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Raise
Borer y Blind Hole: "Tecnologías Seguras para la Excavación
de Chimeneas y Piques de Traspaso"
Introducción: La necesidad de ir incorporando técnicas de excavación de chimeneas y piques mineros más seguros y de mayor productividad ha privilegiado, en los últimos años, en nuestro país, la utilización de las tecnologías Raise Borer y Blind Hole en las diferentes compañías mineras del país. La tecnología
Raise Borer llega a Chile en los años 70 con la incorporación
de un equipo Raise Borer en Mina El Salvador el cual excava diversas
chimeneas para esa División de Codelco y presta servicios esporádicos
a faenas mineras en Copiapó. A la fecha cuenta con 12 equipos Raise Borer operando en Chile, Perú y Brasil. Adicionalmente, entre los años 1997 y 1998, Kala S.A. trae a Chile tres equipos con tecnología Blind Hole para excavaciones de 1,5 y 0,7 metros de diámetro, iniciando en mina El Teniente operaciones con altos niveles de seguridad en zonas donde el fenómeno de explosiones de roca, amenazaba frecuentemente con accidentes graves al personal que utilizaba los métodos manuales de excavación. Hoy ambos métodos están consolidados en nuestro país, desplazando a otras tecnologías como la construcción de chimeneas con Jaula Trepadora Alimak o Vertical Crater Retreat (VCR) principalmente por la seguridad y productividad en las operaciones.
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 piloto
desde una superficie superior, donde se instala el equipo, hasta un
nivel inferior. Dependiendo de las características del equipo el motor eléctrico puede ser de 150 HP a 500 HP, este rango de potencias irá directamente en relación con el diámetro final de escariado y la longitud del pique o chimenea. En este método de excavación de chimeneas se necesitará contar con dos superficies de trabajo: Al inicio de la excavación, en la parte superior y al final de la excavación en la parte inferior. Es decir el método será aplicable para excavaciones en interior de la mina entre 2dosgalería o desde superficie a una galería ubicada al interior de la mina. 1.1. Perforación de un tiro piloto Realizada en forma descendente, vertical o inclinada, utilizando como herramienta de corte un tricono de rodamientos sellados. El avance de la perforación se logra, agregando barras a la columna de perforación, la cual se estabiliza con barras estabilizadoras de piloto. El detritus producto de la perforación es barrido con agua a presión impulsada por bombas de 37 a 50 KW de potencia, extrayéndolo por el espacio anular que queda entre la pared del pozo y la columna de barras de perforación. Una altura de salida
del flujo de agua, con detritus, o " bailing", de 10 a 12
cms., medida de la salida del pozo, nos indicará un buen barrido.
Bajo ese valor será necesario revisar posibles inconveniente
como: pérdidas de agua por el fondo, falta de volumen de agua
para barrer o aumento de densidad del material a extraer. Normalmente junto al equipo será necesario tener dos piscinas de unos 15 m3 cada una para almacenamiento y recirculación de agua utilizada en el barrido de los detritus. En caso de tener
un tipo de roca muy disgregable, en que el barrido con agua no sea adecuado,
será necesario utilizar aire comprimido a alta presión
para esta operación. La deflexión o desviación del tiro piloto dependerá de la pericia de operación y de la calidad del macizo rocoso a perforar. La presencia de diques, fallas o discontinuidades en general, tenderá a provocar mayores desviaciones. 1.2 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. El escariador avanza en ascenso, excavando la roca por corte y cizalle, al diámetro final de la chimenea. 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 del pique o chimenea está en la superficie.
Existirá una relación entre los diámetros de perforación que será determinante para la elección del material de perforación, en la excavación. En la práctica se ha determinado que hasta 2,5 metros de diámetro final de excavación, utilizar un diámetro de perforación del piloto de 12 ¼ pulgadas es adecuado. Para diámetros finales de excavación de 2,7 mts. a 3,5 mts. se utiliza perforación con tricono de 13 ¾" de diámetro. Sobre 3,5 mts. de diámetro final de excavación y hasta 6,0 mts. de diámetro se utiliza normalmente, perforación con tricono de 15". En la tabla a continuación se indica los diámetros de chimeneas más frecuentes y los diámetros de perforación piloto utilizados.
