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Facultad de Ingenieria Ingenieria Civil en Minas

BOX HOLE & BLIND HOLE Perforadoras

Integrantes: Diego Bahamondes Silva Jorge González Villarroel Asignatura: Tecnologías de excavación de rocas Profesor: Jorge Villarroel Villalobos

Concepción. Chile 2019

Introducción

El presente informe dará constancia de dos métodos de perforación de chimeneas en minería subterránea: El método Box Hole y la Blind Hole. Se comenzará hablando acerca de su funcionamiento, explicando sus partes principales y a su vez que aplicaciones posee en todo ámbito y enfocado en la minería. También se explicarán los procedimientos de trabajo que constan la utilización de estas máquinas. La alta necesidad de incorporar nuevas técnicas de excavación de chimeneas y de mayor productividad ha privilegiado, en nuestro país, la utilización de las tecnologías Box Hole & Blind Hole en las diferentes compañías mineras existentes en Chile. Entre los años 1997 y 1998, se trae a Chile equipos con tecnología Box Hole & Blind Hole para excavaciones de 1,5 y 0,7 metros de diámetro aproximadamente, comenzando su operación en la mina El Teniente con altos niveles de seguridad en zonas donde el fenómeno de explosiones de roca, amenazaba frecuentemente con accidentes graves al personal que utilizaba los métodos manuales de excavación. Hoy ambos métodos están consolidados en nuestro país, desplazando a otras tecnologías como la construcción de chimeneas con Jaula Trepadora Alimak o Vertical Crater Retreat (VCR) principalmente por la seguridad y productividad en las operaciones.

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Box Hole La perforadora es utilizada para excavar chimeneas donde el acceso se encuentra limitado al nivel superior o simplemente no existe, desde aquí se posiciona el equipo y la excavación de la chimenea se realiza de forma ascendente a diámetro completo. Mientras se va perforando ascendentemente cada cierto tiempo se adhieren estabilizadores para reducir la oscilación, los esfuerzos flexión y las desviaciones. El detritus cae por gravedad y son dirigidos fuera del equipo Box Hole, al piso de la galería, de donde son evacuados. La chimenea excavada con este equipo puede ser realizada con o sin la necesidad de un tiro piloto Blind Hole Su funcionamiento consiste en la utilización de una máquina electrohidráulica para la excavación de chimeneas en forma ascendente. En este metodo el equipo se instala en el nivel inferior y la operación consiste en perforar el tiro guía 60 centímetros adelante de escariador, que va excavando la sección completa. El material excavado cae por gravedad al nivel de botadero de la máquina y será dirigido por un colector para evitar riesgos. El empuje se obtiene de los sistemas hidráulicos de bombas de alta presión y la rotación de un motor eléctrico, que va con la transmisión inmediatamente bajo el escariador. Para alcanzar la altura de excavación se agregan al cuerpo de la máquina, al nivel del piso barras especiales, estabilizadas, que permiten ir avanzando en altura con el desarrollo de la chimenea. La autonomía del método, en este tipo de equipos, es de hasta 100 metros de altura. Los equipos disponibles en Chile son para diámetros de 0,7 y 1,5 mts.

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Aplicaciones Los usos de estas perforadoras Boxhole y la Blindhole son muy variados entre ellos están: 

Chimeneas pilotos zanjas: Excavadas en los diferentes proyectos en Mina El Teniente en 0,7 mts diámetro.

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Pilotos de drenaje o servicios: Excavados en 0,7 mts de diámetro, en forma ascendente, y con la finalidad de traspasar servicios como aire o cables de energía eléctrica.

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Chimeneas de traspaso intermedio: Excavadas en 1,5 mts de diámetro y que permiten el traspaso de mineral de un nivel a otro en distancias cortas.

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Chimeneas para cara libre o slot.: Excavadas en 1,5 mts de diámetro y actúan como cara libre para la excavación del nivel de hundimiento.

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Construcción de sistemas de buzones: Construidos en Mina El Teniente y que consisten en dos chimeneas en Y, desarrolladas desde la base, que se utilizan como sistemas de traspaso y carga de material.

En general este método ha sido aplicado con mucho éxito en los diferentes proyectos en Mina El Teniente, por su alta productividad y seguridad en las operaciones. Ventajas de los métodos: 

Métodos altamente seguros para el personal de operaciones ya que todo el manejo de la excavación se realiza a través de un panel de control fuera de la línea de caída de la roca.

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El personal no está en contacto con el frente a excavar por lo que ante cualquier evento que se produzca en el macizo rocoso.

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No hay riesgos por uso de explosivos.

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Rapidez y productividad: Los rendimientos que se alcanzan no son comparables con otros métodos tradicionales de construcción de chimeneas.

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Métodos no contaminantes por gases de explosivos.

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Excelente calidad de terminación de las chimeneas: Se obtienen paredes lisas.

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Rendimiento Esta tecnología ha funcionado con singular éxito en la División El Teniente de Codelco disminuyendo notoriamente los riesgos de excavación de chimeneas ascendentes, por caída y explosión de rocas sus diámetros son considerablemente más pequeños 0.6 a 1.5 metros. Al igual que su rendimiento, pero tiende a ser nominal de unos 7 metros por día.

