Perforación de rocas

CURSOCURSO
PERFORACIÓN DE ROCASPERFORACIÓN DE ROCAS

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CONTENIDOS GENERALES
Objetivos del curso
Introducción
Unidad 1.- Perforación de rocas
.
Unidad 2.- Peligros asociados a la Perforación de rocas.

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OBJETIVOS DEL CURSO
Al finalizar los participantes serán capaces de:
• Conocer los conceptos básicos sobre la Perforación de rocas.
• Dar a conocer los métodos y sistemas utilizados en la
Perforación.
• Señalar equipos, herramientas y elementos usados en la
perforación de rocas y su incidencia en la prevención de
riesgos para las personas.
• Conocer los peligros asociados a esta operación minera.

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INTRODUCCIÓN
Dentro del proceso de extracción de rocas, en minas metálicas y
no metálicas, es necesario realizar distintas operaciones
mineras, la primera de ellas es la Perforación de roca, la cual
tiene como finalidad realizar un orificio en la roca, llamado pozo
o tiro. Para llevar a cabo esta operación se necesita de un
equipo o perforadora y los aceros de perforación junto con sus
accesorios.
Una vez perforado un pozo se realiza la Tronadura de la roca
con ayuda de explosivos y accesorios específicos, que en
espacio adecuado y cantidad suficiente pueden fragmentar el
macizo rocoso.

OPERACIONES EN LA EXPLOTACIÓN DE MINAS
PERFORACIÓN
ARRANQUE
EXPLOTACIÓN TRONADURA
DE MINAS
CARGUIO
MANEJO DE
MATERIALES
TRANSPORTE
OPERACIONES
AUXILIARES
CÁTEDRA: SISTEMAS DE EXPLOTACIÓN MINERA
 Ventilación
 Fortificación
 Drenaje
 Suministro de Energía
 Suministro de Aire
 Suministro de Agua

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UNIDAD 1UNIDAD 1
PERFORACIÓN DE ROCASPERFORACIÓN DE ROCAS
1.- Clasificación de las rocas.
1.1.- Rocas Ígneas
1.2.- Rocas Sedimentarias
1.3.- Rocas Metamórficas
2.- Características principales de las rocas.
2.1.- Dureza
2.2.- Densidad
2.3.- Compactación
2.4.- Humedad
2.5.- Textura
2.6.- Fisuramiento
3.- Clasificación de las perforaciones
4.- Fundamentos teóricos de la perforación
4.1.- Sistemas de perforación de rocas
4.2.- Componentes del sistema mecánico de perforación
4.3.- Método de perforación Rotopercutivo
5.- Equipos de perforación
5.1.- Equipos de perforación en operaciones a cielo abierto
5.2.- Equipos de perforación en operaciones subterráneas.

1.- Clasificación de las rocas
El proceso de arranque de un mineral de interés se inicia con la
perforación de una roca determinada. La roca posee características
específicas que la hacen particular al momento de quebrarla con la
ayuda de elementos que venzan su resistencia, como es el caso de los
explosivos.
En la naturaleza existen diferentes tipos de rocas, las cuales según su
origen se pueden clasificar en: Ígneas, Sedimentarias y
Metamórficas.

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1.1.- Rocas Ígneas
Son las formadas por solidificación de una mezcla fundida, denominada
magma, compuesta por sustancias, mayormente con sílice en estado
sólido (Rocas), líquido y gaseoso.
Se pueden subdividir en dos grandes grupos:
a) Rocas intrusivas o plutónicas (magma no llega a la superficie)
b) Rocas extrusivas o volcánicas (magma llega a la superficie)
· Efusivas o lavas
(corrientes de lavas vertidas sobre la superficie)
· Piroclásticas o volcanoclásticas
(fragmentos de rocas lanzados al aire durante una erupción)

