Metodo Od y Odex

METODOS DE PERFORACION, SISTEMAS DE MONTAJE ESPECIALES y

COMPRESORESPresentado por:

Angie Mantilla 1180506Yosimar Ochoa 1180543Camilo Ruiz 1180533Jorge Calderón 1180515

Que es perforación:

Es la realización o la elaboración de barrenos en el subsuelo, mediante

equipos adecuados y brocas, utilizados en labores técnicas de

prospección o exploración. La perforación se puede realizar por métodos de percusión, rotación o

combinación de ambos.

PERFORACIÓN A TRAVES DE RECUBRI MIENTO

PERFORACIÓN DE POZOS

PERFORACIÓN CHIMENEAS

PERFORACIÓN TERMICA (JET PIERCING)

PERFORACION CON CHORRO DE AGUA

METODOS DE PERFORACION, SISTEMAS DE MONTAJE ESPECIALES


Métodos de perforación desarrollados para resolver los problemas que se presentaban al atravesar terrenos pedregosos, macizos poco consoli dados o alterados, que exigían la entubación continua de los barrenos para conse guir su estabilidad.

Algunas de las aplicaciones que actualmente tienen estos sistemas son:- Perforación para voladuras submarinas.

- Perforación para voladuras de macizos con recubrimiento sin retirada previa de éste.

- Anclajes

- Cimentaciones

- Pozos de agua.

- Sondeos de investigación.

La secuencia litológica a perforar puede estar formada por le chos naturales de arcillas, arenas, gravas, etc., así como por rellenos de materiales compactados o no, escolleras, pedraplenes, etc.

La perforación puede realizarse, con martillo en cabeza o martillo en fondo y consiste en atravesar la secuencia litológica que presenta características de material no compactado al mismo tiempo que se lleva a cabo la entubación, para proseguir después el barrenado en la roca compacta.

Una característica importante de estas técnicas es que el barrido debe ser muy eficaz, pudiendo realizarse a través de un adaptador o espiga con circulación central de fluido, o por medio de una cabeza de barrido independiente o lateral, en cuyo caso la presión del fluido debe ser mayor.

Los dos métodos desarrollados se conocen por OD y ODEX.


Método OD

En este caso la entubación se realiza por percusión y rotación utilizando para ello un tubo exterior de reves timiento cuyo extremo inferior monta una corona de carburo de tungsteno.Interiormente, se dispone de un varillaje convencional cuya prolongación se lleva a cabo con manguitos independientes de los tu bos. Tanto los tubos como el varillaje se conectan al martillo mediante un adaptador de culata especial que transfiere la rotación y la percusión a ambos.

VIDEO

Operaciones básicas de aplicación

• La tubería de revestimiento con el varillaje interior atraviesan simultáneamente la secuencia litológica.

• La corona externa avanza unos centímetros cuando se alcanza el substrato rocoso.

• Se perfora con el varillaje interior, siempre que en el transcurso de dicha operación no se atraviesen niveles descompuestos o arenosos, en cuyo caso se descendería al mismo tiempo la tubería exterior.

• Se extrae el varillaje extensible.• Se introduce la tubería de plástico para la carga del explosivo.• Se extrae la tubería de revestimiento.

Método OD

Como entre la tubería exterior y las paredes de los barrenos existe un rozamiento que aumenta con la profundidad, las perforadoras utilizadas deben dispo ner de un elevado par de rotación.Para el barrido de los barrenos, normalmente, se em plea agua y también aire comprimido con o sin espu mante. Si la evacuación de los detritus lo exige, el barrido central puede complementarse con un barrido la teral.

Método OD

Operaciones básicas de aplicación

Método ODEX (Overburden Drilling with the Eccentric)

En este método la entubación se efectúa gracias a las vibraciones de la perforadora y al propio peso de la tubería.

El equipo consiste en una boca escariadora excéntrica que ejecuta un taladro de un calibre mayor que el del tubo exterior que desciende a medida que avanza la perforación. Una vez alcanzada la profundidad pre vista, la sarta gira en sentido contrario, de modo que la boca escariadora se vuelve concéntrica perdiendo diámetro, pudiendo así extraerse por el interior de la tubería de revestimiento. A continuación, se introduce el varillaje convencional y se continúa la perforación.

