Perforacion y Voladura I-conceptos basicos

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    02-Feb-2016

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<ul><li><p>PERFORACIN Y VOLADURA I </p><p>Calidad que se acredita internacionalmente </p><p>ASIGNATURA </p><p>PRIMERA UNIDAD </p><p>TEMA N 14 METODOS DE PERFORACION y SISTEMAS DE MONTAJE </p><p>ESPECIALES. </p><p>DOCENTE: Ing. Benjamn Manuel Ramos Aranda </p><p>Huancayo, 2015 </p></li><li><p> Asignatura: Perforacin y Voladura I </p><p>MATERIAL DE ESTUDIO: </p><p>TEMA N 14 METODOS DE PERFORACION y SISTEMAS DE </p><p>MONTAJE ESPECIALES. </p><p>METODOS DE PERFORACION y SISTEMAS DE MONTAJE ESPECIALES. </p><p>Compilado y adaptado de: </p><p>LPEZ JIMENO, Carlos; LPEZ JIMENO, Emilio; GARCA BERMDEZ, Pilar. Madrid: Ed. Entorno Grfico Manual de Perforacin y Voladura de Rocas.</p><p>Madrid, 2003. UBICACIN: Biblioteca UCCI: 622.23/L87 </p><p>Material preparado con fines de estudio de alumnos del curso de Perforacin y Voladura de </p><p>la Universidad Continental </p></li><li><p>../</p><p>Captulo 7J</p><p>./</p><p>METODOS DE PERFORACION y SISTEMAS DE MONTAJEESPECIALES</p><p>./</p><p>./</p><p>./ 1. INTRODUCCION</p><p>-"./ Ademsde los equiposestndarde perforacin,</p><p>existenenelmercadounidadesysistemasdemontajedestinadosaaplicacionesespecialesomuyconcretas.</p><p>Entreesostrabajoscabecitar:laperforacindema-cizos rocososcon recubrimientode materialesnoconsolidadosy/olminadeagua,losequiposdeper-foracindepozosychimeneas,laperforacintrmica,laperforacinconchorrodeagua,etc.</p><p>./</p><p>"./</p><p>./</p><p>2. PERFORACION A TRAVES DE RECUBRI-MIENTO"</p><p>./</p><p>./</p><p>Estosmtodosde perforacinfuerondesarrolladospara resolver los problemas que se presentabanalatravesarterrenospedregosos,macizospoco consoli-dados o alterados,recubrimientos,etc., que exiganla entubacin continua de los barrenospara conse-guir su estabilidad.</p><p>Algunasde lasaplicacionesqueactualmentetienenestos sistemasson:</p><p>./</p><p>./</p><p>"- Perforacinparavoladurassubmarinas.- Perforacinparavoladurasdemacizosconrecu-</p><p>brimientosin retiradapreviadeste.</p><p>-..Anclajes.- Cimentaciones.</p><p>- Pozosdeagua.- Sondeosde investigacin,etc.</p><p>./</p><p>.r./</p><p>"./ Los recubrimientospuedenestarformadosporle-</p><p>chos naturalesde arcillas,arenas,gravas,etc.,ascomoporrellenosde materialescompactadoso no,escolleras,pedraplenes,etc.</p><p>La perforacinpuederealizar;se,comose veracontinuacin,con martilloen cabezao martilloenfondo y consisteen atravesarel recubrimientoalmismotiempoquesellevaacabolaentubacin,paraproseguirdespusel barrenadoenlarocacompacta.</p><p>Unacaractersticaimportantedeestastcnicasesqueelbarridodebesermuyeficaz,pudiendorealizarse</p><p>./</p><p>./</p><p>./</p><p>./</p><p>a travs de un adaptador o espiga con circulacincentraldefluido,o pormediodeunacabezadebarridoindependienteo lateral,en cuyo caso la presin delfluido debe ser mayor.</p><p>Los dos mtodosdesarrolladosseconocenporODyODEX.</p><p>2.1. Mtodo OD</p><p>EnestecasolaentubacinSI:)realizaporpercusinyrotacinutilizandoparaellountuboexteriordereves-timientocuyo extremoinferior montauna corona decarburodetungsteno.Interiormente,sedisponedeunvarillaje convencional cuya prolongacin se lleva acabo con manguitosindependientesde los.de los tu-bos.Tanto los tubos como el var(lIajese conectanalmartillomedianteun adaptadordeculataespecialquetransfierela rotaciny la percusina ambos.Fig. 7.1.