monografía raise boring

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RAISE BORING ___________________________________________________________________ ______________ UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURIMAC ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS RAISE BORING CURSO : SERVICIOS AUXILIARES MINEROS DOCENTE : DARWIN LOAYZA ENCALADA INTEGRANTES : AZURIN GARCIA RUBEN……………………………101154 QUISPE MERINO DAVID………………………………101178 RAMOS MUNARES ALEX……………………………101179 RAMOS MONARES SAUL……………………………082181 APURIMAC-PERU 2013 1

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Page 1: Monografía Raise Boring

RAISE BORING_________________________________________________________________________________

UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURIMAC

ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS

RAISE BORINGCURSO : SERVICIOS AUXILIARES MINEROS

DOCENTE : DARWIN LOAYZA ENCALADA

INTEGRANTES : AZURIN GARCIA RUBEN……………………………101154

QUISPE MERINO DAVID………………………………101178

RAMOS MUNARES ALEX……………………………101179

RAMOS MONARES SAUL……………………………082181

APURIMAC-PERU

2013

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RAISE BORING_________________________________________________________________________________

DEDICATORIA

DEDICAMOS ESTE TRABAJO A NUESTROS PADRES Y HERMANOS.

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Page 3: Monografía Raise Boring

RAISE BORING_________________________________________________________________________________ÍNDICEI. INTRODUCCIÓN……………………………………………………………...……………5 II. DATOS HISTÓRIC0S………………………………………….……….……………..…..6 III. METODOLOGÍA…………………………………………….………….………...……..… 7IV. PRINCIPIOS DE ESCAVACIÓN………………………………….……...…………… 7V. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO…………………………………………………...….…. 8VI. OPERACIÓN DEL EQUIPO RAISE BORING…………………………..………. 10VI.1 Operación de Rimado………...………………………………….……..…….…..10VI.2 Operación de Piloteado…………………………………………….…...…….....10VII. VENTAJAS DE RAISE BORING SOBRE OTROS MÉTODOS……….......…11 VIII. CARACTERISTICAS DEL SITEMA RAISE BORING…………………….……118.1 Ventajas………………………………………………….…..………………....…...….118.2 Desventajas……………………………………………………………..……….……12IX. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROCESO RAISE BORING….………...….13IX.1 Etapas Principales de Ejecución del Método Raise Boring........….13IX.1.1 Perforación del Tiro Piloto o Sondaje Piloto………….……………..….13IX.1.2 Escariado o Ensanchamiento del Tiro Piloto……..…………..………...14IX.1.3 Relación entre el Diámetro de Perforación Piloto y Diámetro

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Page 4: Monografía Raise Boring

RAISE BORING_________________________________________________________________________________Escariado………………………………………………………………..…..…………15IX.2 Evacuación de los Detritus……………………...…………………..……...…..16IX.3 Rendimiento de la Excavación………………………………………...………17X. NUEVAS APLICACIONES DE LA TECNICA RAISE BORING…………..…18X.1 Sistema Tradicional…………………...….…..……………………………...……18X.2 Sistema Horizontal……………...……………………………….……..…...……..18X.3 Raise Boring Ciego……………………...…………………………...…...………..19XI. CONCLUSIÓN…………………………………………………………….………...………20XII. BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………………21

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RAISE BORING_________________________________________________________________________________

I. INTRODUCCIÓN

Dentro de los diferentes métodos usados hoy en día en la explotación y

excavación minera, destaca el sistema Raise Boring, no solo por ser eficiente,

sino que además es seguro.

Desde un punto de vista general, el procedimiento es bastante simple, sin

embargo, a medida que se avanza en este tema subyacen elementos

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primordiales que determinan la complejidad que hace de este método uno los

más excepcionales en la minería contemporánea.

En pocas palabras, el Raise Boring consiste principalmente en la utilización de

una maquina 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. Básicamente la operación consiste en perforar, descendiendo,

un tiro 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. En este método de excavación de chimeneas se requieren dos

superficies de trabajo: el inicio de la excavación, el cual puede ser la superficie

exterior o el interior de una galería; y el final de la excavación en la parte inferior.

Es decir, es aplicable entre dos galerías o desde superficie a una galería.

Dentro de los objetivos propuestos para el desarrollo del presente trabajo se

plantea la visión general del método de Raise Boring, la descripción del ciclo

operativo, los equipos utilizados más frecuentemente en faena, las ventajas y

desventajas propias de éste sistema, y sus aplicaciones más recurrentes.

II. DATOS HISTORICOS.

Este método se desarrolló en los años 50 en los 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

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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.

III. METODOLOGIAa) El sistema Raise Boring como método de perforación en la construcción de

chimeneas tiene ganada una gran popularidad debido a sus varias ventajas.

b) Dicha perforación se realiza de modo invertido al sistema convencional.

c) Iniciando la perforación en la parte superior mediante un tiro piloto, hasta

llegar al nivel inferior.

d) Luego se inicia el proceso de escariado, donde se utiliza como guía el tiro

piloto, se construye la chimenea según el diámetro requerido.