Los martillos Rotopercutivos utilizados pueden ser de cabeza o de fondo. Si se emplea el de cabeza, la percusión se transmite a la tubería de revestimiento por medio de un cabezal de golpeo que la hace girar y vibrar. En este caso el barrido puede ser central o lateral.


Si se aplica el martillo en fondo, esta unidad dispone de un acoplamiento para transmitir la vibración al vari llaje y el barrido se efectúa a través de la cabeza de rotación.

En ambos métodos el detrito asciende por el anillo circular que queda entre la tubería y el varillaje, sa liendo por los cabezales.

Como fluido de barrido puede emplearse el aire hasta una profundidad de unos 20 m, a partir de la cual se recomienda la adición de un espumante que permite aumentar la eficiencia del barrido, la estabilidad de las paredes, reducir los desgastes e incrementar la veloci dad de perforación.

Este método presenta numerosas ventajas, aunque algunos aspectos críticos a estudiar son las dimensio nes de los tubos de revestimiento, el barrido y el sis tema de perforación.


En lo relativo a la selección del equipo a utilizar, ésta dependerá fundamentalmente de la profundidad y diámetro de los barrenos. En la Tabla 1, se da una primera guía de selección para ambos métodos de perforación.


Tabla 1.

Por otro lado, en cuanto a las aplicaciones de estos métodos de perforación, además de la descrita para barrenos de voladura, en la Tabla 2 se indican otras po sibilidades .


X Adecuado O Puede usarse


Tabla 2.

Situaciones de aplicación método

PERFORACIÓN DE POZOSPara la excavación de pozos de gran longitud y sec ción, se utilizan estructuras metálicas o jumbos de accionamiento neumático o hidráulico que van equi pados con 3 ó 4 brazos e igual número de deslizaderas y perforadoras.

Durante el trabajo estos conjuntos se apoyan en el fondo del pozo y se anclan a los hastiales con unos cilindros hidráulicos horizontales. La columna soporte central puede girar 360°, y los brazos que son seme jantes a los de los jumbos de túneles, pueden variar su inclinación con respecto a la vertical y alargarse si son telescópicos.

Una vez perforada y cargada cada pega, el conjunto se pliega y eleva hasta una posición segura, pasando a continuación a la operación de desescombro con cucharas bivalva o retrohidráulicas y cubas, tal como se representa en la imagen.

PERFORACIÓN CHIMENEAS 1. Plataforma trepadora Alimak

Método de excavación de chimeneas y piqueras.Sistema implementado por su alta flexibilidad, economía y velocidad.Esta Constituidos por:• Una jaula• La plataforma de trabajo, • Los motores de accionamiento, • El carril guía • Los elementos auxiliares.

Ciclo de trabajo con plataforma Alimak.

Funcionamiento• La elevación de la plataforma se realiza a través de un carril guía curvado

empleando motores de aire comprimido (Long. inferiores a los 200m), eléctricos (Long. hasta 800m), o diesel (Long. Mayores de 800m).

• La fijación del carril a la roca se lleva a cabo con bulones de anclaje y tanto las tuberías de aire como de agua necesaria para la perforación, ventilación y el riego se sitúan en el lado interno del carril guía para su protección.

• Durante el trabajo el perforista se encuentran sobre una plataforma segura, que disponen de una cubierta y una barandilla de protección y para el transporte del personal y materiales se utiliza la jaula que se encuentra debajo de la plataforma.

1. Plataforma trepadora Alimak


Las principales ventajas de estos equipos son:• Perforación de chimeneas de pequeña o

gran longitud y con cualquier inclinación.• Variación de dirección e inclinación de

chimeneas mediante el uso de carriles curvos en una misma obra.

• Puede emplearse como equipo de producción.

• Apertura de varias chimeneas simultáneamente

• La inversión es menor que con el sistema Raise Boring

• No requiere mano de obra demasiado especializada

Método de explotación de yacimientos estrechos e inclinados.