</p><p>n</p><p>(~) ADAPTADORDE CULATA</p><p>VARillAJE</p><p>TUBERIAEXTERIOR</p><p>BOCA DEPERFORACION</p><p>BOCAEXTERIOR</p><p>Figura 7.1. Mtodo 00 (Atlas Capeo).</p><p>111</p></li><li><p>Las operacionesbsicasde aplicacin del sistemason:</p><p>- La tubera de revestimientocon o sin el varillajeinterior atraviesan simultneamenteel recubri-miento.</p><p>- La corona externa avanza unos centmetroscuando se alcanzael substratorocoso.</p><p>- Se perforacon el varillajeinterior,siemprequeenel transcursode dicha operacin no se atraviesennivelesdescompuestoso arenosos,en cuyo casosedescenderaalmismotiempolatuberaexterior.</p><p>- Se extraeel varillajeextensible.</p><p>- Se introducelatuberadeplsticoparalacargadelexplosivo.</p><p>- Se extraela tuberade revestimiento.</p><p>Figura7.2. OperacionesenelsistemaOO.</p><p>Como entre la tuberaexteriory las paredesde lostaladros existe un rozamientoque aumenta con laprofundidad,las perforadorasutilizadasdebendispo-nerde un elevadopar de rotacin.</p><p>Parael barridode los barrenos,normalmente,seem-pleaaguay tambin airecomprimidocon o sin espu-manteoSi la evacuacinde los detrituslo exige,el'ba:rridocentralpuedecomplementarsecon un barridola-~ffil. if</p><p>2.2. MtodoODEX(OverburdenDrillingwiththeEccentric)</p><p>En estemtodo la entubacinse efectagraciasalasvibracionesde la perforadorayal propio pesode latubera.</p><p>El equipo consisteen una boca escariadoraexcn-tricaqueejecutauntaladrodeun calibremayorqueeldeltuboexteriorquedesciendea medidaqueavanzalaperforacin.Una vez alcanzada la profundidad pre-vista,lasartagiraensentidocontrario,de modoque laboca escariadora se vuelve concntrica perdiendodimetro,pudiendoas extraersepor el interiorde la</p><p>112</p><p>tuberade revestimento.A continuacin,se introduceel varillajeconvencionaly se contina la perforacin.</p><p>TUBERIA DEREVESTIMIENTO</p><p>GUlA</p><p>BOCAPI LOTO</p><p>Figura 7.3. Mtodo OOEX (Atlas Capeo).</p><p>Los martillosrotopercutivosutilizados puedenserde cabezao de fondo. Si se empleael_decabeza, lapercusin se transmitea la tubera de revestimientopor mediode un cabezaldegolpeoque la hacegiraryvibrar. En este caso el barrido puede ser central olateral.</p><p>MARTILLO EN CABEZA</p><p>AOAPTAOOR OE CULATA</p><p>MAMOUITO</p><p>CABEZAL OE GOLPEO</p><p>VARILLA EXTENSIBLE</p><p>TUBERIA OE REVESTIMIENTO</p><p>MANOUITO OE ALETAS</p><p>Figura 7.4. Mtodo OOEX con martillo en cabeza (AtlasCapeo).</p></li><li><p>./Si seaplicael martilloenfondo,estaunidaddispone</p><p>deunacoplamientoparatransmitirlavibracinalvari-llaje y el barrido se efectaa travsde la cabezade</p><p>../ rotacin.Fig. 7.5.</p><p>./</p><p>ADAPTADOR</p><p>./ UNIDAD DE ROTACION</p><p>./</p><p>./</p><p>~</p><p>-c..</p><p>_</p><p>'</p><p>FJ</p><p>.</p><p>TUBERIA DE PERFORACION</p><p>CABEZAL DE SALI DA,--- DE DETRITUS</p><p>-~</p><p>I</p><p>./</p><p>MANGUITO DE ALETAS</p><p>./</p><p>MARTILLO EN FONDO</p><p>./ TUBERIA DE REVESTIMIENTO</p><p>./ .., GUlA</p><p>ESCARIADOR</p><p>~JBOCA PILOTO</p><p>./</p><p>./</p><p>Figura 7.5. Mtodo ODEX con martilloen fondo (AtlasCapeo).</p><p>./</p><p>En ambosmtodosel detritoasciendepor el anillocircular que queda entre la tuberay el varillaje,sa-liendo por los cabezales.</p><p>Como fluido de barrido puede emplearse el aire</p><p>./</p><p>TABLA 7.1.