mecanismo de percusión y rotación, mecanismo con empuje de avance, barrido de detritus y dispositivo de lubricación.
• Down the Hole (DTH): Los componentes se acoplan en el siguiente orden: unidad de rotación, columna de barras, máquina perforadora (martillo) y herramienta. El martillo se ubica en el fondo, lo que hace que la eficiencia sea independiente de la longitud de las barras.

2. Hidráulicos

Su fuente de energía es un fluido hidráulico (aceite a presión) para el accionamiento de la máquina perforadora. Su modalidad funcional es exclusivamente del tipo convencional o Top Hammer. Se denomina roto-percusión, ya que combina los efectos de impacto (predominante) con un torque de rotación más enérgico, que contribuye parcialmente al proceso de ruptura y penetración de la roca.

Perforación por Rotación

Estos sistemas no poseen una máquina perforadora propiamente tal. Utilizan directamente energía eléctrica (motores) o combinaciones electro-hidráulicas para la rotación, fuerza de empuje, entre otros. Es frecuente el uso de motores diésel como unidad de potencia en combinaciones diésel-hidráulico y diésel-eléctrico. Se aplica energía a la roca rotando el trépano con empuje.

Tipos de trépanos:

• Trépano cortante: Para roca blanda (petróleo).
• Trépano triturante: Para roca media a dura, diámetro mayor a 150 mm. El tricóno para roca blanda tiene insertos largos, y para roca dura, insertos cortos.
• Tricono abrasiva: Utilizado en sondajes.

Dimensiones Típicas en Desarrollos

• Galería sección pequeña: Secciones de 4 a 9 m², largo de barras de perforación de 800 a 2400 mm (0.8 a 2.4 m), diámetro de perforación de 27 a 41 mm.
• Galerías o túneles de sección pequeña a mediana: Sección de 6 a 30 m², largo de barras de 2500 a 4300 mm (2.5 a 4.3 metros), diámetro de perforación de 38 a 45 mm.
• Galería o túneles de sección grande: Secciones de 30 a 60 m², con largo de barras de 2500 a 6100 mm, diámetro de perforación de 45 a 51 mm.

Herramientas de Perforación

• Trépanos cortantes: Para roca blanda.
• Trépanos triturantes: Tres rodillos cónicos con dientes (triconos).