Fundamentos y Métodos Avanzados de Perforación en Ingeniería y Minería

Conceptos Clave en Perforación y Excavación

Herramientas de Corte en Perforación a Rotación

Se utilizan cuatro útiles de corte principales en la perforación a rotación:

• Trépano
• Coronas
• Barrena helicoidal
• Brocas

Transmisión de Fuerzas en Perforación a Rotopercusión

En la perforación a rotopercusión, el equipo transmite la percusión, la rotación y el empuje desde diferentes puntos:

• Percusión: Los impactos producidos por el golpe del pistón originan ondas de choque que se transmiten a la broca a través del varillaje. Se aplica en el fondo de la perforación.
• Rotación: Se hace girar la broca para cambiar la zona de impacto. Esta acción se transmite desde el exterior, en la cabeza del equipo.
• Empuje: Se aplica para mantener el contacto de la broca con la roca. También se transmite desde la cabeza del equipo.

Métodos de Perforación de Chimeneas

Se emplean tres métodos principales para la perforación de chimeneas:

1. Jaula Trepadora Alimak

Este método es ideal para perforaciones donde no es posible el acceso superior, siendo flexible y económico. Su construcción implica:

1. Perforación y carga de los barrenos (con martillo perforador).
2. Descenso de la plataforma y voladura.
3. Ventilación y riego.
4. Elevación de la plataforma y saneamiento del techo.

Las ventajas incluyen su adaptabilidad a cualquier tamaño e inclinación, y la facilidad en la eliminación del detritus. Sin embargo, presenta inconvenientes como la mala calidad del ambiente de trabajo y la rugosidad de las paredes.

2. Jaula Jora

La Jaula Jora está compuesta por una plataforma de trabajo, una jaula de transporte, un mecanismo de elevación y, en chimeneas inclinadas, un carril guía. El proceso de construcción es el siguiente:

1. Perforación de un barreno piloto.
2. Montaje de los equipos y herramientas.
3. Perforación y voladura.

Una posible desventaja de este método es la desviación del barreno piloto y el barreno central. Como ventaja, permite la entrada de aire.

3. Raise Boring

El método Raise Boring implica el corte o escariado de la roca mediante equipo mecánico. Los niveles pueden ser subterráneos o el superior puede estar en la superficie. Consiste en perforar un barreno piloto y luego ensanchar la perforación hacia arriba utilizando una cabeza escariadora.

Este método ofrece alta seguridad y buenas condiciones de trabajo, siendo más productivo que los métodos con explosivos y generando un perfil liso en las paredes. No obstante, presenta inconvenientes como un elevado coste, poca flexibilidad en dimensiones y dirección, dificultades en rocas de malas condiciones y la necesidad de personal autorizado. Además, imposibilita excavaciones inclinadas.

Obtención de Testigos Inalterados en Terrenos Blandos Saturados

Para obtener testigos lo más inalterados posibles en terrenos blandos saturados, el tubo más adecuado es el Tubo Shelby (tubo doble giratorio).

Fluidos para la Extracción Continua de Detritus en Perforaciones

Cuatro fluidos comúnmente utilizados para la extracción continua del detritus en las perforaciones son:

• Agua
• Lodo
• Aire
• Espumas

Profundidades y Usos de la Perforación a Percusión con Cable

Las profundidades máximas económicas para la aplicación del método de perforación a percusión con cable se sitúan entre los 100 y 150 metros, aunque pueden alcanzar hasta los 700 metros.

Elemento de Rotura en Perforación a Percusión con Cable

El elemento que produce la rotura en el terreno durante la perforación a percusión con cable es el trépano. Esta herramienta de corte, gracias a su peso, permite penetrar, triturar, escariar y mezclar el terreno.

Tipos de Brocas en Perforación a Rotopercusión y sus Diferencias

En la perforación a rotopercusión, se distinguen principalmente dos tipos de brocas:

1. Brocas de Pastillas o Plaquetas

Son habituales cuando se utiliza martillo en cabeza. Presentan cuatro plaquetas de carburo de tungsteno y pueden ser de dos tipos:

• Brocas en cruz: Con diámetros entre 35 y 60 mm.
• Brocas en X: Con diámetros entre 65 y 130 mm.

2. Brocas de Botones

Utilizadas principalmente en martillo en fondo. Presentan insertos cilíndricos de carburo de tungsteno, con diámetros que varían de 50 a 250 mm. Se adaptan mejor a la rotación, ofreciendo velocidades de avance superiores y una mayor resistencia al desgaste.

Comparativa: Martillo Neumático en Cabeza vs. Hidráulico

A continuación, se presentan las características de un martillo neumático en cabeza en comparación con uno hidráulico, donde (+) indica un valor superior y (-) un valor inferior para el martillo neumático:

• Rendimiento: (-)
• Velocidad: (-)
• Coste: (-)
• Ruido: (+)
• Fiabilidad: (+)