</p><p>./</p><p>./</p><p>./</p><p>./</p><p>./</p><p>./</p><p>.ODEX 90a 1,2MPaODEX 115-2,15a 1,8MPa</p><p>Por otrolado,en cuantoa las aplicacionesde estosmtodosdeperforacin,ademsde la descritaparaba-</p><p>./</p><p>hasta una profundidad de unos 20 m, a partir de la cualse recomienda la adicin de un espumante que permiteaumentar la eficiencia del barrido, la estabilidad de lasparedes, reducir los desgastes e incrementar la veloci-dad de perforacin.</p><p>Este mtodo presenta numerosas ventajas, aunquealgunos aspectos crticos a estudiar son las dimensio-nes de los tubos de revestimiento, el barrido y el sis-tma de perforacin.</p><p>Foto 7.1. Boca de Perforacin ODEX.</p><p>En lo relativo ala seleccin del equipo a utilizar, stadepender fundamentalmente de la profundidad de losbarrenos. En la Tabla 7.1, se da una primera gua de se-leccin para ambos mtodos de perforacin.</p><p>rrenos de voladura, en la Tabla 7.2 se indican otras po-sibilidades.</p><p>113</p><p>PERFORADORASCONMARTillOENFONDOPERFORADORASCON</p><p>.. MARTillO ENCABEZACARACTERISTICAS ""</p><p>ODEX ODEX ODEX ODEX ODEX ODEX ODEX 0090 115 140 165 215 76 127 72</p><p>Dimetrointeriormnimo(mm) 90 115 140 165 215 76 127 72Dimetrodelbarrenoescariado(mm) 123 152 187 212 278 96 162 108Profundidadmximaen</p><p>recubrimiento(m) 60 100 100 100 100 40 40 40Equipointerior 3"DTH 4"DTH 5"DTH 6"DTH 7-8"DTH R38 R38 R38Tubode revestimiento Rosca Rosca Soldado Soldado Soldado Rosca Rosca Soldado</p><p>soldada soldada soldada soldada</p></li><li><p>X Adecuado.O Puede usarse.</p><p>3. PERFORACION DE POZOS</p><p>Para la excavacin de pozos de gran longitud y sec-cin, se utilizan estructuras metlicas o jumbos deaccionamiento neumtico o hidrulico que van equi-pados con 3 4 brazos e igual nmero de deslizaderasy perforadoras.</p><p>Durante el trabajo estos conjuntos se apoyan en elfondo del pozo y se anclan a los hastiales con unoscilindros hidrulicos horizontales. La columna soporte</p><p>central puede girar 360, y los brazqs que son seme-jantes a los de los jumbos de tneles~pueden variar suinclinacin con respecto a la vertical 'yalargarse si sontelescpicos.</p><p>Una vez perforada y cargada cada pega, el conjuntose pliega y eleva hasta una posicin s,egura, pasando acontinuacin a la operacin de desescombro con cu-charas bivalva o retros hidrulicas y cubas, tal como serepresenta en la Fig. 7.6.</p><p>lf</p><p>Figura 7.6. Equipo completode excavacin depozos.</p><p>114</p><p>TABLA 7.2 '-...</p><p>'-...</p><p>\....</p><p>\....</p><p>\....</p><p>\....</p><p>Tambin, existen diseos de plataformas para el en-sanche de pozos.</p><p>4.</p><p>\....</p><p>PERFORACION DE CHIMENEAS'-</p><p>4.1. Plataforma trepadora Alimak '-Este mtodo de excavacin de chimeneas y piqueras</p><p>se introdujo en 1957, y desde entonces debido a suflexibilidad, economa y velocidad se ha convertido enuno de los ms usados del mundo, sobre todo en aque-llos casos donde no existe ningn nivel de accesosuperior.</p><p>Estos equipos estn constituidos por una jaula, laplataforma de trabajo, los motores de accionamiento,el carril gua y los elementos auxiliares.</p><p>En la Fig. 7.7 se representa un ciclo de trabajo com-pleto.</p><p>1. PERFORACION y CARGA DEBARRENOS</p><p>3. VENTILACION y RIEGO</p><p>\....</p><p>\....</p><p>'-</p><p>\....</p><p>'-</p><p>\....</p><p>2. DESCENSO DE LA PLATAFORMAY VOLADURA</p><p>\....</p><p>\....