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Perforación de avance de galerías y túneles con Jumbo. Rafael Rodríguez Emilio Adasme. Alberto Pinto M. Aire comprimido y Perforación Alberto Montenegro. martes, 29 de mayo de 2012

RESUMEN.

La siguiente presentación dará a conocer una breve información de los usos de las galerías y túneles en minería y obras civiles, para seguir, con una descripción detallada, sobre los métodos y técnicas, así también maquinaria y herramientas utilizadas para las labores de construcción de estos. De dará énfasis a los tiempos de labores de avance, estudiados en el curso “aires comprimido y perforación”, interpolados al proyecto de expansión de la mina subterránea Chuquicamata de Codelco.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

• Aplicar los conocimientos aprendidos en clases. • Seleccionar el mejor método de perforación para el avance de una galería o túnel. • Determinar los tiempos de avance de una perforación.

OBJETIVOS GENERALES.

• Obtener los conocimientos prácticos para la realización de un proyecto de perforación de avance de galería, con todos los detalles y por menores que esto requiera, como examen final del curso de “aire comprimido y perforación” .

Descripción de los procesos.

Túneles y galerías: Un túnel es una edificación que se desarrolla en el interior de la corteza terrestre. Todo proyecto de construcción de un túnel empieza con un estudio geológico, luego vienen otros estudios de ingeniería para ver su factibilidad de construcción.

Descripción de los procesos.

Descripción de los procesos.

Estudio geológico. Tipos de roca: 1.Rocas Ígneas. 2.Rocas Extrusivas o Lavas. 3.Rocas Intrusivas. 4.Rocas hiperbasales. 5.Metamórficas. 6.Rocas sedimentarias. – – – –

Sedimentaria clásicas (Clasto = partícula). Sedimentarias químicas. Sedimentarias orgánicas. Rocas metamórficas

Descripción de los procesos.

Estudio geológico.

Descripción de los procesos.

Características geotécnicas: Un macizo rocoso está compuesto por fragmentos y bloques de diferentes tamaños, estructura, composición y propiedades mecánicas: 1.Propiedades elásticas. 2.Comportamiento plástico o viscoelastico. 3.Estado de los esfuerzos ( originales, modificados por la excavación) 4.Consolidación, compactación y competencia. 5.Otras propiedades físicas. – – – –

Densidad. Gravedad específica. Porosidad. Permeabilidad.

Descripción de los procesos.

Características geotécnicas: Material

Specific Gravity

Material

Specific Gravity

Andesite

2.5 - 2.8

Iron Ore

4.5 - 5.3

Basalt/Traprock

2.8 - 3.0

Lead (Galena)

Coal - Anthracite

1.3

Limestone

2.3 - 2.7

Coal - Bituminous

1.1 - 1.4

Marble

2.4 - 2.7

Copper Ore

2

Mica, schist

2.5 - 2.9

Diabase

2.6 - 3.0

Quartzite

2.6 - 2.8

Diorite

2.8 - 3.0

Rhyolite

2.4 - 2.6

Dolomite

2.8 - 2.9

Rock Salt

2.5 - 2.6

Earth (dry)

1.6 - 1.8

Sandstone

2.2 - 2.8

Earth (wet)

2

Shale

2.4 - 2.8

Gneiss

2.6 - 2.9

Slate

2.7 - 2.8

Granite

2.6 - 2.7

Talc

2.6 - 2.8

Gypsum

2.3 - 2.8

Ore

7.5

Descripción de los procesos. Problemas relacionados a la excavación en roca. Los medios necesarios para realizar una excavación varían con la naturaleza del terreno, que desde este punto de vista, se pueden clasificar en:

•Terrenos sueltos. •Terrenos flojos. •Terrenos duros. •Terrenos de tránsito. •Roca blanda. •Roca dura. •Roca muy dura.

Descripción de los procesos. Características y peligros de algunas tipos de rocas. •

Caliza: Fácil de excavar; consumo reducido de explosivos y barrenos. Pueden encontrarse cavernas, a veces de grandes dimensiones, y manantiales de agua importantes. No suelen hallarse gases peligrosos.

•

Arenisca: Fácil de excavar; consumo de explosivos normalmente menor que en la caliza; mayor consumo de barrenos. No suele presentar discontinuidades ni se encuentran grandes manantiales de agua.

•

Pizarras: De excavación fácil; según su naturaleza y de la inclinación de los estratos, suele encontrarse poco agua, aunque a veces se presentan manantiales importantes cuando la capa freática está sobre la excavación. Las pizarras pueden ir asociadas al yeso y al carbón; en el caso del segundo, puede existir el metano, gas explosivo muy peligroso; puede hallarse también el hidrógeno sulfurado, mortal, aunque en pequeñas cantidades.

