Download Accesorios perforacion rotopercutiva

Capítulo 3
ACCESORIOS
1.
DE PERFORACION ROTOPERCUTIVA
INTRODUCCION
Para realizar un trabajo de perforación específico
pueden elegirse diversas combinaciones de accesorios. Los factores que hay que considerar en la selección de sus componentes son: diámetro de los barrenos y longitudes, estructura, resistencia y abrasividad
de las rocas, tamaño y potencia de la perforadora,
experiencias anteriores y facilidades de suministro.
La sarta de perforación está constituida generalmente por los siguientes elementos: adaptadores de
culata (1), manguitos (2), varillas de extensión (3) y
bocas (4). Fig. 3.1.
Los aceros empleados en la fabricación de estas
herramientas deben ser resistentes a la fatiga, a la
flexión, a los impactos y al desgaste en las roscas y
culatas.
Lo ideal es usar aceros con un núcleo no muy duro y
una superficie
endurecida
y resistente al desgaste.
Esta estructura se consigue en la práctica de dos formas:
a)
Aceros con alto contenido en carbono. Como el
empleado en las barrenas integrales.
La dureza
deseada se consigue controlando
la temperatura
en el proceso de fabricación.
La parte de la culata
se trata por separado para conseguir una alta resistencia a los impactos.
b)
Aceros de bajo contenido en carbono. Usados en
varillas, adaptadores,
manguitos
y bocas. Son
aceros que contienen
pequeñas cantidades
de
cromo o níquel, manganeso y molibdeno.
Los tratamientos
suelen ser:
a los que sé someten
2
~
~
~:~
-J
~~~
3
[~;~~~
1L-~~O
~~
3
2
los aceros
4
Figura 3.1. Sarta de perforación.
-
-
-
Endurecimiento superficial HF (Alta Frecuencia).
Calentamiento rápido hasta 900°C y enfriamiento
brusco en agua. Se obtiene una alta resistencia a la
fatiga y se aplica en varillas, manguitos y algunas
bocas.
Carburación. Aumento del contenido de carbono
en la superficie del acero introduciendo las piezas
durante algunas horas en un horno con una atmósfera gaseosa rica en carQono y a una temperatura de 925°C. Se usa en las varillas y culatas para
conseguir una alta resistencia al desgaste.
Bombardeo con perdigones de acero para aumentar la resistencia a la fatiga en los materiales no
sometidos a los tratamientos anteriores.
-
Protección frente a la corrosión, mediante fosfatación y aplicación de una fina capa de acero.
En cuanto al metal duro de los botones e insertos de
las bocas, se fabrica a partir de carburo de tungsteno y
cobalto por técnicas de polvometalotecnia. Este material se caracteriza por su alta resistencia al desgaste y
tenacidad,
y pueden
conseguirse
diferentes
combina-
ciones variando el contenido en cobalto, entre un 6 y
un 12%, y el tamaño de los granos del carburo de
tungsteno.
La unión entre el acero y el metal duro se puede
hacer con soldadura en las bocas de insertos y por
contracción o presión en el caso de las bocas de botones.
57
Foto 3.1. Accesorios de perforación (Cortesia de Kometa).
2.
TIPOS DE ROSCAS
Las roscas tienen como función unir las culatas, los
manguitos, las varillas y las bocas durante la perforación. El ajuste debe ser eficiente para que los elementos de la sarta se mantengan bien unidos en el fin de
conseguir una transmisión directa de energía. Sin
embargo, el apriete no debe ser excesivo pues dificultaría el desacoplamiento
del conjunto de varillas
cuando éstas fueran retiradas del barreno.
Las características que determinan si las varillas son
fácilmente desacoplables o no son: el áO9,ulodel perfil
y el paso de rosca. Un paso mayor junto a un ángulo de
perfil menor hará que la rosca sea fácil de desacoplar,
comparando roscas de un mismo diámetro.
Los principales
tipos de rosca son:
Rosca R. (Soga). Se usa en barrenos pequeños
con varillas de 22 a 38 mm y perforadoras potentes de rotación independiente con barrido de aire.
'¡'
~
T
PAR DE APRIETE
Figura 3.2.
58
Tipos de roscas (Atlas Capeo).
R
C
GD
Tiene un paso corto de 12,7 mm y un ángulo de
perfil grande.
-
-
Básicamente, existen dos tipos de adaptadores, Fig.
3.4. 1) De arrastre Leyner y 2) Adaptadores estriados.
Rosca T. Es adecuada para casi todas las condiciones de perforación y se usa en diámetros de
varillas de 38 a 51 mm. Tiene un paso mayor y un
ángulo de perfil menor que hace más fácil el desacoplamiento que con la rosca R, y además uno de
los flancos presenta un gran volumen de desgaste
que le proporciona una gran duración.
Rosca C. Se usa en equipos con varillas grandes de
51 y 57 mm. Tiene un paso grande y ángulo de perfil
semejante al de la rosca anterior.
Rosca GD o HI. Tiene unas características intermedias entre la rosca R y la T. Posee un diseño de perfil asimétrico denominado de diente de sierra y se
usa en diámetros de 25 a 57 mm.