</p><p>'-</p><p>\....4. ELEVACION DE LA PLATAFORMA</p><p>Y SANEO DEL TECHO</p><p>Figura 7.7. Ciclo de trabajocon plataformaAlimak. '-</p><p>OOEX 00</p><p>90' 115 140 165 215 76 127 72</p><p>POZOSdeagua O X X X XTerraplenadodecarreteras O O O O O O O XPerforacinsubmarina O O XPerforacindebarrenos O O X XAnclajes X X X XInyecciones X X X O XProspecciones X X X O X</p></li><li><p>./Laelevacindelaplataformase realizaa travsde</p><p>un carril gua curvadoempleandomotoresde aire" comprimido,elctricoso diesel.La fijacin delcarrila</p><p>./ larocasellevaacaboconbulonesdeanclaje,ytantolas tuberasde aire como de agua necesariaspara laperforacin,ventilaciny el riegose sitanen el lado</p><p>J internodel carril gua parasu proteccin.Duranteel trabajo los perforistasse encuentranso-</p><p>bre Unaplataformasegura,ya que disponen de unacubierta y una barandilla de proteccin,y para el</p><p>./ transportedelpersonaly materialesseutilizalajaulaque se encuentradebajode la plataforma.</p><p>En un relevodos perforistaspuedenavanzarde2,2a./ 3 m.Los accionamientosdeaireComprimidoson ade-</p><p>cuados para longitudes inferiores a los 200 m, loselctricoshasta800my a partirde esasdistanciasse</p><p>./ recomiendanlos motoresdiesel.Lasprincipales ventajas de estos equipos son:</p><p>"./</p><p>- Puedenusarseparachimeneasdepequeao granlongitudy con cualquier inclinacin.</p><p>- Las diferentessecciones y geometrasde las chi-meneaspueden conseguirse cambiando las pla-taformas.Siendo posibleexcavarseccionesdesde3 m2hasta30 m2.Fig. 7.8.</p><p>./</p><p>./</p><p>~.</p><p>r...,, I, . .,I ',, ,,. '. . I, ,, I:.</p></li><li><p>- El ambientedetrabajoesdeescasacalidad.- La rugosidadde las paredeses grande,lo cual</p><p>constituyeun inconvenienteen las chimeneasdeventilacinyunaventajaenlaspiquerasdepasodemineral.</p><p>- El estado del macizo remanentees peor que elconseguido con el mtodoRaise Boring.</p><p>4.2. Jaula Jora</p><p>Esta mquina es fabricada por Atlas Copco y seaplicatambina la excavacinde chimeneasy pique-ras,tantoverticalescomoinclinadas.La diferenciab-sica conel equipoanterioresquese precisala realiza-cindeun barrenopilotodeundimetroentre75y 100mmpordondepenetrael cabledeelevacin.Los prin-cipalescomponentesson la plataformade trabajo,lajaula de transporte,el mecanismode elevaciny enchimeneasinclinadasel carril gua. Fig. 7.10.</p><p>UAULA 5 5OPORTE'.RODILLOS GUlA 6.MANDO$3. CARRILGUlA 7. VIGADETECHO4.VIGA DE B.CARRETE DE</p><p>TRANSPORTE CABLE9.CABRESTANTE</p><p>Figura7.10. JaulaJara enchimeneaverticale inclinada(AtlasCapeo).</p><p>Durante la perforacin, la plataformase fija a loshastialesde la excavacin medianteun sistema debrazostelescpicos.El principalinconvenientedeestemtodo,frente al anterior,es la perforacindel-bac'rrenopiloto,puesdel controldesu desviacindepen-</p><p>* der la longitud de la chimenea.El cam,:;,ode aplica-cin prcticoy econmicose encuentraentrelos 30y".100m.</p><p>En cadapegaesnecesariodesengancharlajauladelcabledeelevacin,puesde lo contrariosteltimosedaaradurantelas voladuras.El barrenocentralpre-sentalasventajasde servirde huecode expansinenloscuelesparalelos,con losqueseconsiguenavancespordisparodeunos3a4 m,ydeentradadeairefresco.</p><p>4.3. Mtodo Raise Boring .</p><p>Estemtodo,queenlosltimos20aossehadifun-didoextraordinariamente,consisteenelcorteoesca-riadadela rocaporunequipomecnico.</p><p>Lasventajasquepresentason:</p><p>116</p><p>- Alta seguridaddel personaly buenascondiciones "-de trabajo.