Perforación y Excavación en Minería: Equipos y Técnicas

Broca de Botones

Esta broca consiste en un cuerpo cilíndrico cuya parte frontal está provista de insertos esféricos de carburo de tungsteno.

Sus principales características son:

• Son de mayor vida útil que las brocas de cruz.
• Requieren menor frecuencia de reafilado.
• Alcanzan mayores velocidades de penetración.
• Son más resistentes al desgaste.

-Dibujo de la broca-

Perforadora de Rotación

-Dibujo-

Principio de Funcionamiento

Se utiliza comúnmente para perforaciones verticales. En muy pocos casos se aplica también para perforaciones horizontales o en ángulo. Para voladuras en las que se utilizan perforadoras de rotación, las perforaciones son de 4" a 15" de diámetro. Un elemento perforador consiste en una barra rotatoria con una broca en un extremo. La barra está accionada por un motor que se encuentra sobre la plataforma móvil.

La energía transmitida a la broca proviene de la acción rotativa de la barra y por el empuje necesario para el avance.

En las perforaciones verticales, la fuerza de empuje se obtiene mediante el peso del equipo que se encuentra por encima de la broca, sobre la plataforma móvil, más la fuerza de tracción ejercida por un par de cables o cadenas que son enrolladas sobre un tambor accionado por un motor, los cuales se encuentran sobre la plataforma fija superior.

La fuerza de empuje tiene que ser tal que las tensiones mecánicas generadas en la barra permitan vencer la resistencia que presenta la roca.

Brocas Utilizadas en las Perforadoras de Rotación

1) Broca de Uña

La broca de uña consiste en un cuerpo de acero con insertos cortantes en forma de uñas.

Se utilizan para rocas de poca dureza:

• Velocidad de rotación de la broca en material blando: 25 a 59 rpm.
• Velocidad de rotación en material más duro: Hasta 15 rpm.
• Fuerza de empuje: 500 a 1000 kg por pulgada de diámetro.

-Dibujo de broca-

2) Broca de Rodillo

Esta broca consiste en un cuerpo de acero con 3 rodillos cónicos provistos de botones o puntos de carburos. Se utilizan para perforar rocas de gran dureza y muy abrasivas. Cada rodillo cónico está montado sobre una combinación de rodamientos a bolas cilíndricas. Los rodillos no se reafil. El aire que llega al centro de la broca se desvía por entre los conos hacia la perforación.

Una parte de este aire es utilizado para mantener limpios y refrigerar los rodamientos.

• La velocidad óptima es de 50 a 100 rpm.
• A mayor rpm, mayor es el desgaste de la broca.
• Fuerza de empuje: Es de aproximadamente 4000 kg por pulgada de diámetro.

-Dibujo de broca-

Máquinas Mineras

Al comienzo del siglo XX, los trabajos de movimiento de tierras se realizaban prácticamente en forma manual.

Las herramientas más utilizadas para los trabajos de arranque eran el pico y la pala.

El transporte terrestre de los productos se realizaba mediante carretillas manuales y carruajes. Esta forma de trabajo limitaba la capacidad de producción de los yacimientos. Con el advenimiento de la revolución industrial, comenzó el desarrollo acelerado de la tecnología de máquinas de arranque, carga y transporte, con lo que se logró aumentar la capacidad de producción de los yacimientos.

Algunas Definiciones

Carga: Es tomar el material suelto y transferirlo a otro elemento del sistema (lugar de almacenamiento o medio de transporte).

Transporte: Es mover material de un lugar a otro. Generalmente se incluye también la operación de descarga.

Arranque: Es transformar la roca tal como se presenta en la naturaleza, a un estado suelto apto para ser cargado.

Las máquinas combinan funciones. Por ejemplo: Las máquinas excavadoras combinan las funciones de arranque y carga.

Máquina: A) Instrumento que sirve para transformar energía en trabajo. B) Conjunto de mecanismos cuyos órganos solo pueden moverse en trayectorias preestablecidas.

Clasificación General de las Máquinas

• De arranque (Excavadoras)
• De arranque y carga
• Cargadoras (Palas mecánicas)
• Cargadoras y de transporte
• Transportadoras (Camiones, vagones, cintas)
• De empuje y transporte (Topadoras)

Pala Excavadora

La pala excavadora es una máquina autónoma accionada por motores eléctricos y diésel, que utilizan para sus movimientos de excavación una combinación de brazos rígidos y cables.

-Dibujo de pala excavadora-

Los principales movimientos de la pala excavadora son los siguientes:

a) Desplazamiento sobre el terreno.

b) Rotación alrededor de su eje.

c) Empuje de la broca para comenzar la excavación.

d) Elevación de la cuchara.

e) Apertura de la cuchara.

El fondo de la cuchara o compuerta se abre permitiendo la descarga del material. El borde frontal está provisto de uñas intercambiables constituidas de acero resistente a la abrasión.

El trabajo de excavación se realiza desde el nivel del suelo hasta la altura determinada por la posición más alta de la cuchara.

La capacidad de la cuchara varía desde 0,5 - 50 m³ o más, en función de:

El material, la producción, las condiciones de carga, transporte y descarga. Como ejemplos, los rendimientos en minas de hierro en 8 horas:

• Con una pala de 1,3 m³ se pueden mover desde 1600 a 3300 toneladas de minerales.
• Con una pala de 3 m³ se mueven desde 4000 a 5500 toneladas.

Capacidad de utilización de la cuchara:

• Para material de tipo pizarra (lajas): Aprox. 70%
• Para material fino: Aprox. 90%

Excavadora de Cuchara de Arrastre

Sus principales componentes son:

a) Un vehículo motriz desplazable sobre orugas.

b) Una pluma de elevación.

-Dibujo de excavadora-

Los diferentes accionamientos se realizan mediante motores eléctricos o motores diésel.

La longitud de la pluma es función de la capacidad de cucharas de:

Por ej.: Pluma de 185 m y cuchara de 170 m³

El ángulo de la pluma es ajustable a las condiciones de excavación.

La pluma está montada sobre un bastidor que le permite dar giros de 360°.

El peso de la cuchara es función del tipo de terreno. Para terrenos duros se utilizan cucharas más pesadas.

Por ej.: una cuchara de 2,7 m³ pesa entre 2700 y 3700 kg.

Esta excavadora es apropiada para realizar trabajos en terrenos escabrosos y para materiales fragmentados por explosivos. No es apta para materiales compactos y muy gruesos.

Esta excavadora, excava por debajo y por encima de su propio nivel en una relación 2:1.

El rendimiento de esta excavadora es función de:

• Tipo y tamaño de la máquina
• Condiciones de excavación
• Habilidad del operario

Excavadora Hidráulica Frontal

Esta maquina esta compuesta por las siguientes partes principales:

-Un equipo motriz montado sobre un chasis que se desplaza mediante orugas. Sobre el chasis se encuentra tambien la cabina de conductor.

-Brazo articulado en su extremo superior con un segundo brazo.

-Una cuchara articulada en el extremo libre del 2do brazo.

El equipo motriz, que puede ser electrico o diesell, actua a su vez como contrapeso.

Los dos brazos y las cucharas son accionadas hidraulicamente.

-DIBUJO DE EXCAVADORA-

Principales caracteristicas de la excavadora hidraulica frontal son:

-Giro de 360°

-Alta velocidad de trabajo.

-Gran confort para el conductor.

-Bajo consumo de combustible por tonelada de material excavado.

El sistema de accionamiento hidraulico requiere un mantenimiento constante, lo cual representa una desventaja.

La cuchara esta prevista en su parte frontal con dientes resistentes a la abrasion (Acero de manganeso).