Los siguientes son los componentes principales que forman un equipo Raise Borer · 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 RPM y en la etapa de escariado a 8 RPM. Normalmente en potencias de 150 HP a 500 HP, 750 RPM y 550 o 380 Volt, dependiendo del tipo de equipo. · 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. · Sistema de Empuje electrohidráulico. Conjunto de bombas hidráulicas y electroválvulas de alta presión, alrededor de 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 megapascales Escariado : 4 a
20 megapascales 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. · 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. · Conjunto Eléctrico Sistema de componentes eléctricos compuestos por transformadores, sistemas de partidas suaves, "soft starter", 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. · Columna de perforación. Formada básicamente
por barras, estabilizadores de piloto y de escariado, cross over, stem
bar y barra de partida. Habitualmente una barra de 11 1/4" de diámetro y 1,50 mt. de longitud tiene un peso de 420 kgs. Una barra similar a la anterior pero de 10" de diámetro pesa 260 kgs.
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 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. 1.5 Estación de Trabajo. La Estación de Trabajo podrá estar ubicada en superficie o interior de la mina. Para estaciones en superficie se requiere una plataforma de unos 100 m2 de superficie donde se ubicará la losa de concreto donde se anclará el equipo Raise Borer. Los diferentes modelos de equipo Raise Borer definen alturas mínimas de operación y área de trabajo en interior mina. A continuación se entrega las dimensiones de estaciones respecto de diferentes modelos de equipos.
La base de apoyo del equipo debe ser construida en un hormigón simple tipo H-30 y debe asegurarse la perfecta adherencia del concreto con el piso de roca.
El rendimiento en la excavación de chimeneas con equipos Raise Borer es variable y dependerá fundamentalmente de la calidad geomecánica de la roca, la profundidad del pique o chimenea y por supuesto del diámetro final de excavación. Por ejemplo faenas
como la que opera Minera Maipo en Alhue, el yacimiento tiene zonas con
alta resistencia a la compresión uniaxial alrededor de 300 a
400 Mpa, en la cual el rendimiento de excavación a diámetro
final de 1,5 mt., aplicando altas presiones de empuje, no llegaba a
4 mts por turno, en turnos de 8 horas, con penetraciones de 3 cm. cada
6 minutos. En cambio excavando a diámetro final de 3,0 mt. en zonas de calizas en Minera Punta del Cobre, donde la resistencia a la compresión uniaxila de la roca llegaba a 160 megapascales, se logran hasta 8 mts por turno con penetraciones de hasta 6 cms. cada 6 minutos. En general podemos indicar los siguientes rendimientos netos para rocas competentes con una resistencia a la compresión uniaxial de hasta 180 Mpa. Perforación
Piloto 12 ¼" : 12 a 20 mts. por día Escariado a 1,5
mt : 12 a 20 mts. por día Estos rendimientos son netos, consideran una operación de 16 horas por día y son producto de la experiencia en excavaciones en diferentes faenas de Chile.
Las operaciones con equipos Raise Borer requieren establecer estándares y procedimientos estrictos que permitan tener operaciones seguras y confiables. Entre los mayores riesgos que se pueden mencionar es la rotura de la columna en alguna de las etapas con la consiguiente caída de las barras o escariador al nivel inferior. Las actividades principales, entre otras, que es necesario realizar antes en este tipo de operaciones son: · Detección
de fisuras en el material de perforación mediante test de ultrasonido,
líquidos penetrantes y partículas magnéticas. 1.8 Aplicaciones del Método. El método es aplicable con gran éxito en las siguientes actividades mineras: · Chimeneas de Ventilación: Por la calidad de
la excavación, al dejar paredes lisas, se disminuye notablemente
· 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: 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. 1.9 Bondades del Método · Método
altamente seguro para el personal, ya que todo el comando de la excavación
se realiza a través de un panel de control fuera de la línea
de caída del material.