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a) Rocas Ígneas intrusivas o plutónicas
Estas rocas se forman por enfriamiento del magma dentro de la corteza
terrestre y se distinguen por tener cristales grandes y una matriz sin poros.
Granito Gabro Peridotita
Dureza de estas rocas: 170 Mpa (Diorita) a 350 Mpa (Gabro y Granito).

b) Rocas Ígneas extrusivas o volcánicas
Estas rocas se forman por enfriamiento del magma fuera de la corteza
terrestre y se distinguen por tener cristales pequeños y una matriz porosa.
Del punto de vista minero son de poca relevancia.
· Rocas Igneas Efusivas o lavas
Son las que se originan a partir del
enfriamiento de las corrientes de
lavas vertidas sobre la superficie.
· Rocas Igneas Piroclásticas o volcanoclásticas
Son las formadas al enfriarse luego de que
porciones de lava son lanzadas al aire durante
una erupción.
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Pomez
Dureza de estas rocas: 120 Mpa (Riolita) a 400 Mpa (Andesita).
Basalto Andesita Porfídica

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b) Rocas Ígneas extrusivas o volcánicas
Andesita Porfídica
La Andesita es la roca ígnea que comúnmente contiene los
yacimientos de cobre ubicados en nuestra Cordillera de Los Andes.
Se pueden distinguir en ella una matriz oscura de material silicio y
cristales denominados fenocristales; por estas cualidades se
denomina Andesita Porfídica.
Andesita Porfídica Esquema de un yacimiento
tipo pórfido cuprífero
Ejemplo de
yacimientos
porfídicos son:
•El Teniente,
•Andina.

1.2.- Rocas Sedimentarias
Estas rocas que formaron por fenómenos de alteración, transporte y
sedimentación de rocas ya formadas.
Su importancia económica radica en que ayudan a formar y contener
combustibles como carbón, petróleo y gas natural; así como también
entregan la materia prima para la industria de la construcción, como
arenas, gravas, calizas; también se emplean como rocas ornamentales.
Se pueden subdividir en dos grandes grupos:
a) Rocas detríticas o clásticas
(formadas por precipitación lenta del material transportado).
b) Rocas químicas o no clásticas
(en la sedimentación y transporte intervienen procesos químicos).
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Dureza de estas rocas: entre 70 Mpa (Pizarra) a 255 Mpa (Arenisca).

a) Rocas sedimentarias detríticas o clásticas
El proceso de sedimentación se produce por la disminución en la
velocidad del agente de transporte.
El sedimento se denomina detrítico o clástico.
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Conglomerados Arenisca Brecha Lutita

b) Rocas sedimentarias químicas o no clásticas
En la sedimentación de formación de estas rocas juegan un papel
determinante los procesos químicos y/o la acumulación de restos
orgánicos.
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Yeso Caliza Coquina Carbón
de Huya

1.3.- Rocas Metamórficas
Estas rocas se forman por acción de altas temperaturas y presiones a
gran profundidad en la corteza terrestre, provocando cambios en una
roca pre-existente, siendo ígnea, sedimentaria u otra metamórfica.
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Rocas Igneas,
Sedimentarias o
Metamórficas
Presión
Temperatura
Ejemplo:
Rocas
Metamórficas
Caliza (sedimentaria) Marmol

Rocas Metamórficas (propiedades)
Estas rocas presentan durezas muy variadas, dependiendo de su
proceso de formación. Sus resistencias a la compresión van desde los
30 Mpa (serpentinas), hasta los 400 MPa (esquistos).
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Silex Mármol Esquisto
micáceo
Gneis

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2.- Características principales de las rocas
Cada roca presenta distintas características geológicas y mecánicas
específicas que determinan en definitiva la forma de fracturarla
mediante explosivos industriales. Algunas propiedades de la roca son:
a.- Dureza
b.- Densidad o peso específico.
c.- Compactación y porosidad.
d.- Humedad
e.- Textura
f.- Fisuramiento