Descripción de los procesos. Características y peligros de algunas tipos de rocas. •

Rocas graníticas: Generalmente fáciles de excavar; no se necesita entibar y el revestimiento preciso es, normalmente, pequeño; el consumo medio de los explosivos es más del doble que en la arenisca normal; el de barrenos, depende de la naturaleza de la roca, que varía entre límites muy amplios; aunque, normalmente, las condiciones de esta roca son favorables, de vez en cuando pueden encontrarse manantiales de agua con grandes caudales.

•

Rocas volcánicas: Las rocas volcánicas son costosas de barrenar y precisan importante consumo de explosivos; suelen encontrarse estratos de tobas descompuestas que dan lugar a grandes manantiales, como también gases peligrosos, tóxicos o explosivos.

Descripción de los procesos. Condiciones económicas. • • • •

Afectan la inversión. Flujo de caja. Periodo de retorno. Beneficio.

Descripción de los procesos. Métodos de excavación de túneles y galerías. Perforación y voladura, convencional y mecanizada: Se puede aplicar a rocas con resistencia a la compresión desde 80 MPa hasta las rocas más duras, es de mayor flexibilidad y el más utilizado en la construcción de túneles. Excavación mecánica: • Minadores continuos: Pueden trabajar en materiales con una resistencia a la compresión menores a 100 Mpa. • Minadores topo o TBM (tunnel Boring Machine): Pueden excavar materiales que tengan una resistencia a la compresión hasta 250 MPa.

Descripción de los procesos.

Descripción de los procesos.

Descripción de los procesos.

Descripción de los procesos. Evolución tecnológica. • • •

•

Hace tres décadas solo se disponía de máquinas tipo jacklegs, stopers y jackhammners o martillos neumáticos. La idea de mejorar la productividad, mayor avance, mayor seguridad y menores costos obligaron a desarrollar equipos mecanizados. Se desarrollan las perforadoras hidráulicas que reemplazaron a las neumáticas, para tener mayor velocidad de perforación, menor consumo de energía, ahorro en el consumo de varillaje de perforación y un ambiente de trabajo más saludable. El desarrollo de los equipos de perforación se dio en etapas bien definidas, en los 50s aparecieron los jacklegs, en los 60s aparecieron los jumbos neumáticos, en los 70s los jumbos hidráulicos de primera generación, a mediados de los 80s la segunda generación de máquinas más avanzadas y en los 90s aparecen los jumbos robot de tercera generación, cada vez más modernos que alcanzan mayor velocidad de perforación.

Descripción de los procesos.

Descripción de los procesos. Equipos. En los últimos dos años, los fabricantes de equipos de perforación jumbo están disfrutado de un nuevo escenario en el mercado: las ventas, antes concentradas en la minería, empezaron a ser equilibradas por el aumento de la demanda del sector de la construcción. Atlas Copco y Sandvik, los dos principales fabricantes de perforadoras jumbo que actúan en el país.

Descripción de los procesos.

Descripción de los procesos.

Descripción de los procesos.

Descripción de los procesos.

Descripción de los procesos.

Descripción de los procesos. Accesorios de perforación. Los accesorios de perforación comúnmente usados son las varillas o barrenas y las bocas de perforación. Además se emplean coplas y otros adaptadores para el ensamblaje de las piezas. Las barrenas de perforación son simplemente barras de acero con un conducto interior para el paso del agua de refrigeración y unas roscas en los extremos donde se acoplan las bocas o los manguitos. La boca de perforación es la herramienta de corte, que generalmente es de metal endurecido (carburo de tungsteno) o widia, dispuesto en formas diversas: en cruz, en X o botones, con unos diámetros habitualmente comprendidos entre 45 y 102 milímetros. La elección de un tipo u otro de boca, así como de sus diámetros, depende del tipo de maquinaria de perforación, de las características de la roca y del diámetro de los cartuchos del explosivo a introducir. Generalmente las bocas de botones son las que proporcionan un mayor rendimiento, al golpear la roca de forma más homogénea y ser más fácil la evacuación del detritus de roca. Para tal fin se pueden disponer varias entradas de agua frontales y también laterales. Para la elección del material de perforación y sus accesorios se recomiendan el uso de los manuales especializados facilitados por los fabricantes.

Descripción de los procesos.

Descripción de los procesos. Selección de Jumbos. • Tamaño o sección de túnel: – Dimensiones operacionales. – Requerimientos de cobertura.

• • Frente de perforación: – Dimensiones, ancho por altura. – Forma del túnel.

• • Malla de perforación: – Diámetro de taladro. – Tipo de arranque. – Longitud del taladro.

•

• Precisión en la perforación: – Calidad del túnel requerido. – Sostenimiento requerido.

• • Requerimiento de perforación: – Corte transversal. – Empernado. – Taladros de inyección.

• Energía y aire: – Eléctrico o diesel. – Red de agua y aire.