-~~
1ill
h
~0J
~~
~
....
d
L
ADAPTADOR LEYNER
S~=1
~~
b
rn
I
ADAPT ADORES ESTRIADOS
Figura 3.4. Adaptadores
de culata
El primer tipo es usado con varillas de 25 y 32 mm,
mientras que los adaptadores de estrías se emplean
con diámetros de 38, 44 Y 50 mm, con martillos de rotación independiente y teniendo entre 4 y 8 estrías. En las
modernas perforadoras con una potencia de impacto de,
al menos, 18 kW los adaptadores
se diseñan sin cola
Figura 3.3. Perfiles de las roscas R, T, e y GD.
Cuando se perforan ciertas rocas blandas las roscas
pueden tener una longitud doble, de esta forma cuando
se gesgasta el primer tramo se corta y se continúa trabajando con el segundo.
También existen roscas especiales, como la rosca en
espiral a todo lo largo de la varilla. También presentan la
ventaja de mayor aprovechamiento,
al irse cortando los
tramos gastados, pero el inconveniente de no trabajar
con longitudes estándar. Los diámetros de estas varillas
disponibles son 32, 38 Y 45 mm.
Figura 3.5. Adaptador con barrido lateral.
Otro diseño, como se ve en el siguiente epígrafe,
consiste en las varillas que poseen en un extremo una
culata. Fig. 3.6. Se usa en las perforadoras
manuales o
con los martillos más pequeños en diámetros de 19, 22
Y 25 mm con sección transversal hexagonal.
3. ADAPTADORES
Los adaptadores de culata o espigas son aquellos
elementos que se fijan a las perforadoras para transmitir
la energía de impacto, la rotación del varillaje y el empuje.
-
zona delgada detrás de las estrías -, reforzándose así la
superficie de impacto.
El sistema de barrido puede ser central, en cuyo caso
los adaptadores disponen de una empaquetadura o
sello interior que es el elemento que entra en contacto
con la aguja de soplado, o lateral, Fig. 3.5, teniendo
entonces un orificio entre las estrías y la rosca por el
que entra el fluido de barrido a través de un dispositivo
con empaquetaduras adosado concéntricamente con
el adaptador.
1:
~
l2
r~~i~~
Figura 3.6
Varilla con culata.
59
4. VARILLAJE
Los elementos
neralmente,
-
Varillas
-
Tubos.
de prolongación
de la sarta son ge-
Recientemente, han aparecido en el mercado las varillas de acoplamiento integrado e), que permiten una
manipulación más sencilla, eliminan el uso de manguitos, la transmisión de energía es mejor, los barrenos
son más rectos y la operación más segura. El precio de
estas varillas es equivalente al de una convencional
más un manguito, pero presentan el inconveniente de
que en caso de rotura en las uniones se utilizan.
o barras.
Las primeras son las que se utilizan cuando se perfora con martillo en cabeza y pueden tener sección
hexagonal o redonda. Las varillas tienen roscas externas macho y son acopladas por manguitos.
c::;]
Dentro del varillaje para túneles y galerias se dispone
de diversos tipos entre los que destacan: las varillas de
extensión ligera f) uno de cuyos extremos tiene rosca
de mayor diámetro que el de la sección central de la
misma. La dimensión con la que se designan se refiere
al tamaño de la rosca en el extremo de la culata.
~
a) HEXAGONAL
¡¡,';;:; n CJ
Las barrenas integrales rascadas g) de sección hexagonal que disponen de boca de insertos en un extremo y rosca en el opuesto. Las varillas rascadas con
culata h) tienen una culata hexagonal en un lado y
rosca en el otro y las varillas cónicas con culata i).
Por último está el grupo de las barrenas integrales
con culata (Fig. 3.8), que a su vez se subdividen según
la forma de la boca y forma de los insertos,
Las barrenas integrales están ordenadas en series,
donde el diámetro
del inserto disminuye
conforme
aumenta la longitud de las mismas. Los principales
tipos son:
C)~
b) REDONDA
Y.JJJJJJJU0J1J1
c) ROSCADOBLE
c:J
c:J
JiJJJJ/JJJ!i!JJJ!Jl!J
~
~
d) LIGERA
t_LICJ
.) CON
ACOPLAMIENTO
CJI]
INTEGRADO
CJ1I::J
I'LI~""
,,"'" ":1
f)VARILLA
PARA TUNELES
y GALERIAS
~
g)BARRENA
INTEGRAL
~
Q
ROSCADA
CON CULATA
-
Barrenas de insertos múltiples. Se usan en la perforación mecanizada de rocas blandas y fisuradas.
-
Barrenas de botones. Se emplean en rocas poco
abrasivas de fácil penetración, como por ejemplo el
carbón.
-
Barrenas para trabajos en mármol.
cuatro insertos y canales especiales
los detritus.
~
~~
CON CULATA
~
;d
j) INTEGRAL
CON CULATA
u
~--_u
k) INTEGRAL
---~
CON BOCA DE TRES INSERTOS
~~~~:~::::¡;;;;;;~
1) REDONDA
CONTINUA
Figura
3,7
Tipos de varillas.
Las varillas de extensión de sección completa hexagonal a) o redonda b) (Fig. 3.7) tienen la misma dimensión en el centro de la varilla que en las roscas, En las
primeras el hexágono circunscribe al círculo que corresponde a las similares de sección redonda, por lo que
son más rígidas y también un poco más pesadas,
Cuando las condiciones
de perforación
son tales
que las vidas de las varillas dependen sólo del desgaste
de las roscas, se emplean varillas con roscas dobles c).