2.1.- Dureza
La dureza de la roca se define como la resistencia que ella ofrece a ser
penetrada por un elemento mas duro, por lo que a mayor dureza de
roca se tendrá menor rendimiento de perforación. Su unidad de medida
es el Mega Pascal (MPa), el cual se determina sometiendo una muestra
cilíndrica de roca (probeta) a la compresión ejercida por una prensa
hasta alcanzar el punto de ruptura de dicha muestra rocosa.
Esta propiedad se clasifica según la “escala de dureza de Mohs”, la cual
se muestra a continuación:
CLASIFICACIÓN
DUREZA
MOHS
RESISTENCIA A LA
COMPRESION
(Mpa)
Muy dura +7 +200
Dura 6-7 120-200
Medio dura 4-5-6 60-120
Medio blanda 3-4-5 30-60
Blanda 2-3 10-30
Muy blanda 1-2 -10

2.2.- Densidad o Peso Específico
Se define como la relación entre la masa del material y su volumen,
siendo un factor ampliamente usado como indicador de la dificultad con
la que se rompe la roca. Se muestra a continuación la densidad de
algunas rocas.
NOMBRE DE LA
ROCA
DENSIDAD
(Ton/m3
)
Arcilla 1,8
Arenisca 2,2 a 2,5
Andesita 2,2 a 2,8
Basalto 2,8 a 3.3
Caliza 2,6 a 2,9
Conglomerado 2,3 a 2,8
Cuarcita 2,4 a 2,7
Diorita 2,7 a 2,9
Granito 2,6 a 2,8
Marmol 2,6 a 2,7
Pizarra 2,7 a 2,8

2.3.- Compactación y Porosidad
Compactación es la relación entre la densidad aparente (incluye poros)
y la densidad real de una roca (roca sin poros), mientras que la
porosidad es la relación del volumen total de los orificios existentes en
una roca y su volumen aparente. Las rocas que presentan baja
densidad, y por ende son más porosas, tienen una menor resistencia a
la trituración y son más fáciles de perforar.
2.4.- Humedad
Todas las rocas poseen un grado de humedad por el agua retenida en
sus poros e intersticios. El grado de humedad se calcula determinando
el peso de una porción de roca en estado natural y comparándola con el
peso de la misma porción de roca tratada con un proceso de secado.
A mayor porcentaje de humedad en la roca mejores rendimientos de
perforación, pero se debe tener en cuenta al momento de elegir el
explosivo para romper la roca.

2.5.- Textura
Se entiende por textura a la apariencia de la roca dada por las
características físicas de sus componentes. Estas características son
principalmente el tamaño, forma y disposición de los minerales que
constituyen las rocas.
Esta propiedad tiene una influencia significativa en el rendimiento de la
perforación.
Algunos tipos de texturas:
*Textura tabular: todos los cristales son de igual tamaño.
*Textura porfídica: cristales grandes (fenocristales) englobados en
matriz de cristales más pequeños, es la textura de las andesitas.
*Textura vesicular: típica de la escoria volcánica. Presencia de
cavidades o vacuolas rellenas de gas. El mejor ejemplo son las
piedra pómez.

2.6.- Fisuramiento
El macizo rocoso no es una estructura sólida homogénea, posee rasgos
variables entre muestras de rocas del mismo tipo. Se pueden identificar
estructuras de distinto tamaño, algunos planos de fatiga, presencia de
agua y otros parámetros que hacen variar su comportamiento tanto en
el uso de explosivos como en la perforación de la roca, aprovechando
estos planos de fracturamiento en la dirección de propagación de las
ondas generadas por el explosivo.