1. Plataforma trepadora Alimak


Por el contrario algunos inconvenientes que presenta son:

• El ambiente de trabajo es de escasa calidad

• Alta rugosidad de las paredes.

Plataforma Alimak.

PERFORACIÓN CHIMENEAS 1. Plataforma trepadora Alimak

2. Jaula Jora

Método de excavación de chimeneas y piqueras tanto verticales como inclinadas.

La diferencia básica con el equipo anterior es que se precisa la realización de un barreno piloto de un diámetro entre 75 y 100mm por donde penetra el cable de elevación. Los principales componentes son la plataforma de trabajo, la jaula de transporte, el mecanismo de elevación y en chimeneas inclinadas el carril guía.

Jaula jora en chimenea vertical e inclinada


Durante la perforación, la plataforma se fija a los hastiales de la excavación mediante un sistema de brazos telescópicos. El principal inconveniente de este método, frente al anterior es la perforación del barreno piloto pues del control de su desviación dependerá la longitud de la chimenea. El campo de aplicación práctica y económica se encuentra entre los 30 y 100m.

En cada pega es necesario desenganchar la jaula del cable de elevación pues de lo contrario este último se dañaría durante las voladuras. El barreno central presenta las ventajas de servir de hueco de expansión en los cueles paralelos con lo que se consiguen avances por disparo de unos 3.4m y de entrada de aire fresco.

PERFORACIÓN CHIMENEAS 2. Jaula Jora

Criterio Alimak Jaula Jora

Método de perforación

Barreno piloto

Carril

Mecanismo de Elevación

Versatilidad

Excavación de chimeneas y piqueras tanto verticales como inclinadas.

No requiere barreno piloto.

Requiere carril para perforaciones verticales e inclinadas.

Puede ser Neumático, Eléctrico o Diesel.

Variación de dirección e inclinación de chimeneas.

Excavación de chimeneas y piqueras tanto verticales como inclinadas.

Requiere barreno piloto.

Solo requiere carril en perforaciones inclinadas.

Diesel

Dirección e inclinación fija


3. Método Raise Boring

Método que consiste en efectuar un perforación inicial o sondeo piloto, siguiendo después con el ensanche de la chimenea en sentido ascendente.

Utilizando un mayor diámetro de cabeza de corte, que ensancha la perforación en una o varias etapas logrando al final el diámetro requerido.

Aplicaciones :

Perforaciones piloto previas para la construcción de pozos grandes diámetros

Construcción de pozos de ventilación Construcción de centrales hidráulicas Depósitos subterráneos


Ventajas DesventajasAlta seguridad del personal y buenas condiciones de trabajo.

Productividad elevada de arranque.

Perfil liso de las paredes, pérdidas mínimas por fricción del aire en los circuitos de ventilación.

Sobre excavación inexistente

Alto Rendimiento de avance

Posibilidad de realizar excavaciones inclinadas.

Inversión muy elevadaCoste de excavación por metro lineal alto

Poca flexibilidad de formas , dimensionalidad y cambio de dirección de las chimeneas.

Dificultades en roca en malas condiciones.

Requiere personal especializado.

3. Método Raise Boring


a) Raise Boring estándar

Consiste en perforaciones (frecuéntenme con tricono) un barreno piloto en sentido descendente hasta llegar al nivel inferior, para posteriormente acoplar una cabeza escariadora con el fin de ir ensanchando en sentido ascendente hasta alcanzar el diámetro deseado

La evacuación de los detritus en esta variante se realiza por medio del barrido con agua o aire, mientras que los fragmentos menores caen por gravedad al nivel inferior.

Perforación de una chimenea con Raise Boring Estándar.


b) Raise Boring Reversible

Consiste en realizar las mismas operaciones que en el caso anterior con la diferencia de colocar el equipo en un nivel inferior, e invirtiendo los modos de ejecución del barreno piloto (en sentido ascendente) y chimenea (descendentes).

Ventajas Desventajas

Riesgo permanente de caída de detritus por gravedad al nivel inferior donde se encuentran la maquina y el perforista.

