FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS

“RAISE BORING”

ASIGNATURA : Perforación y voladura de rocas

NOMBRE : Santos Pérez Lupaca 09-33183

Edu Qquecho Zárate 09-33185

Yúriko Valencia Zúñiga09-33221

Willian Rojas Ilacopa 09-33

DOCENTE : Ing. Amador Ramos Arocutipa

AÑO : Quinto

INTRODUCCIÓN:

Raise Boring es el sistema de ejecución mecanizada de pozos o chimeneas entre dos

niveles dentro de una mina o en un proyecto de ingeniería civil. Los niveles pueden ser

subterráneos o, el superior, estar en la superficie.

Este método se desarrolló en los 50 en Estados Unidos. Consiste, básicamente, en la

ejecución de un sondeo piloto siguiendo después el ensanche de éste en sentido

ascendente.

Desde entonces se ha innovado para encontrar nuevas aplicaciones en la perforación

horizontal o con pequeño ángulo y en la vertical sin sondeo piloto.

Se suele usar una gama de diámetros entre 2000 y 3000 mm. y unas profundidades de

100 a 200 m., aunque se ha llegado a 6000 mm. de diámetro y 1099 m. de profundidad.

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INDICE

RAISE BORING

1. GENERALIDADES 1

2. DESCRIPCION DE UN EQUIPO RAISE BORING 1

3. CARACTERISTICAS DEL SISTEMA 4

4. PRINCIPIOS DE EXCAVACION 5

4.1. SONDEO PILOTO 6

4.2. ESCARIADO O ENSANCHAMIENTO DEL TIRO PILOTO 6

4.3 RELACION ENTRE EL DIAMETRO DE PERFORACION PILOTO Y 8

DIAMETRO DE ESCARIADO

5. BIBLIOGRAFIA 10

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RAISE – BORING

1. GENERALIDADES

La selección del equipo dependerá del tipo de roca a excavar. En rocas blandas las

posibilidades de excavar mayores diámetros y longitudes serán mayores que en el de

rocas más duras.

Consiste principalmente en la utilización de una máquina electrohidráulica en la cual la

rotación se logra a través de un motor eléctrico y el empuje del equipo se realiza a

través de bombas hidráulicas que accionan cilindros hidráulicos.

Básicamente la operación consiste en perforar, descendiendo, un tiro o sondeo piloto

desde una superficie superior, donde se instala el equipo, hasta un nivel inferior.

Posteriormente, se conecta en el nivel inferior el escariador el cual actúa en ascenso,

excavando por corte y cizalle, la chimenea, al diámetro deseado, el diámetro requerido

se logra en una o varias etapas aumentando el tamaño de la cabeza de perforación.

2. DESCRIPCIÓN DE UN EQUIPO RAISE BORING

La maquina Raise Boring, es la que directamente -proporciona las fuerzas de empuje

y rotación a la columna de perforación para la rotura de la roca.

La máquina Raise Boring consta de las siguientes partes:

a) Las planchas bases, que son los apoyos de la máquina y que servirán para fijar

la máquina al suelo.

b) El soporte inferior, que está montado sobre las planchas bases y soportan a las

columnas y a los cilindros hidráulicos.

c) Las columnas guías, que sirven para guiar el movimiento de los cilindros

hidráulicos.

d) El soporte superior, que va montado sobre la parte superior de las columnas.

e) Los cilindros hidráulicos, que son elementos que otorgan la fuerza de empuje y

movimiento hacia abajo/arriba y que soportan el sistema de transmisión.

f) El sistema de transmisión, que son los elementos que otorgan el torque y

movimiento de rotación, este sistema está compuesto a su vez por una carcasa

(crosshead) que se mueve junto con los cilindros hidráulicos dentro de las

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columnas guías y sirven para sostener la transmisión (gear box) y el motor de

rotación (hidráulico o eléctrico)

Los siguientes son los componentes principales que forman un equipo Raise Boring:

a) Unidad de potencia

Es la que proporciona la potencia hidráulica a la máquina Raise Boring y está

compuesta por una estructura que contiene un reservorio de aceite y una base que

sostiene el motor eléctrico que mueve las bombas hidráulicas. Estas bombas entregan

la potencia hidráulica a través de una serie de mangueras, válvulas, filtros y

conectores hidráulicos.

b) Motor eléctrico

Tiene como misión dar la rotación a la columna de perforación en las 2 etapas:

perforación piloto y escariado.