Así, cuando se gasta la primera parte de la rosca, ésta
se corta y se puede entonces seguir perforando con la
segunda parte.
Las varillas de extensión ligeras d) tienen secciones
tran)3versales,
normalmente
hexagonales,
menores
que las de la rosca, La designación
de este tipo de
varillas se refiere a las dimensiones
de las roscas.
60
Barrenas de tipo cincel. Son las más usadas y se
caracterizan
por su fácil afilado y bajo coste.
fJ1IXJ
h) ROSCADA
¡)CONICA
-
Disponen de
para evacuar
En la perforación a cielo abierto, generalmente, las
varillas hexagonales se usan con equipos ligeros y cambio manual, mientras que las de sección redonda se utilizan cuando las perforadoras disponen de cambiadores
En la Tabla 3.1. se indican los diámetros disponibles y
longitudes estándar de las varillas más comunes.
TABLA 3.1
TIPO DE VARILLA
Hexagonal, normal
Redonda, normal
Redonda, MF
DIAMETROS
DISPONIBLES(mm)
25,28,32,38
32,38,45,51
32,38,4551
LONGITUDES
DISPONIBLES(mm)
3050,3660
3050,3660,6100
3050,3660,6100
Por otro lado, en la Tabla 3.2. se recogen los diámetros del varillaje y longitudes máximas perforadas para
barrenos de diferente sección.
a
Till
+§I
A
B
B.
B2
B3
e
D
E
F
G
H
K
L
M
R
Q
{3
K
'
'
M
F-ml
B,
lB
D
Barra
Boca
Anchura de la boca
Anchura de la plaquita
Anchura del filo
Collar
Diámetro de la boca
Culata
Marca
Marca de la fecha
Altura de la plaquita
Capucha de plástico (para barrenas standard, capucha
amarilla para barrenas especiales, capucha roja)
Longitud efectiva
Marca que indica el diámetro de la boca
Radio del filo
Angula de holgura
Angula del filo
A
L
~
G'/11:J
e
'1
I
I '
I !
I
E
-1
K
!
I
Figura 3,8, Barrenas integrales (Sandvik-Coromant),
TABLA 3.2
DIAMETRODE
VARILLA
(mm)
(pulg)
25
28
32
38
45
51
1
1 1/8
1 1/4
1 1/2
1 3/4
2
DIAMETROS
DE BOCAS(mm)
38/41/45/51
38/41/45/51
48/51/57/64/76
64/70/76/89/102
76/89/102/115
89/102/115/127
LONGITUDMAXIMA
DE BARRENO
RECOMENDADA(m)
6...
8
8 n. 10
12 n. 15
15...
18
18 n. 22
25... 28
Con la aplicación de las perforadoras hidráuliéas con
martilloen cabeza a la perforación de barrenos de grandes diámetros, superiores a los 115 mm, se han diseñado recientemente unos tubos de perforación semejantes
a los que se emplean en los trabajos con martillos en
fondo.
.'
.~
~ ~"
.~
~ "':
1
Las principales ventajas de este varillaje tubular son:
1. Mayor rigidez. Se reducen las desviaciones y las
paredes irregulares de los barrenos al tener unos
diámetros mayores (76 a 165 mm).
2. Mejortransmisión de la energía al no ser preciso el
uso de manguitos.
3. Barrido más eficiente al mejorar la velocidad del
aire en el espacio anular y al poder aumentar la
cantidad de aire bombeado.
Figura 3.9.
Tubos de perforación (Tamrock).
61
En la Fig. 3.10 se indican los diámetros de los tubos
que se recomiendan en función del tamaño de los barrenos.
Los tamaños estándar, para cada diámetro de tubo, y
el peso aproximado del mismo se indica en la Tabla 3.3.
I
~a~~a,::m I
I
luboa
121100mm
I
TABLA 3.3
112151mm var.1
112176mm var.1
I lubos
121127mm I
1121152 mm tubos
I
I 0165mmtubos
112187 mm lub.1
76
I
los extremos. Próximo a estas zonas presentan unos
chaflanes o entalladuras para facilitar el empalme y desenroscado de los tubos.
DIAMETRO DE TUBERIA
LONGITUD
(mm)
(mm)
ROSCA
APIreg
PESO
(kg)
1500
3000
1500
3000
4500
1500
3000
6100
7600
6100
7600
23/s"
2 3/s"
2 3/s"
2 3/s"
2 3/s"
3'12"
3 ';2'
3 '/2"
3'12"
3 ';2'
3'12"
15
25
22
44
63
45
61
170
199
204
257
I
76
76
89
89
89
114
114
114
115
127
127
200
~9
DIAMETRO DEL BARRENO (mm)
Figura 3.10. Varillaje
recomendado para distintos diámetros
de perforación.
También existen en el mercado las varillas o tubos
guía, que llevan una o dos secciones en los extremos
con cuatro aletas exteriores longitudinales. Se fabrican
con rosca macho y hembra en los extremos, con lo cual
se eliminan los manguitos. Estas varillas permiten realizar la perforación con desviaciones inferiores al 1% Y
son adecuadas tanto para la perforación de superficie
como subterránea.