Aumento de diámetros para evitar la acumulación los detritus entre el varillaje y el barreno de la perforación.

No necesita barrido de aire

o agua


c) Raise Boring para huecos ciegos

Consiste en colocar la máquina en un nivel inferior , se va perforando hasta el nivel superior (a plena sección) sin la necesidad de perforar barrenos pilotos.

Este método esta pensado para chimeneas de diámetros y profundidades pequeñas.

Desventajas

Bajo control en la dirección de la perforación.

Funciona con dos tipos de cabezas cortadoras de diámetro diferentes que acoplan en la cabeza giratoria, obteniéndose mayores tamaños de los fragmentos y mayor velocidad de perforación.

Las cabezas cortadoras n posee mayor número de cortadores en la periferia, donde el volumen de roca excavada será mayor que en el centro.


PERFORACIÓN TERMICA (JET PIERCING)

Método que consiste en el empleo de quemadores con diseño especial, para conseguirla elaboración de una perforación eficiente con altos rendimientos, basada en la decrepitación de la roca en lugar de su fusión, gracias a los rápidos cambios de temperatura producidos por el vapor de agua y los gases de combustión que a su vez sirven para evacuar los detritus producidos.

Actualmente este método ha perdido campo de aplicación frente a las grandes perforadoras rotativas quedando su empleo reducido al corte de rocas ornamentales.

1. Proceso de perforación TérmicaEl proceso de penetración depende de una característica de las rocas que se denomina decrepitabilidad y que se basa en la diferente capacidad de dilatación con la temperatura de los cristales constituyentes de las rocas.Las rocas serán más fá cilmente perforables con este método cuando:• Exista una alta dilatación térmica por debajo de 700°C.• Alta difusividad térmica a temperaturas inferiores a los 400°C.• Estructura intergranular homogénea sin productos de alteración, arcillas,

caolines, micas, etc.• Reducido porcentaje de minerales blandos de baja temperatura de fusión o

descomposición.Un ejemplo de rocas que tienen una buena aptitud a la decrepitabilidad son: las cuarcitas, los granitos, las riolitas, las areniscas duras y las diabasas. En general, cuanto más alto es el contenido de cuarzo mejor decrepita la roca, ya que además de poseer grandes coeficientes de dilatación lineal y volumétrica tienen un cambio de cristalización a 573°C.

Las rocas con un contenido en cuarzo mayor del 30% decrepitan bien, así como aquellas en las que en su composición existe cierta cantidad de agua.

El equipo básico o quemador consiste en una cá mara de combustión, donde se atomiza el combustible (gas-oil) que se mezcla con el oxígeno al ser alimentados bajo presión. El inyector incre menta la velocidad de salida de los gases de com bustión. La temperatura de la llama puede llegar en el extremo del quemador a los 3.000°C cuando se inyecta oxígeno y a los 2.000°C si es aire comprimido.

El agua de refrigeración alrededor del quemador evita su fusión y ayuda en su escape como vapor a aumentar los gases y la presión de evacuación de los detritus.

Sección de un quemador

1. Proceso de perforación Térmica

Con oxígeno no se precisa presión especial, pero sí con el aire comprimido que se emplea a 0,7 MPa. En la Fig. 12., se indican las velocidades medias de penetración en función del caudal, presión y diámetro del barreno. Las velocidades normales oscilan entre 3 y 12 m/h, pudiendo llegar en casos favorables a los 20 m/h.

Velocidades de penetración con quemadores de aire comprimido.

AplicacionesLas aplicaciones más importantes de este método son: a) Ensanchamiento de barrenos

Ensanchamiento de barrenos

VENTAJAS• Menor volumen de roca perforado por

unidad arrancada.• La configuración de la columna de explosivo

es mejor al aproximarse a l/D = 20 y generar así ma yores tensiones. El consumo específico para una fragmentation dada es menor.

• Se consigue una mejor rotura al nivel del pie de banco, reduciendo la sobreperforación.

• El volumen de retacado disminuye y el confinamiento de los gases de explosión es más efectivo, reduciéndose además el tiempo necesario para dicha operación.