</p><p>- Productividadms elevadaque con los mtodos.convencionalesde arranquecon explosivos.""</p><p>- Perfil liso de lasparedes,con prdidaspor friccindel aire mnimasen los circuitos de ventilacin. \...</p><p>- Sobreexcavacininexistente.</p><p>- Rendimientodelavanceelevado.</p><p>- Posibilidadde realizarexcavacionesinclinadas,"--aunqueesmsadecuadoparachimeneasvertica-les.</p><p>"-</p><p>Los inconvenientesmsimportantessbn:</p><p>- Inversinmuyelevada.- Costedeexcavacinpormetrolinealalto.- Pocaflexibilidadalserlasdimensionesyformasde</p><p>las chimeneasfijasy no ser posiblecambiardedireccin.</p><p>- Dificultadesenrocasenmalascondiciones.</p><p>Requierepersonalespecializadoyunapreparacinpreviadellugardetrabajo.</p><p>"</p><p>'-</p><p>',-</p><p>",</p><p>,</p><p>,</p><p>'.</p><p>CJCJ\..</p><p>\,c:-:;CJ</p><p>\..</p><p>\..</p><p>....</p><p>....</p><p>Figura7.11. PerforacindeunachimeneaconRaiseBoringEstndar. \..</p><p>....</p></li><li><p>/Actualmente,operanenelmundomsde300unida-des,pudiendodistinguirselossiguientessubsistemasde RaiseBoring:estndar,reversibley parahuecos/ .ciegos.</p><p>a) Raise Boring estndar/</p><p>Eselmsutilizadoyconsisteencolocarelequipoenlapartesuperiordeunaplantao nivel,o inclusoenel</p><p>/ exteriordelamina,paradesdeesepuntorealizarunbarrenopilotodescendenteque cala en un huecoabiertopreviamente.A continuacin,enel interiorse</p><p>/ acoplalacabezaescariadorarealizandolaperforacinde la chimeneaen sentidoascendente.</p><p>b) Raise Boring Reversible/</p><p>Se realizanlas mismasoperacionesque en el casoanteriorcon la diferenciade colocar el equipo en un</p><p>/ nivelinferior,e invirtiendolos modosde ejecucindelbarrenopilotoy chimeneaqueson ascendentesydes-cendentesrespectivamente.</p><p>c) Raise Boring para huecos ciegos</p><p>Unavezcolocadoel equipoenunaplantainferior,serealiza la excavacinen sentido ascendentea plenaseccin, sin perforarbarrenospilotos.</p><p>Los elementosbsicos pararealizarel trabajo,ade-/ msdelequipoensqueejercelarotacinyelempuje</p><p>desde su punto de instalacin,son para el barrenopiloto, el tricono, los estabilizadoresde rodillos y las</p><p>/ barrasde perforacin; y para la ejecucin del esca-riado,el eje, la base,los cortadoresy los alojamientosde stos.Fig. 7.12.</p><p>/</p><p>/</p><p>BOVEDA PLANA ALOJAMIENTO</p><p>6~ ~~~!in\ ,1~ )\." CORTADORESc5- L5- \E-\ 1-[7 -DOBLE</p><p>BOVEDA ESCALONADA BASE</p><p>/</p><p>];igura7.12. Componentesdel equipo de escariado.#'</p><p>/</p><p>Lascabezaspuedensersegnsu diseo:integrales,segmentadasy extensibles.Las primerasse utilizanparadimetrosdesde1a 3 mcon barrer:1ospilotosde200 a 250 mm, las segmentadaspara dimetrosdechimeneasentre1,5Y3 my los mismostaladrospilotosquelasanteriores,yporltimolascabezasextensiblesparaseccionesdesde2 hasta6,3mcon barrenospilo-tos que lleganhasta los 350mm,</p><p>La estructuradecortevarasegneltipode rocaenelquese vayaa empleary su resistenciaa la compresin.Los cortadorespara roca blandatienenmenornmerode insertosque los de rocamediao dura.Adems,es-tos insertosson mslargosy afiladosque los queten-drauncortadorpararocaduray abrasiva.As se incre-</p><p>/</p><p>/</p><p>mentala velocidaddeperforaciny se reduceel des-gaste.</p><p>Existendostiposdistintosdecortadoresquesesitanenlacabezadeescariadodiametralmenteopuestos,fi-gura7.13,obtenindosemayorestamaosdelosfrag-mentosy mayorvelocidaddeperforac...</p></li></ul>