Los tubos guía se colocan detrás de la boca de perforación, proporcionando puntos de apoyo adicionales. El
resto de la sarta de apoyo está constituida por varillas
de 45 a 51 mm. Como el tubo guía se encuentra en el
fondo del barreno tiene un efecto similar a una sarta formada totalmente por tubos.
Finalmente, cuando se perfora con martillo en fondo
se emplean tubos, como ya se ha indicado, con unas
longitudes de 3 a 7,5 m con roscas macho y hembra en
Recientemente, Atlas Capeo ha introducido un nuevo
sistema de transmisión de energía en la perforación rotopercutiva con martillo en cabeza, en el que la percusión y la rotación se ejercen sobre el útil de perforación
a través de dos sartas independientes, pero coaxiales.
El sistema, conocido por COPROD, está constituido
por unas varillas centrales sin rosca montadas unas sobre otras en el interior de unos tubos de mayor diámetro,
unidos con roscas cónicas. Las varillas transmiten la
energía de impacto a la roca y los tubos exteriores proporcionan la rotación, Fig.3.11.
SECCION
COPROO
CABEZA
~
COPROD
-~
VARILLA DE
PERCUSION
o
ACCIONAOOR
DEL TUBO
>?
TUBO DE ROT ACION
TUBO DE
LA BOCA
(TRANSMITE ROT ACION)
MANDRIL DE
LA BOCA
Figura 3.11. Sarta de perforación
62
COPROO (Atlas Capeo).
./
./
Los martillos desarrollados para este varillaje están
equipados con una culata que transmite la percusión y
un tubo mandril que transmite la rotación.
Este nuevo tipo de sarta presenta las siguientes ventajas:
./
-
/
./
-
En la Tabla 3.4 se indican los diámetros de los manguitos para varillaje de diferente tamaño.
TABLA 3.4
Posibilidad de usar perforadoras más potentes.
Altas velocidades Qe penetración.
Elevada efectividad de perforación, similar a un
tubo en martillo en fondo.
Mayor duración de la sarta, superior que con martillo en cabeza y similar que con tubos con martillo
en fondo.
Barridcr más efectivo que con varillaje convencional.
Menores desviaciones de los barrenos.
./
./
5.
./
DELVARILLAJE
(mm)
(pulg.)
1 5/8
1 3/4
2
21/4
21/2
23/4
3
31/2
25
28
32
32
38
38
45
51
Los manguitos
sirven para unir las varillas unas a
otras hasta conseguir la longitud deseada con ajuste
suficiente para asegurar que los extremos estén en
contacto y que la transmisión
de energía sea efectiva.
Los tipos de manguitos disponibles
son:
1
1 1/8
1 1/4
1 1/4
1 1/2
1 1/2
13/4
2
-
b)
Con semipuente.
c)
Con puente.
d)
Con estrías.
.~
Nomenclatura
,
9
9
r:~=;j
b)~
Boca
d)~
9
k
C)~
.,¡'
Figura
./
./
./
./
./
Los manguitos
con tope central b) y c) evitan el
deslizamiento
de ese elemento sobre el varillaje. Se
usan en todas las roscas T, y en el extremo de la culata
de las varillas para perforación
de túneles.
Los manguitos con estrías d) se utilizan con bocas
retráctiles en barrenos con tendencia a atascamientos.
Los manguitos con aletas se emplean en barrenos largos de gran diámetro y sirven para centralizar y estabilizar las varillas.
Los tratamientos térmicos de fabricación
son el endurecimiento
superficial, lacarburación
total o interior
solamente.
l.
en cruz
~
. .0
.
.)~
Figura 3.12. Tipos de manguitos.
h
k
D
Boca en X
ml
Bocas de botones
./
f
h
b
a)
rotoper-
Bocas de pastillas o plaquitas, y
Bocas de botones.
',.
./
1 7/16
1-5/8
1 3/4
1 3/4
2 5/32
2 5/32
231/64
27/8
Las bocas que se emplean en la perforación
cutiva son de dos tipos:
./
--'
36
40
44
44
55
55
63
72
6. BOCAS
e) Con aletas de gran diámetro.
./
DIAMETRO
DELOSMANGUITOS
(mm)
(pulg)
MANGUITOS
a) Simples.
./
DIAMETRO
DEBOCA
(mm)
(pulg)
41
45
51
57
64
70
76
89
./
./'
DIAMETRO
a
b
c
d
e
f
g
h
i
k
I
m
O
Anchura de la plaquita
Longitud de la plaquita
Altura de lá plaquita
Diámetro del faldón
Longitud cfel faldón
Ranura del detritus
Orificio de barrido lateral
Orificio de barrido central
Anchura del flanco
Dado central
Botón central
Botón periférico
Diámetro de la boca
a
Angula
de holguw
3.13. Bocas de perforación (Sandvik-Coromant).
Algunas características de diseño comunes a ambos
tipo:, de boca son las siguientes:
-
Las varillas se atornillan hasta el fondo de la rosca
de la boca con el fin de que la transmisión de la
energía de impacto sea lo más directa posible sobre la roca.
-
Las bocas disponen de una serie de orificioscentrales y laterales por los que se inyecta el fluido de barrido para remover el detrito y poseen unas hendiduras por las que pasan y ascienden las partículas de
roca producidas.
63
-
a.