Descripción de los procesos. Selección de Jumbos. • Condiciones del ambiente: – – – – –

Temperatura. Humedad. Ventilación. Agua. Elevación.

• • Leyes/regulaciones: – Leyes y regulaciones del país. – Regularizaciones de la mina u obra. – Otras regularizaciones.

Descripción de los procesos. Método avance con jumbo. Variables de operación: Las variables de operación son inherentes al sistema de perforación utilizado, los cuales inciden en la eficiencia del proceso: 1.Velocidad de rotación. 2.Fuerza de empuje. 3.Diámetro de perforación. 4.Velocidad y caudal del aire de barrido. 5.Desgaste de los trépanos.

Descripción de los procesos. Desarrollo:

Descripción de los procesos. Desarrollo:

Descripción de los procesos. Aplicaciones de las perforaciones en producción. Room and Pillar: • La perforación se realiza según las prácticas habituales en el avance de túneles y/o galerías. Shrinkage Stoping: • Excepcionalmente, se utiliza perforación mecanizada, mediante el uso de: Drills wagons o jumbos con largos de barras que pueden ir de 1,8 a 2,4 metros. Sublevel Stoping: • En la versión convencional de este método se perforan tiros radiales a partir de los subniveles, esto se raliza con tiros de hasta 30 mts y diámetro de 2 a 3 pulgadas. Cut And Fill: • La perforación se realiza según las prácticas habituales en el avance de túneles y/o galerías.

Descripción de los procesos. Aplicaciones de las perforaciones en producción. Sublevel Caving: • En primer lugar va una rampa que comunica el acceso a los subniveles, seguido por galerías de cabecera, emplazadas en la roca yacente, por lo general orientadas según el rumbo y siguiendo el contorno del cuerpo mineralizado. A partir de estas, galerías en todos los subniveles, según las disposiciones indicadas previamente. Estas galerías, por lo general de gran sección, constituyen hasta un 20% de la capacidad productiva de la mina. Block Caving: • Acá solo se realizan túneles para las labores de extracción. Estas son galerías paralelas espaciadas entre 15 a 20 metros, incluyendo las correspondientes galerías de acceso o cruzados de cabezera.

Cálculos teóricos. Está en proyecto de evaluación la fase explotación subterránea del yacimiento de Codelco Chuquicamata. El proyecto presenta todo tipo de galería y túneles necesarios para el desarrollo de una mina subterránea.

Cálculos teóricos. Túnel de acceso: Corresponde al diseño de un túnel de bidimensional con sección libre, después de fortificado, de 9,3 [mts] de ancho y alto de 5,8 [mts]. La pendiente del túnel es de -8,85% desde el exterior y su longitud de 7.451 [mts], con un inicio en la elevación 2.485,5 msnm aproximadamente.

Cálculos teóricos. Jumbo de perforación del frente de avance: Para las perforaciones del túnel de acceso se eligió un jumbo de tres perforadoras, calculando los tiempo de perforación en los diferentes tipos de terreno con un mismo diámetro, los resultado obtenidos dieron un 25% más rápido el jumbo elegido. Jumbo Atlas Copco Rocket Boomer WE3 C

DATOS GENERALES Serie:

AVO 07A 497

Peso:

45.000 Kg.

Longitud:

17.070 mm.

Anchura:

3.010 mm.

Cálculos teóricos.

Cálculos teóricos.

Cálculos teóricos.

Cálculos teóricos.

Conclusiones. Todo tipo de empresa tiene como finalidad explícita la maximización de las utilidades, de esto que en empresas del nivel de la minería se invierta una gran cantidad de recursos en la optimización de las operaciones, minimizando así los costos de estos. Siguiendo esta premisa, es como las operaciones de perforación se han desarrollado a un nivel avanzado, incorporando elementos de alta tecnología, tales como los accesorios de jumbo de hasta 4 brazos, permitiendo que los planes teóricos de trabajo se puedan cumplir con una mayor eficiencia, maximizando así los recursos y centrar más las atenciones en lo referente a seguridad. Por otro lado, el método de perforación y tronadura es la forma principal de acometer las grandes excavaciones en roca que se demandan tanto en minería como en el campo de las obras públicas. Así, la existencia de gran parte de las infraestructuras de nuestro país está ligada al empleo de explosivos, por consecuencia, el empleo de perforación: Muchas de las obras como; centrales hidroeléctricas, túneles de autopista, tren subterráneo, etc. Todo esto se ha podido realizar de una forma económicamente viable gracias a este método aún más económico, versátil y productivo. Por otro lado enfocado en la minería, se debe tener en cuenta que todo tipo de extracción tiene un costo por tonelada y que es más caro en una labor de desarrollo que en una durante la explotación. Es así que se debe tener muy bien estudiado previamente el método por el cual se hará la explotación.