Componentes de la maquinaria: 

Set de barras: este set se compone de tubos de perforación y estabilizadores, los dos hechos de acero fundido alto en manganeso. Las barras tienen sus centros huecos que permiten que un fluido, que por lo general es agua, viaje desde la máquina a la broca piloto para que la roca triturada sea removida durante la operación. La principal función de los estabilizadores es disminuir la desviación del orificio piloto con la finalidad de mantener el diámetro total del orificio piloto.

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Cortador de rocas: Está compuesto por las unidades cortadoras y por triconos. Ambas piezas tienen como función cortar la roca mediante compresión la cual es ejercida desde el set de barras. El tricono de esta perforadora está compuesto por un conjunto de te cortadoras pequeñas que se encuentran unidos en la misma barra, cuya función es realizar el orificio piloto de la perforación.

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Torre de taladro: esta pieza se encuentra posicionada en una caja que posee en su interior un motor hidráulico que es alimentado desde la unidad de potencia mediante mangueras de alta presión y una caja de engranajes que permite que una mesa giratoria se mueva, generando así el movimiento del set de barras, también contiene puntos para medir vibraciones.

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Consola de control: Mediante esta consola, se pueden dirigir todos los movimientos de avance y perforación que realiza la torre de taladro. Se conecta mediante un cableado eléctrico a las demás unidades del equipo.

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Unidad de potencia: esta pieza contiene todos los implementos electrohidráulicos que hacen posible el funcionamiento de la torre de taladro, como lo son también los motores eléctricos, las bombas etc.

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Aceros de perforación 

Escariador: Es una herramienta de perforación de agujero piloto, usualmente son utilizados en la perforación vertical en formaciones muy duras en minería, es por esto que poseen una alta tasa de penetración y una gran variedad en diámetros.

Hay 3 clasificaciones en el mercado actual para estos escariadores, el primero consiste en una pieza completa en las cuales todas las cuchillas están unidas a un disco de giro (integro), el segundo un poco más dinámico, tiene piezas del disco de giro que se pueden extraer con sus acoples de rodillos de corte segmentados, y la tercera en la que pasa a tener piezas extendibles en sus acoples al disco de giro. 

Cortadores: Estos son rodillos que, según la estructura del macizo rocoso, tiene una estructura dentada definida para cada caso, con la finalidad de cortar y triturar la roca.

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Sillas de montaje: Pieza que permite el anclaje de los cortadores en el disco de giro.

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Vástago: Pieza de acero en forma de tubo que contiene un disco de acople al disco de giro u otras barras para la perforación piloto o el escariador.

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Proveedores y equipos 

Equipos Atlas Copco: Atlas Copco se caracteriza por sus áreas de negocio especializadas; sus ventas directas y servicio con presencia en todo el mundo; un negocio de servicio fuerte, estable y en crecimiento; su personal profesional, y una estrategia de fabricación flexible y centrada en los activos esenciales. Dándole un enfoque a la sustentabilidad de la producción, lo que significa que se caracteriza por la búsqueda de resultados duraderos con un uso responsable de los recursos humanos, naturales y del capital.

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Equipos RUC: La empresa RUC cementation mining, de origen australiano, también presenta modelos de maquinarias de tipo Box hole y Blind hole, teniendo entre ellas la más conocida strata 950, la perforadora que fue ocupada para el rescate de los mineros de la mina San José.

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Inversión y costos de operación La operación requiere estándares menos rigurosos: 

Detección de fisuras en componentes y material de perforación utilizando técnicas de ultrasonido, líquidos penetrantes y partículas magnéticas

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Diseño de sistemas de colección de la roca excavada y verificación de su correcto funcionamiento

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Instrucción y capacitación permanente al personal de operación

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Operaciones según estándares y procedimientos preestablecidos

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Buena práctica operacional

Debido a que los costos de este procedimiento varían de forma directa dependiendo del tipo de roca y la dificultad de perforación (inclinada, con fallas), es difícil establecer costos de operación como el método Raise boring, pero sí se puede estimar una media en costos de operación de aproximadamente 800 US$/m con costos totales mayores al medio millón de dólares.

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Conclusión La incorporación de sistemas mecanizados en la excavación de chimeneas ya sea utilizando las perforadoras Box Hole o Blind Hole, contribuyen a un trabajo mucho más seguro para el trabajador, equipos y materiales especialmente en aquellos macizos rocosos de mala calidad geomecánica. La productividad que se puede lograr con estos métodos es significativamente alta, y no tienen comparación con los métodos tradicionales de construcción de chimeneas con utilización de explosivos. Las calidades en las terminaciones de las excavaciones son perfectas, con lo cual los hace muy atractivo para los sistemas de ventilación, por la reducción de la pérdida de carga y la consiguiente disminución de la potencia necesaria en los sistemas de ventilación. De igual forma, la calidad de terminación de las paredes contribuye a tener piques de traspaso más fluidos, disminuyendo riesgos por atascamiento de la roca. El entrenamiento y la capacitación del personal para estos métodos es fundamental para el éxito de las operaciones. Las perforadoras Box Hole y Blind Hole son tecnologías limpias, no contaminantes al basar su operación en técnicas de corte y cizalle sin utilizar explosivos y la consiguiente producción de gases de tronadura.

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