Las bocas se diseñan con una pequeña conicidad,
siendo la parte más ancha la que está en contacto
con la roca, con el fin de contrarrestar
el desgaste
que sufre este accesorio y evitar un ajuste excesivo
con las paredes del barreno.
Bocas de botones
Estas bocas disponen de unos botones o insertos
cilíndricos de carburo de tungsteno distribuidos sobre
la superficie de la misma. Se fabrican en diámetros que
van desde los 50 mm hasta los 251 mm.
Las bocas de botones se adaptan mejor a la perforación con rotación, obteniéndose velocidades de avance
superiores que con bocas de pastillas. También presentan una mayor resistencia al desgaste, debido no sólo a
la forma de los botones sino incluso a la sujeción más
efectiva del acero, por contracción o presión en frío, sobre todo el contorno de los insertos.
Las bocas retráctiles se usan en aquellas formaciones rocosas donde las paredes de los barrenos tienden
a desmoronarse y, por lo tanto,es preciso evitar atranques y pérdidas de varillaje. Disponen de estrias y
dientes por detrás del frente que permiten realizar la
perforación
en retroceso.
Una variante de la boca anterior es la boca retráctil
de faldón largo. Con este útil el corte en retroceso es
más intenso y al tener un diámetro constante en todo
su cuerpo se consiguen barrenos más rectos.
Las bocas de escariar de botones o plaquitas se
utilizan en labores subterráneas
para abrir los barrenos centrales de mayor diámetro en los cueles paralelos. Estas bocas se utilizan con varillas pilotos o con
varillas de extensión y adaptadores pilotos. Poseen un
orificio centr.al troncocónico
que permite que éstas se
sitúen por detrás de la piloto de menor diámetro.
VARILLA
PILOTO
L
b.
~
b
Bocas de pastillas
Se dispone de dos configuraciones
de diseño: (1)
Bocas en Cruz y (2) Bocas en X. Las primeras están
construidas
con cuatro plaquitas
de carburo
de
tungsteno dispuestas en ángulo recto, mientras que en
las bocas en X estas plaquitas forman ángulos de 75° y
1050 unas con otras.
Estas bocas se fabrican a partir de diámetros de 35
mm, siendo habitual llegar hasta los 57 mm en las bocas
en cruz, y usar a partir de los 64 mm y hasta 127 mm las
bocas en X, pues son más rápidas y además se evita la
tendencia de las otras a abrir barrenos con secciones
pentagonales en los grandes diámetros.
c.
-:J
-
..
..
ADAPTADOR PILOTO
cc
si
BOCA ESCAR/ADORA
riJ'
4ft
Bocas especiales
...
@
Las bocas con diseño especial son las conocidas
por:
-
Bocas
Bocas
Bocas
Bocas
Figura 3.15. Boca de escariar, varilla piloto y adaptador piloto.
retráctiles.
de escariar.
de centro hundido.
balísticas.
Las bocas de centro hundido poseen unas excelentes
características de barrido, ya que éste se realiza principalmente por la parte frontal. Se usan en rocas blandas
fáciles de perforar. Asimismo, estos accesorios mejoran
la rectitud de los barrenos.
""
~
~
8
64
~
~
GI}
ZI
Figura 3.14. Bocas retráctiles.
f
Las bocas balísticas disponen de insertos en forma de
proyectiles que son más largos que los están dar y proporcionan mayores v~locidades de penetración y un barrido más eficiente. En rocas blandas el frente de la
boca no impacta contra la roca del fondo del barreno debido a la altura de los botones, por lo que la limpieza de
los detritus es más completa. Comparadas con las bocas estándar de botones, las bocas balísticas dan velocidades de penetración de un 25 a un 50% superiores,
según el tipo de roca que se perfore.
El principal inconveniente que presentan es el riesgo
de rotura de los botones, sobre todo cuando el cuerpo
de la boca sufre un desgaste más fuerte que los botones.
TABLA 3.5
BOCADEBOTONES
BOCASDE INSERTOS
TIPODE ROCA
Normal
Heavy-duty
Retráctil
Normal
Heavy-duty
Retráctil
R
A
N
N
N
N
N
N
R
A
R
A
N
N
N
N
N
N
N
N
R
R
R
A
N
A
R
N
N
A
R
A
R
A
N
N
N
N
N
N
N
R
Blanda
Medio dura
Dura
Desgaste lateral intenso
Desgaste frontal intenso
Desgaste frontal moderado
Fisurada
R = Recomendada.
A = Adecuada.
N = No recomendada.
En la Tabla 3.5. se indican los tipos de bocas que se
recomiendan para perforar diferentes formaciones rocosas.
Los principales
-
- -1
tipos de bocas son los siguientes:
De Botones. Son las más utilizadas y son de aplicación en cualquier tipo de roca. Se subdividen en:
.
.
Bocas con núcleo
.
Bocas convexas.
rompedor.
Bocas cóncavas.
Bocas balísticas.
o
o
o
o
<::::>
<::::>
C?
-
o
o
De Insertos
.
o
D
él
o
C>
=
o
=
o
Figura 3.16. Boca convencional
d.
=
C>
C:J
C>
o
=
o
o
.
CC:J
y boca balística.
De cara completa. Con insertos en cruz o en X
semejantes a las de martillo en cabeza y de
aplicación en rocas blandas y sueltas.