• El perfil de la pila de escombro es más adecuado a la forma de trabajo de las excavadoras de cables.

1. Proceso de perforación Térmica

1. Proceso de perforación Térmicab) Corte de rocas

Se utiliza en canteras de granito ornamental en la fase primaria de independización de bloques del macizo rocoso, abriendo rozas o canales transversales a los bancos de explotación de una anchura de 60 a 80 mm y una profundidad que puede llegar a los 10 m.En cuanto a los sistemas de montaje, al igual que con los equipos rotopercutivos, estas unidades pueden ser de tres tipos: manuales, sobre chasis remolcables y automotrices.

VENTAJAS DE LA PERFORACIÓN TÉRMICA

• Posibilidad de perforar formaciones muy duras y abrasivas.

• Facilidad para ensanchar los barrenos.

• Eliminación parcial del arranque convencional con explosivos en rocas ornamentales.

• Altas velocidades de perforación en rocas que de crepitan bien.

LOS INCONVENIENTES QUE PRESENTA

• Las máquinas comparables a las grandes perfora doras rotativas son caras.

• El coste de la energía es muy alto.

• Elevado nivel de ruido y poco control sobre el polvo producido.

PERFORACION CON CHORRO DE AGUA Esta tecnología ha tenido un desarrollo espectacular durante la última década, ligado a la puesta a punto de equipos hidráulicos de potencia adecuada, robustos y fiables. Actualmente, en minería se utilizan en el corte de rocas ornamentales y en la perforación de barrenos para bulonaje en diámetros de 24 y 32 mm.

Los equipos constan básicamente de una central hidráulica accionada por un motor eléctrico, y aco piada a una bomba hidráulica de alta presión, que a su vez acciona un multiplicador de presión, constituido por un pistón de doble efecto y movimiento alternativo, capaz de realizar entre 60 y 80 ciclos por minuto. El efecto multiplicador se consigue por la diferencia rela tiva de superficies activas del pistón, uno de los cuales impulsa el agua a través de una boquilla inyectora de zafiro sintético con un orificio de 0,1 a 1 mm de diáme tro.

Refleja el principio de operación del mul tiplicador de presión.

Los datos operativos alcanzados con equipos en prueba son los indicados en la Tabla 3.

En la perforación de barrenos, para aumentar la ac ción de los chorros de agua, se dispone de unas bocas de carburo de tungsteno que realizan un escariado de las coronas de roca concéntricas que se producen en el fondo del taladro. Fig. 15.

Figura 15. Boca de perforación con cuatro orificios

La aplicación de esta técnica al arranque con explo sivos abre unas nuevas expectativas, por cuanto la geometría de los barrenos puede modificarse y por consiguiente permitir concentraciones de carga o au mentos de las tensiones de rotura en determinados puntos de los macizos rocosos.

Figura 16. Modificación de la geometría de los barrenos perforados con chorro de agua.

PERFORACIÓN DE ROCAS ORNAMENTALES

En la explotación de rocas ornamentales, como el granito, se utilizan en ocasiones sistemas de montaje especiales, tanto en la perforación primaria, cuyo objeti vo es la independización de un gran bloque del macizo rocoso, como en las operaciones siguientes de subdivi sión y escuadrado.

Generalmente, se emplean perforadoras hidráulicas montadas sobre deslizaderas que se desplazan sobre correderas de una longitud de 3,5 a 4,5 m. Estas a su vez pueden ir soportadas por bastidores metálicos que se apoyan en cuatro pies o gatos estabilizadores sobre el terreno o sobre unidades móviles, como son excava doras hidráulicas, carros de orugas o tractores de rue das, Fig. 7.17.

Los rendimientos de perforación son en el caso de apertura de roza o canal lateral "slot drill", con barrenos secantes alineados, de 1,4 a 2,2 m2/h y en la perforación primaria y secundaria con barrenos alineados de 200 a 400 ml/h, según la potencia y características del equipo utilizado.

Figura 17. equipo de perforación de rocas omamentales. (TAMROCK).

Gracias

Metodo Od y Odex

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