En la etapa de perforación piloto la columna rota a una velocidad de 30 revoluciones

por minuto y en la etapa de escariado a 8 revoluciones por minuto. Normalmente en

potencias de 150 HP a 500 HP, 750 RPM y 550 o 380 Volt, dependiendo del tipo de

equipo.

c) Conjunto de reductores

Conjunto de 3 o 4 transmisiones en base a engranajes y piñones planetarios que

reducen las velocidades de rotación a los valores señalados anteriormente, según la

operación que se esté realizando.

d) Sistema de empuje electrohidráulico

Conjunto de bombas hidráulicas y electroválvulas de alta presión, alrededor de 20685

kPa (3000 PSI), que entrega la presión de trabajo a los cilindros hidráulicos para el

empuje en las dos etapas de la operación. La presión necesaria para la operación

dependerá de: longitud de la columna suspendida, calidad geomecánica de la roca a

excavar, calidad estructural de la roca y diámetro final de la excavación.

En general, podemos indicar los siguientes rangos de presión de trabajo:

Perforación piloto: 0 a 3 MPa.

Escariado: 4 a 20 MPa.

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e) Sistema de sujeción de la columna de barras

Corresponden a componentes mecánicos, tratados térmicamente que tienen como

misión sujetar la columna en las 2 etapas de la operación, transmitiendo la energía de

empuje y rotación a las herramientas de corte.

f) Bases y cuerpo principal del equipo

Componentes fabricados en fierro fundido donde se montan los elementos

anteriormente señalados. El conjunto completo es montado en la base de concreto.

g) Conjunto eléctrico

Sistema de componentes eléctricos compuestos por transformadores, sistemas de

partidas suaves, "softstarter", limitador de torque y sistemas de seguridad que

resguardan la rotura o daño de la columna extendida en situaciones de partidas y

detenciones de rotación en cualquiera de las etapas.

h) Columna de perforación

Formada básicamente por barras, estabilizadores de piloto y de escariado, crossover,

system bar y barra de partida. La adecuada combinación de este material, permite una

operación eficiente y segura. Habitualmente una barra de 28,58 cm de diámetro y 1,50

m de longitud tiene un peso de 420 kg. Una barra similar a la anterior pero de 25,4 cm

de diámetro pesa 260 kg.

i) Escariador o cabezal

Estructura metálica, asimétrica, donde van ubicados los cortadores que dan el área de

corte final de excavación.

Normalmente construido en aceros especiales, conectada a la barra ‘stem’, trabaja por

empuje y rotación en forma ascendente, contra el macizo rocoso provocando su

ruptura por corte cizalle. El número y disposición de los cortadores definirá el área final

de excavación.

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En la Tabla siguiente se indica el número de cortadores según el tamaño de escariadores

más comunes.

Las cantidades de cortadores pueden variar según el modelo de escariador se adopte.

Número de cortadores según diámetro de escariador

Diámetro final de escariado (m) Número de cortadores (un)

1,5 8

1,8 10

2,1 12

2,5 14

2,7 14

3,0 16

3,5 22

4,0 26

4,5 28

Fuente: ATLAS COPCO (2000).

j) Tablero de control

Es una consola metálica que permite al operador de la máquina controlar el

movimiento vertical y de rotación de la columna de perforación.

Esta consola contiene todos los controladores de arranque y parada tanto eléctricos

como hidráulicos, así como también los diferentes manómetros de presión,

amperímetros y voltímetros.

3. CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA:

Este sistema tiene las siguientes ventajas respecto a los métodos tradicionales:

a) Seguridad. Se eliminan los riesgos asociados a la presencia de trabajadores en el

frente en excavaciones verticales.

b) Coste efectivo. Se elimina personal altamente cualificado para la perforación de

pozos y chimeneas. La reducción es más evidente conforme aumenta la longitud

de la excavación.

c) Rapidez. El sistema es de avance contínuo, con lo que se eliminan tiempos

improductivos.

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d) Paredes suaves y autosostenidas. El sistema no afecta a la roca circundante al

hueco, con lo que no se precisa sostenimiento. Las paredes son lisas, con lo que

la resistencia a la circulación del aire disminuye.

4. PRINCIPIOS DE EXCAVACIÓN:

La roca se fractura por los mismos principios de la perforación rotativa. Los cortadores

se hacen girar bajo un gran empuje contra la roca, rompiéndose ésta por la

penetración del borde o de los botones de cada cortador. La velocidad de penetración

está relacionada con la resistencia a compresión simple de la roca.

Si el empuje sobrepasa la resistencia a compresión de la roca, se producirán unas

grietas debajo del cortador que se propagan hasta que la roca rompe.

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También es importante la separación entre los cortadores para que las grietas se unan y

la roca se rompa en lajas. Para rocas blandas hay un menor número de cortadores y más

espaciados que para rocas duras.