De núcleo rompedor. Bocas con cuatro insertos cortos y uno o dos botones en el centro
que sirven para romper el núcleo de roca que
se forma en cada golpe.
Bocas de martillo en fondo
Las bocas de martillos en fondo llevan incorporadas
en su diseño las culatas sobre las que golpean directamente los pistones. Los diám'etros usuales de estos
útiles van desde los 85 mm hasta los 250 mm, aunque
existen bocas de mayor calibre.
.¡'
Figura 3.17. Bocas de martillo en fondo.
7.
CALCULO DE NECESIDADES DE
ACCESORIOS DE PERFORACION
~La cantidad de varillaje que se precisa para realizar
un trabajo depende de diversos factores:
-
Volumen
de roca.
-
Perforación
-
Perforabilidad
-
Método
específica.
y abrasividad de la roca, y
de perforación.
La vida en servicio del varillaje e,stá marcada básicamente por los dos últimos factores, y sobre todo por
la perforabilidad
en rocas abrasivas. Frecuentemente,
la vida de estos accesorios se expresa en «Metros-varilla», debido a que el número de metros perforados con
una varilla dada es función de la longitud de ésta y de la
profundidad
de los barrenos.
65
Ejemplo:
donde:
Longitud de barreno = 12 m.
Longitud de varilla = 3,05 m.
VR = Volumen
de roca a volar (m3).
PS = Perforación
Número de
varilla
Metros-varilla perforados
con una varílla
1
2
3
4
12
9
6
3
Total
30
L
= Profundidad
Vi
-
específica
de los
Vida en servicio
(mi 1m3).
barrenos
(m).
de cada accesorio.
A título orientativo,
las vidas de los diferentes tipos
de bocas pueden estimarse para distintos trabajos de
perforación en banco y avance de túneles y galerías a
partir de las Tablas 3.6 y 3.7.
Total metros-varillas = 30 m-v = 2,5 m-v/m
Total metros perforados
12 m
TABLA 3.6. VIDA DE ACCESORIOS
EN PERFORACION EN BANCO
Cuando la longitud de la varílla es de 3 m, entonces el valor medio es de 7,5 metros-varilla para el
barreno de la profundidad indicada.
TIPO DE ROCA
ACCESORIO
ABRASIVA
En general se tendrá:
MV= L x
BARRENAS INTEGRALES
. Intervalo de afilado
[
L + Lv
2Lv
.
]
BOCAS DE PASTILLAS
Intervalo de afilado
Vida de servicio
.
.
BOCAS DE BOTONES
Diámetro ~ 64 mm
Intervalo de afilado
Vida de servicio
Diámetro <57 mm
Intervalo de afilado
donde:
L =
Profundidad
Lv = Longitud
MV=
Vida de servicio
.
.
del barreno.
.
de cada varilla.
.
Vida de servicio
IABRASIVA
POCO
20-25
150-200
150
600-800
20-25
200-400
150
800-1200
60-100
400-1000
300
1200-2500
100-150
300-600
300
900-1300
40-60
400-100
300
1200-2500
BOCAS DE BOTONES PARA
MARTILLO EN FONDO
Metros-varilla.
Para estimar los accesorios de perforación
que se
precisan en un proyecto dado pueden aplL¡;;arse las
siguientes expresiones:
..
Intervalo de afilado
Vida de servicio
VARILLAS
.
I
EXTENSIBLES
600-1800
Vida de servicio
MANGUITOS
1.
2.
Número
Número
de bocas
de varillas
NB=
4.
66
Número
de adaptadores
VB
=
v
3.
VR x PS
VR x PS
N
.
x-
Vy
NA = Ny/3
L
+ Lv
2Lv
Vida de servicio
ADAPTADORES
Vida de servicio
Perforadoras
.
de manguitos
NM=
1,5 x Nv
1500-2000
neumáticas
-
Perforadoras
hidráulicas
NOTA: Cifras en metros.
FUENTE: Atlas Capeo.
Número
100% vida de varillas
~
3000-4000
I
TABLA 3.7. VIDA DE ACCESORIOS EN
TUNELES y GALERIAS
En la perforación de recubrimientos la duración de los
accesorios puede estimarse a partir de la Tabla 3.8.
TIPO DE ROCA
ACCESORIO
POCO
ABRASIVA I ABRASIVA
..
..
BARRENAS INTEGRALES
Intervalo de afilado
Vida de servicios
20-25
200-300
150
700-800
BOCAS DE PASTILLAS
Intervalo de afilado
Vida de servicios
20-25
250-350
150
900-1.200
250-550
1.000-1 .300
DE BOTONES
.BOCAS
Vida de servicio
VARILLAJE EXTENSIBLE
. VidasPerforadoras
de servicio
-
1.000-1.500
1.600-1.400
VARILLAS INTEGRALES
ROSCADAS
Vida de servicio
MANGUITOS
Vida de servicio
.
.
METOOO OOEX
200 - 600
100 - 300
400 - 1 .200
Boca piloto
Escariador
Guía
METOOO 00
-
neumáticas
Perforadoras
hidráulicas
TABLA 3.8
1.000
800
150
1.000
400
Tubo de extensión
Acoplamiento de tubo
Boca de corona
Manguito adaptador
Boca de perforación
600-800
METOOO OOEX y 00
100 % vida de varillas
800 - 1.000
1.000 - 1.500
800 - 1.000
Adaptador de culata
Varillas de extensión
ADAPTADORES
Vida de servicio
- Perforadoras
neumáticas
- Perforadoras
hidráulicas
- 1.500
- 1.000
- 400
- 1.200
- 700
.