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3.- Clasificación de las perforaciones
Las perforaciones se pueden dividir en tres grandes grupos dependiendo de:
Método utilizado, de la máquina y del tipo de trabajo a realizar.
1.- Según método mecánico de perforación:
a) Métodos rotopercutivos (donde se combinan la rotación y percusión).
b) Métodos rotativos (se aplica rotación sobre elemento de corte).
2.- Según el tipo de máquina utilizada:
a) Perforación manual (equipos ligeros, minería pequeña y mediana).
b) Perforación mecanizada (equipos móviles montados sobre estructuras).
3.- Según el tipo de trabajo a realizar:
a) Perforación de banqueo (tiros verticales de minas subterráneas y cielo abierto).
b) Perforación de avance de galerías y túneles (tiros horizontales subterráneo).
c) Perforación de producción (para desarrollar labores de extracción de mineral).
d) Perforación de chimeneas y piques (tiros verticales de minas subterraneas).
e) Perforación con recubrimiento (tiros para captación de aguas).

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La perforación de rocas es el primera operación a realizar en un ciclo de
desarrollo de una labor minera, y está fundamentada en concentrar una
gran cantidad de energía en una superficie pequeña con el fin de vencer
la resistencia de la roca a perforar con lo cual es posible alojar cargas
explosivas y sus accesorios iniciadores.
CICLO DE
DESARROLLO DE
LABOR MINERA

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4.1.- Sistemas de perforación de rocas
Existen muchos sistemas de perforación de rocas, los cuales se clasifican según
el orden de aplicación. Estos sistemas se muestran a continuación:
D.- Sónicos: Vibración de alta frecuencia
E.- Químicos: Micro voladura
Disolución
F.- Eléctricos: Arco eléctrico
Inducción Magnética
G.- Sísmicos: Rayo láser
H.- Nucleares: Fusión
Fisión
A.- Mecánicos: Percusión
Rotación
Rotopercusión
Rotoabrasivo
B.- Térmicos: Soplete o lanza térmica
Plasma
Fluido Caliente
Congelación
C.- Hidráulicos: Chorro de agua
Erosión
Cavitación.

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4.2.- Componentes del sistema mecánico de perforación
Actualmente en minería el sistema de perforación mas utilizado es el Mecánico,
cuyos componentes principales son:
•La Perforadora (Fuente de energía mecánica),
•Varillaje (Medio de transmisión de la energía),
•El Bit (Acero que ejerce la energía sobre la roca),
•Fluido de barrido (evacúa y limpia el detritus producido).

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Dentro del sistema Mecánico se encuentra el método de perforación
Rotopercutivo, en el cual se combinan las fuerzas de rotación sobre el elemento
cortante y la presión ejercida sobre dicho elemento, conocida como percusión,
lograda por la fuerza de un pistón o martillo. Este método se subdivide en
perforación con Martillo en Cabeza y Martillo en Fondo.
En la perforación con martillo en cabeza las acciones de rotación y percusión se
desarrollan fuera del pozo, por lo que la transmisión de energía se realiza por
medio del varillaje hasta el bit o broca de perforación.
Al usar martillo en fondo la percusión se realiza directamente sobre el bit dentro de
la sarta de perforación, mientras que la rotación se efectúa fuera del pozo.

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Perforación con Martillo
en Cabeza
(TopHammer)
Perforación con Martillo
en Fondo
(Down The Hole)

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4.4.- Método de perforación Rotativa
También se utiliza la perforación rotativa, la cual permite realizar pozos de mayor
diámetro en minas a cielo abierto y alcanzar altas velocidades de penetración.
En la perforación rotativa intervienen las siguientes variables controlables por el
operador:
•Empuje sobre la broca,
•Velocidad de rotación,
•Desgaste en la boca,
•Diámetro del pozo y
•Caudal de aire para retiro del detritus.
Este método se subdivide en rotación por trituración y rotación por corte.
La perforación rotativa por trituración se genera por transmisión de la energía de
rotación y avance (pull dawn) por medio del conjunto de tubos de perforación
hacia la broca que está en contacto con la roca pulverizándola.
En la perforación rotativa por corte actúan las mismas fuerza del método anterior
con la generación de astillas.

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4.4.- Método de perforación Rotativo
Perforación Rotativa
(Rotary Drilling)
Perforación Rotativa
Asistida por Percusión
(Percussion Assisted
Rotary Drilling)

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