2.1 Descripción del Método. Consiste en la utilización de una máquina electrohidráulica para las excavación de chimeneas en forma ascendente. En esta metodología el equipo se instala en el nivel inferior y la operación consiste en perforar el tiro guía 60 centímetros adelantado al escariador, que va excavando a sección completa, posteriormente, en forma solidaria. El material excavado cae por gravedad al nivel de la máquina y será guiado por un colector para prevenir riesgos. El empuje se obtiene de los sistemas hidráulicos de bombas de alta presión y la rotación de un motor eléctrico de 250 HP, para el caso del equipo Robbins 52-R, que va con la transmisión inmediatamente bajo el escariador. En el caso del equipo Master Drilling RD-2000, se utilizan motores hidráulicos para el empuje y rotación. Para alcanzar la altura de excavación se adicionan en el cuerpo de la máquina, a nivel de piso barras especiales, estabilizadas, que permiten ir avanzando en altura con el desarrollo de la chimenea. La autonomía del método es de hasta 100 metros de altura. Los equipos disponibles en Chile son para diámetros de 0,7 y 1,5 mts. 2.2 Estación de Trabajo Se ubica en la galería base y sus dimensiones serán de acuerdo al tipo de equipo. Equipo RD 2000 para 0,7 mt de diámetro Altura de Operación:
4,2 mt Equipo Robbins 52-R para 1,5 mt Altura de Operación
: 6,2 mts La base de concreto será en hormigón simple tipo H-25, debiéndose asegurar la perfecta adherencia a la roca del piso. 2.3 Rendimientos Esta tecnología ha funcionado con singular éxito en la División El Teniente de Codelco disminuyendo notoriamente los riesgos de excavación de chimeneas ascendentes, por caída y explosión de rocas. Los rendimientos netos alcanzados son: Equipo RD-2000 : 6,0 mts por día Equipo 52-R : 7,3 mts por día En ambos casos se ha considerado una operación de 16 horas por día.
· Detección
de Fisuras en componentes y material de perforación utilizando
técnicas de ultrasonido, líquidos penetrantes y partículas
magnéticas
· Chimeneas
Pilotos Zanjas · Pilotos
de Drenaje o Servicios · Chimeneas
de Traspaso Intermedio. · Chimeneas para Cara Libre o Slot. Excavadas en 1,5
mt. de diámetro y actúan como cara libre para la excavación
del nivel de hundimiento. Construidos en Mina El Teniente y que consisten en dos chimeneas en Y, desarrolladas desde la base, que se utilizan como sistemas de traspaso y carga de material. Corresponden a los llamados Play-Feeder. En general este método ha sido aplicado con mucho éxito en los diferentes proyectos en Mina El Teniente, por su alta productividad y seguridad en las operaciones. 2.6 Bondades del Método · Método
altamente seguro para el personal de operaciones ya que todo el manejo
de la excavación se realiza a través de un panel de control
fuera de la línea de caída de la roca. 3.- Comentarios Finales. · La incorporación de sistemas mecanizados en la excavación de chimeneas ya sea utilizando las técnicas Blind Hole o Raise Borer contribuyen a un trabajo seguro para el personal, equipos y materiales especialmente en aquellos macizos rocosos de mala calidad geomecánica. · La productividad que se pude lograr con estos métodos es significativamente alta, y no son comparables con los métodos tradicionales de construcción de chimeneas con utilización de explosivos. · La calidad de terminación de las excavaciones son perfectas con lo cual los hace muy atractivos para los sistemas de ventilación, por la reducción de la pérdida de carga y la consiguiente disminución de la potencia necesaria en los sistemas de ventilación. · De igual forma, la calidad de terminación de las paredes, contribuye a tener piques de traspaso más fluidos, disminuyendo riesgos por atascamiento de la roca. · La incorporación del método Raise Borer en la excavación de chimeneas slot, o de cara libre, contribuye a contar con chimeneas más regulares, produciendo un mayor rendimiento en las tronaduras de producción o apertura de caserones mineros. · El entrenamiento y la capacitación del personal estos métodos es fundamental para el éxito de las operaciones. · Raise Borer
y Blinde Hole son tecnologías limpias, no contaminantes al basar
su operación en técnicas de corte y cizalle sin utilizar
explosivos y la consiguiente producción de gases de tronadura. |
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