1.200-1.600
2.500-3.500
Manguitos
Nota: Cifras en metros.
NOTA: Cifras en metros
FUENTE:
Atlas Capeo
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
Nv= L/Lv
Nv= NI? DE VARILLAS
POR BARRENO
L = PROFUNDIDAD DE
BARRENO
VP
Lv= LONGITUD DE
CADA VARILLA
1000
Figura 3.18.
= VELOCIDAD
DE
PENETRACION
2000
3000
Ejemplo de cálculo de vida en servicio del vari l/aje (Kometa).
67
En cuanto al varillaje, su duración puede determinarse conociendo los siguientes factores:
i-
Tipo y tamaño de las roscas.
Número (Ny)y longitud de las varillas (LJ necesarias para un barreno con una profundidad (L).
Velocidad de penetración (VP), que a su vez depende del tipo de roca, diámetro de perforación y
tipo de martillo. Fig. 3.18.
-
La vida de los manguitos se considera que es igual a
la del varillaje, aunque suelen durar algo menos.
Figura 3.20. Desgaste de botones.
CUIDADO Y MANTENIMIENTO DE BOCAS
8.
El acondicionamiento
de las bocas tiene como objetivo obtener una velocidad óptima de penetración y
aumentar la vida de dichos útiles.
En efecto, si las pastillas o botones de metal duro y el
resto del cuerpo de la b9ca no tienen u na forma adecuada no se conseguirá alcanzar la mayor velocidad de
penetración posible y además, se generarán esfuerzos
y tensiones tanto en el propio útil como en el resto del
varillaje pudiendo dar lugar a graves daños o roturas.
A continuación, se indica para las bocas de botones,
de pastillas y barrenas integrales cuándo debe efectuarse el afilado y el modo de Ilevarlo a cabo.
a.
Bocas de botones
Figura 3.21. Pulido de botones con aspecto de piel de reptil.
El afilado de botones tiene por objeto devolverles su
forma esférica original, pero sin reducir' demasiado su
altura. Por lo general, no necesitan afilado del diámetro.
El intervalo de afilado puede elegirse en función de
los diferentes tipos de roca y condiciones de perforación, por ejemplo, al cabo de un determinado número
de barrenos, que coincida aproximadamente
cuando
se haya consumido la mitad del diámetro del botón.
Las bocas de botones deben ser reacondicionadas
cuando:
1.
El cuerpo de la boca se desgasta más que los botones, haciendo .que éstos sobresalgan excesivamente. Así se evitará que los botones se claven en
la roca o quiebren. Esto sucede frecuentemente en
terrenos blandos y abrasivos.
D
"
Figura 3.19. Desgaste del cuerpo.
2. Cuando los botones se desgastan más rápidamente que el cuerpo, especialmente en rocas duras y abrasivas, los botones deben ser afilados con
frecuencia. Fig. 3.20.
3. Si en rocas no abrasivas los botones se pulen
mostrando señales de fractu ración en su superficie con aspecto de piel de reptil. Esto evita que las
fracturas superficiales se propaguen, lo cual podría
provocar la destrucción de los botones. Fig. 3.21.
68
~
Figura 3.22. Medida del desgaste de botones.
Si las bocas están muy gastadas, puede ser necesario afilar el acero alrededor de los botones para que
sobresalgan lo suficiente. La altura visible debe estar
próxima a la mitad del diámetro del botón.
Todos los botones deben afilarse cada vez, aunque
no se haya alcanzado el desgaste límite. Las bocas
están en condiciones de perforar siempre que los botones periféricos estén bien, ya que son más importantes que los del resto. Especial atención se pondrá en
la limpieza de los orificiosy estrías o canales de barrido.
El afilado de botones se realizará con esmeriladoras
y deberá controlarse con plantillas de medición adecuadas.
b.
nes en superficie, que es preciso eliminar periódicamente.
Bocas de pastillas
Las bocas de pastillas deben afilarse cuando:
Figura 3.26. Pulido de pastillas.
1. El filo se haya desgastado y la superficie cortante
mida de 2,4 mm a 5 mm del diámetro del exterior
de la boca.
El afilado de este tipo de bocas debe hacerse de tal
manera que el ángulo de filo sea de 110° y el ángulo del
cuerpo de unos 3°.
.
Figura 3.23. Desgaste del filo de las pastillas.
Figura 3.27. Afilado de pastillas.
2.
Cuando la esquina exterior de la pastilla se haya
desgastado hasta un radio mayor de 5 mm.
No deben afilarse las esquinas de las pastillas, sino
dejar un ligero biselado. Debe evitarse que los insertos
queden formando cuña, se recomienda una forma ligeramente convexa con un ángulo máximo de 10 a 15°.
Figura 3.24. Desgaste de esquinas.
3. Cuando la cara de la boca comience a tener un
diámetro inferior al del cuerpo; entonces se esmerilará el diámetro exterior para eliminar los contra.,;<
conos."
Figura 3.28. Forma de las pastillas.
Si el afilado se hace en seco, las bocas deben enfriarse lentamente con el aire antes de continuar reafilándolas. Los filos de los insertos, una vez esmeriladas
las bocas deben biselarse hasta alcanzar una anchura
de 0,4 a 0,8 mm.