4.1. SONDEO PILOTO:

Se realizará con un diámetro función del diámetro del varillaje y del de escariado.

Es muy importante que el taladro se desvíe lo menos posible (1%). Entre los factores

que influyen en la desviación están:

Inclinación del taladro. A mayor inclinación, mayor desviación.

Empuje aplicado. Un empuje excesivo favorece la desviación. Hay que tener en

cuenta que a partir de cierta profundidad, el peso del varillaje puede superar el

empuje necesario; así la máquina en lugar de empujar deberá compensar el

exceso de peso.

Buzamiento de la formación. El taladro tiende a avanzar paralelamente al plano

de estratificación.

Dureza. Tiende a desviarse a zonas más blandas.

Diseño del varillaje. Barras de mayor diámetro mantienen mejor la dirección.

4.2. ESCARIADO O ENSANCHAMIENTO DEL TIRO PILOTO

Una vez perforado el tiro piloto y después de retirado el tricono, se procede a conectar

el cabezal o escariador provisto con cortadores, en la galería ubicada en el interior de

la mina, donde finalizó la perforación piloto.

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El escariador avanza en ascenso, excavando la roca por corte y cizalle, al diámetro

final de la chimenea.

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Fuente: Atlas Copco.

Normalmente la presión de empuje en la etapa de escariado es de unas 5 veces mayor a

la etapa de perforación piloto.

Para retirar el escariador al final de la excavación existen 2 alternativas:

Bajar la columna de barras, desconectar y retirar el escariador por el fondo de la

chimenea o pique, a través de la galería inferior. En este caso será necesario dejar un

puente de roca, no excavado, en la parte superior de 2 a 3 metros dependiendo del

diámetro final de excavación y la calidad geomecánica de la roca excavada.

Excavar la chimenea completa, retirando el escariador por la parte superior de la

excavación. Normalmente es posible utilizar esta alternativa cuando el inicio de la

chimenea está en la superficie.

Para realizar esta operación se requiere montar el equipo Raise Boring en vigas metálicas

que atraviesen la excavación circular abierta en superficie, sostener el escariador

desconectado de la columna mediante una grúa, retiro del equipo, para finalizar con el

retiro del escariador.

4.3. RELACIÓN ENTRE EL DIÁMETRO DE PERFORACIÓN PILOTO Y DIÁMETRO DE

. ESCARIADO

Existirá una relación entre los diámetros de perforación que será determinante para la

elección del material de perforación, en la excavación.

Relaciones de diámetros de trabajo.

Ø de chimenea (m) Ø perforación piloto (cm)

1,50 31,12

1,80 31,12

2,10 31,12

2,50 31,12

2,70 34,93

3,00 34,93

3,50 34,93

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4,00 38,10

4,50 38,10

5,00 38,10

6,00 38,10

En la práctica, se ha determinado que hasta 2,5 metros de diámetro final de excavación,

utilizar un diámetro de perforación del piloto de 31,12 cm es adecuado. Para diámetros

finales de excavación de 2,7 m a 3,5 m se utiliza perforación con tricono de 34,93 cm de

diámetro. Sobre 3,5 m de diámetro final de excavación y hasta 6,0 m de diámetro se

utiliza normalmente, perforación con tricono de 38,10 cm.

En la Tabla se indican los diámetros de chimeneas más frecuentes y los diámetros de

perforación piloto utilizados.

Chimeneas de ventilación

Por la calidad de la excavación, al dejar paredes lisas, se disminuye notablemente la

pérdida de carga, disminuyendo la sección de la labor de ventilación que permita pasar el

mismo flujo de aire, respecto de una labor excavada con explosivos.

Chimeneas de traspaso de mineral

Al tener paredes lisas aumenta el deslizamiento del material al pasar por la chimenea,

aumentando la eficiencia de traspaso y disminuyendo las posibilidades de atascamiento.

Chimeneas de cara libre

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Una buena alternativa para la construcción de chimeneas de cara libre por la rapidez y

exactitud de la excavación que favorece la eficiencia del diagrama de disparo de

producción.

Chimeneas de servicio y acceso

Por su terminación y en diámetros pequeños, son una excelente alternativa para el paso a

diferentes niveles de servicios como agua, aire comprimido, drenajes y cables de energía

eléctrica. Como acceso de personal son más seguras por su mayor estabilidad de la

pared de roca

5. BIBLIOGRAFIA:

Departamento Técnico Microtúneles Sonntag; SISTEMA DE EXCAVACION:

RAISE – BORING

Raise boring equipment

Atlas Copco Raise Boring

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