Optimización de Sistemas de Perforación en Minería: Comparativa Rajo vs. Subterránea

Comparativa de Sistemas de Perforación: Minería a Cielo Abierto (Rajo) vs. Subterránea (Subt)

Características de la Perforación en Minería a Cielo Abierto (Rajo)

• El tamaño del rajo influye en la selección de equipos.
• Relación de parámetros: Altura de banco > Diámetro de perforación > Tamaño de equipos < Densidad de equipos.
• Mayor diámetro de perforación < Número de hoyos < Desviación de hoyos.
• Se utiliza el mismo equipo tanto para labores de **desarrollo** como de **producción**.

Características de la Perforación en Minería Subterránea (Subt)

• Mayor tamaño de la mina > Mayor frente de labor > Densidad de equipos.
• Existe una clara diferencia de equipos de perforación para labores distintas: **Desarrollo**, **Prospección**, **Producción** y **Preparación**.
• El **método de explotación** influye directamente en el tipo y tamaño del equipo.
• Los hoyos de perforación son de diámetro menor a 6 3/4 pulgadas y son largos (**30 a 60 metros**).

Fuerza de Avance y Transmisión de Energía

Definición y Variabilidad

La **Fuerza de Avance** (medida en Toneladas/pulgada) determina la mayor cantidad de energía que debe ser transmitida a la roca. Esta varía dependiendo de la **naturaleza de la roca**, su estructura y el barreno utilizado.

Efectos de la Fuerza de Avance

• Fuerza de avance baja: Implica una transmisión de energía deficiente y genera un **mayor desgaste**.
• Fuerza de avance alta: Puede provocar que la herramienta se atasque debido a una rotación reducida, además de generar vibración que disminuye la velocidad e incrementa la irregularidad.

Una fuerza de avance óptima favorece la **penetración** y el **barrido** eficiente.

Sistemas de Perforación y Aceros Utilizados

Rango de Diámetros (Top Hammer y ITH)

• Top Hammer (TH) en Rajo: Diámetros desde 1 hasta 7 pulgadas.
• Top Hammer (TH) en Subterránea: Diámetros desde 1 hasta 3,5 pulgadas.

La principal razón para cambiar del sistema **Top Hammer (TH)** al sistema **In The Hole (ITH)** es la necesidad de controlar la **desviación de los tiros**.

Características de ITH

El sistema ITH combina **percusión** y **rotación**. La rotación implica la aplicación de **torque** y **empuje** (pull down), lo que facilita el corte y la trituración, removiendo un gran volumen de material.

• Diámetros ITH: 5,25 a 15 pulgadas.
• Fuerza de Avance ITH: 2 a 3,5 toneladas/pulgada.

Aceros de Perforación: Requisitos y Composición

Requisitos para la Selección del Acero

Los aceros deben cumplir con alta:

1. **Resistencia a la fatiga**.
2. **Resistencia a la flexión**.
3. **Resistencia al desgaste**.

El acero se ve expuesto al desgaste debido a los movimientos provocados por la **onda de choque**. Las culatas y el pistón sufren **abrasión** debido a la rotación.

Tipos de Acero

• Acero con alto carbono: Se usa en barrenos integrales. Se somete a alta temperatura para darle la dureza necesaria para que el pistón resista la **percusión**.
• Acero bajo carbono: Usado para barras de extensión, culatas y brocas. La superficie de la broca se hace resistente al desgaste mediante una **capa endurecida**.
• Tungsteno: Aumenta la **dureza** y la **resistencia al desgaste**.

Componentes del Tren de Perforación y Desgaste

Herramientas de Perforación

• Barra Integral: Consta de una culata forjada y una broca integrada (cincel, inserto o botones).
• Barra de Extensión: Barras roscadas que pueden unirse formando un tren de barras para **perforación larga**.
• Tipos de Roscas: R, T, C, GD, Tamden y Doble.
• Brocas: Elemento de perforación que realiza el trabajo de **trituración**. La energía de impacto es transmitida entre el punto de la barra y el fondo de la roca.

Comparativa Botón vs. Inserto

Diseño de Brocas según la Roca

• Roca dura y abrasiva: Se requiere un espacio menor entre botones y un mayor número de botones.
• Roca blanda: Se utiliza un menor número de botones y más espaciados.

Tipos de Desgaste

El desgaste es causado principalmente por la **abrasión**. Los tipos de desgaste observados son: **Frontal**, **Diametral**, **Piel de reptil** y **No visible**.

Factores de Influencia en la Operación y Selección

Factores que Afectan la Vida Útil y los Costos

La vida útil de las herramientas y los costos operativos están determinados por factores:

• Incontrolables: Tipo de roca y **condición geológica**.
• Controlables: **Mano de obra**, estado mecánico del equipo y **variables de operación**.

Criterios de Selección del Sistema de Perforación

1. Tipo de roca.
2. Tipo de mina.
3. Tamaño de la mina.
4. **Método de explotación**.
5. Labor a realizar.
6. Costos de adquisición (Operación y Mantenimiento).
7. **Productividad** esperada.
8. Consumo de **energía**.

Consideraciones para la Selección del Acero

1. Sistema de perforación a utilizar.
2. Tipo de roca y su **competencia**.
3. Tipo, porcentaje y tamaño del **grano mineral**.
4. Presencia de **diaclasas** y fracturamiento del piso.
5. Sistema manual o **mecanizado**.
6. Desviación esperada (para determinar coplas y barras).
7. Costos y **disponibilidad**.

Factores que Impactan la Productividad

La productividad se ve afectada por:

• Tipo de terreno, roca y sus propiedades.
• **Velocidad de penetración** (instantánea y unitaria).
• Uso y **mantenimiento** adecuado del acero.
• Tiempos improductivos generados por el **traslado** de equipos.