Figura 3.25. Contracono.
4. En terrenos no abrasivos donde las pastillas presentan áreas muy pulidas o pequeñas fracturacio-
Figura 3.29. Biselado de aristas.
69
Si el cuerpo de la boca se ha desgastado,
debe
esmerilarse 10 que sobresalga de los insertos, hasta
quedar a ras con el cuerpo. Deben también acondicionarse las estrías de barrido y engrasar las bocas después del afilado y antes de usarse otra vez.
c.
o
e
o
o-o
e-o
e--cJ
o
o-o
o-o
e--cJ
1
¡--e-o
o--cJ
Barrenas integrales
Figura 3.32.
Estos accesorios deben afilarse cuando el ancho de
la superficie plana del inserto sea de 3 mm, medidos a 5
mm del borde. En rocas. abrasivas o perforación con
aire, también deben afilarse los bordes que se hayan
redondeado tomando forma cónica hasta una altura de
8 mm.
3.
Rotación de varillas.
Proteger las varillas contra la corrosión y el polvo,
almacenándolas
de forma adecuada y manejándolas con cuidado.
" '" '" " o
"",1"""",1"""",1"""",1""",,,1
~ ~
Figura 3.33. Almacenamiento de varillas.
Figura 3.30.
Control del desgaste.
La geometría que debe conseguirse en el afilado es
de un ángulo de filo de 1100y una curvatura de 80 a 100
mm.
4.
Engrasar las roscas de las varillas y manguitos
cada vez que se utilicen.
5.
Apretar a tope los acoplamientos durante la operación para conseguir una mejor transmisión de la
energía y evitar los sobrecalentamientos
del acero.
6.
Utilizar las herramientas
acoplamientos.
7.
No volver a utilizar las varillas y manguitos en los
que se hayan producido desgastes excesivos en
las roscas.
10.
GUlA PARA LA IDENTIFICACION DE LAS
CAUSAS DE ROTURA DE LOS ACCESORIOS DE PERFORACION
110'
"
~
adecuadas
para aflojar los
Figura 3.31. Afilado de barrenas integrales.
9. CUIDADO Y MANTENIMIENTO DEL
VARILLAJE
Las recomendaciones que deben seguirse en el uso
del .varillaje de perforación son las siguientes;,.
1.
2.
70
Invertir los extremos de las varillas para repartir los
desgastes de las roscas.
Rotar las varillas en las sartas de perforación para
que todas efectúen el mismo metraje.
En la Tabla 3.9
rotura de diversos
"roscas, manguitos,
probables origen
Cualquier daño
identificar con el
nera o la práctica
se recogen los diferentes tipos de
accesorios de perforación, varillas,
adaptadores y bocas, y las causas
de las mismas.
o desperfecto se debe analizar e
fin de corregir la fuente que lo geoperativa.
TABLA 3.9
CAUSA PROBABLE
PROBLEMA
1.
Varilla dañada
en la superficie
exterior.
1.
Mala manipulación de las varillas con golpes y caídas o defectos superficiales en el
acero.
2.
Defecto interno en el acero, p. e. una inclusión oxidada.
3.
Varillas o manguitos con roscas desgastadas y movimiento oscilante del varillaje.
Desplazamiento
de manguitos y mala mecanización del acero.
4.
Caudales de barrido insuficientes y avances
excesivos en terrenos agrietados y con presencia de barro.
~
2.
Corrosión en el orificio interno acelerada
por las condiciones de fatiga.
-$3.
Roturas de las varillas en las roscas que
entran en los manguitos.
m
4. Orificios de barrido taponados
y atasca-
m.ientos del varillaje.
5.
Manguitos con daños en los extremos de las
roscas.
5.
Varillas no acopladas a tope o desalinea~
mientos. Mal tratamiento térmico del acero.
6.
Manguitos
6.
Deslizamiento entre el martillo y el centralizador, oscilación del tren de varillaje durante la perforación o roscas de varillas inadecuadas.
7.
Manguitos con los extremos abocardados o
remachados.
fI'
7.
Golpeo de los manguitos
dor.
rotos o rajados.
con el centraliza-
.----------.----.-
71
8.
Rotura del adaptador
-8--
8.
o espiga.
tU
.
8
---~3r-
~
10
9. Rotura del adaptador por las estrías.
10. Rotura del adaptador
11.
9.
por las roscas.
Botones rotos o cizallados
acero de la boca.
del cuerpo
de
Buje desgastado, avance excesivo, falta de
lubricación o pistón roto.
Buje desgastado, par excesivo,
bricación o pistón roto.
Pérdida completa
13.
Desgaste
coso
o escupido
de botones.
excesivo en los botones
periféri-
falta de lu-
10.
Varillas dañadas o rotas en los extremos,
manguitos dañados o perforación
con oscilación del varillaje. Mala mecanización
o
tratamiento
térmico del acero.
11.
Rotación excesiva de la boca. Avance excesivo en roca dura. Perforación de formaciones rocosas
das.
12.
~
agrietadas
o bocas mal afila-
12.
Empuje insuficiente y falta de contacto
tre la boca y la roca.
13.
Rotación excesiva, avance
demasiado abrasiva.
en-
elevado y roca
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"
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