Principios y Métodos de Perforación Minera: Sistemas, Componentes y Procesos Operativos

Sistemas de Perforación: Neumáticos e Hidráulicos

El aire comprimido es la fuente de energía para la máquina perforadora en los sistemas neumáticos. Existen dos modalidades principales que se diferencian por cómo acoplan los componentes del sistema:

1. Sistema Convencional o Top-Hammer: La perforadora se ubica en la parte superior de la columna de barras, transmitiendo el impacto directamente.
2. Sistema DTH (Down-the-Hole): El martillo perforador se encuentra en el fondo del barreno, cerca de la broca, lo que mejora la eficiencia en perforaciones profundas.

Sistemas Hidráulicos

El fluido hidráulico (aceite a presión) es la fuente de energía para el accionamiento de la máquina perforadora. Su modalidad funcional es exclusivamente del tipo convencional o Top-Hammer.

Estos sistemas utilizan el principio de rotopercusión, combinando un efecto de impacto con un torque de rotación para una perforación eficiente.

Componentes Esenciales de una Perforadora

Para comprender el funcionamiento de la perforación, es fundamental conocer sus componentes clave:

• Máquina Perforadora: Genera las fuerzas de perforación, convirtiendo la energía original (eléctrica, diésel, etc.) en energía mecánica de impacto y rotación.
• Barra o Columna de Barras: Transmiten la energía de impacto y rotación desde la perforadora hasta el macizo rocoso.
• Herramientas de Perforación: Son los elementos que aplican directamente la energía a la roca. Se denominan comúnmente broca o bit.

Sistema DTH (Down-the-Hole): Orden de Acoplamiento

En el sistema DTH, los componentes se acoplan en el siguiente orden para optimizar la transmisión de energía y la eficiencia de perforación:

1. Unidad de rotación
2. Columna de barras
3. Máquina perforadora o martillo (ubicado en el fondo del barreno)
4. Herramientas (broca o bit)

Operaciones de Marcación en la Frente de Perforación

Marcación de Línea de Gradiente

El centro de la labor se marca proyectando la línea generada por dos plomadas en la frente. Es crucial que, al momento de fijar esta línea, las plomadas no se muevan para asegurar la precisión.

Marcación de Frente

Esta operación consiste en materializar en terreno las referencias topográficas. Es decir, se establecen puntos de coordenadas que definen el rumbo e inclinación que debe llevar la labor. Estas referencias, según el avance, deben ser desplazadas cada cierto intervalo de distancia.

La gradiente se proyecta en la frente utilizando lienzas tomadas de los respectivos clavos topográficos. Es fundamental que estas lienzas estén lo más tensas posibles para evitar distorsiones en la proyección.

Secuencia de Trabajos en Operaciones Mineras

Trabajos Pre y Post-Tronadura

La secuencia de actividades alrededor de la tronadura es crítica para la seguridad y eficiencia:

1. Cebado de la carga de explosivo
2. Amarre del sistema de iniciación
3. Tronadura
4. Evacuación de gases
5. Acuñadura (inicial)
6. Limpieza de marina (carguío y transporte)
7. Acuñadura (final o de detalle)
8. Limpieza de pata de acuñadura con scoop
9. Por recomendación geomecánica, realizar fortificación (pernos, malla y/o shotcrete)

Trabajos Antes de la Perforación

Una preparación adecuada es clave para el éxito de la perforación:

1. Asistencia de topografía para la colocación de tarugos en el techo.
2. Marcado de la línea de gradiente en la frente.
3. Marcado de la línea de centro en la frente.
4. Trazado del diagrama de perforación en la frente.
5. Instalación de los servicios de mina hasta la frente de perforación (aire, agua, electricidad).

Trabajos Durante la Perforación

La ejecución de la perforación sigue un proceso estructurado:

1. Instalación del equipo de perforación.
2. Alineamiento de los taladros según el diagrama.
3. Perforación de los tiros (barrenos).
4. Perforación de la cara libre con ayuda de escariador.

Aspectos Clave y Consideraciones Técnicas en Perforación

• Los bits de perforación suelen tener aleación de acero con Tungsteno para mayor resistencia y durabilidad.
• La ranura se perfora en el lugar de la frente que tenga la roca más competente, buscando estabilidad.
• Cada 10 tiros con un bit de 45 mm, deberá realizarse una rectificación para mantener la eficiencia y el diámetro.
• No se debe seguir perforando con un bit de 45 mm si ha perdido más de dos diamantes, ya que esto compromete la calidad del barreno y puede dañar el equipo.
• La topografía en la minería es de vital importancia, ya que proporciona los puntos de referencia, define pendientes positivas y negativas, y asiste en la colocación de tarugos en techo y caja.
• En la perforación de una frente, los primeros tiros serán los de la zapatera; posteriormente, se continuará hacia arriba para finalizar en los tiros escariados.
• Cebado: Ingreso de retardo al interior de la emulsión explosiva.
• Marina: Producto de la tronadura de una frente (material fragmentado).
• Saca: Producto de la tronadura de una zanja de producción.