IV.

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.

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V. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO.

Los siguientes son los componentes principales que forman parte del equipo del

sistema Raise Boring:

a) Motor Eléctrico: Su objetivo es dar la rotación a la columna en las 2 etapas

anteriormente mencionadas, tanto en el sondaje como en la etapa de escariado. Durante la etapa de sondaje, la velocidad es de 30 RPM, no así durante la etapa de escariado, donde disminuye a 8 RMP.

La potencia del motor varía desde los 150 HP a los 500 HP, 750 RMP y 550 o 380 Volt, dependiendo del tipo de equipo requerido.

b) Conjunto de Reductores: Se encuentra el conjunto de 3 o 4 transmisores

hechos en base a engranajes y piñones planetarios que reducen la velocidad de rotación según la operación lo amerite.

Es normal encontrar más engranes de transmisión en la columna de perforación, no sólo para estabilizar el sondaje, sino que también para mantener una velocidad constante y no desviar la dirección del mismo.

c) Sistema de Empuje Electrohidráulico: Consiste en un conjunto de

bombas hidráulicas y electroválvulas de alta presión, cercanas a las 3000 PSI, que entregan la presión de trabajo en ambas etapas operativas.

En general, se manejan rangos de hasta 3 mega pascales durante el sondaje, y desde 4 a 20 mega pascales durante el escariado.

d) Sistema de Sujeción de la Columna de Barras: Su misión es sujetar

la columna durante la faena.

e) Base y Cuerpo Principal: Resaltado con el número 4, consta de

componentes de fierro fundido donde se montan los componentes anteriormente mencionados. Dependiendo si la operación es en superficie o dentro de una galería, se cimenta sobre concreto o sobre barras de sujeción.

f) Conjunto Eléctrico: Componentes eléctricos de partida, limitadores de

torque y sistemas de seguridad, que evitan roturas o daños en la columna en cualquiera de las etapas de labor.

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g) Columnas de Perforación: Está formado principalmente por barras de

extensión, barras estabilizadoras de piloto y de escariado y barras de partida. En algunos casos, también hay barras de transmisión.

h) Escariador, Cabezal o Reamer Head: Consta de una estructura

metálica donde van ubicados los cortadores que definen en diámetro final de la

chimenea. Trabaja por empuje y rotación en forma ascendente, provocando la

ruptura del macizo, debido a la presión aplicada por los bits ubicados en la parte

superior del cabezal. El número de cortadores o bits y la disposición de estos

dependerá del diámetro deseado para la chimenea.

Fig. : Esquema del equipo de Raise Boring.

i) Estación de Trabajo: La estación de trabajo corresponde al conjunto de piezas y mecanismos donde el equipo se sostiene. Puede estar ubicada en superficie o dentro de una galería.

Cada modelo requiere diferentes alturas, según se especifica en la siguiente:

Tabla 2: Dimensiones de las estaciones de trabajo según equipo

ModeloAltura

(metros)Área

(metros)

Master Drilling RD-3-2506,00

3x3

Robbins 73-R7,50

3x3

Robbins 71-R6,00

3x3

Robbins 61-R5,00

3x3

Robbins 41-R4,50

3x3

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VI. OPERACIÓN DEL EQUIPO RAISE BORING.

durante la operación de piloteado, el agua o el aire es introducido en forma descendente por la maquina Raise Boring dentro de los tubos llegando hasta la broca piloto, la cual lo expulsa a través Raise Boring de sus orificios o puertos de salida. Luego la roca triturada es evacuada junto con el agua o aire que sube en forma ascendente entre la pared exterior de los tubos y la pared interna del hueco piloto que se va efectuando.

La operación del equipo Raise Boring tiene dos etapas bien definidas:

6.1 Operación de Rimado

Una vez que la broca piloto llega al nivel inferior (comunicar), se retira el Bit Roller y la broca piloto, para luego conectar la cabeza rimadora a la columna de perforación.

La roca triturada por la cabeza rimadora va cayendo por gravedad hacia el nivel inferior, en donde con ayuda de una máquina de movimiento de tierras es convenientemente evacuada.

6.2 Operación de Piloteado

Durante esta primera operación, un hueco piloto es perforado en dirección descendente hacia el nivel inferior. Este movimiento descendente se logra introduciendo poco a poco la columna de perforación.

Para esto se ensambla previamente la broca piloto en el Bit Roller, luego este último es conectado con la maquina Raise Boring, la que procede a perforar la roca hacia abajo.

Perforación Piloto y Rimado

VII.

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VENTAJAS DEL RAISE BORING SOBRE OTROS METODOS

1.- Es mucho más seguro, dado que se elimina el riesgo de los trabajadores producto de la caída de material, humos tóxicos y manipulación de explosivos.

2.- Es mucho más rápida, dado que por ejemplo la perforación Raise Boring de un hoyo de 1.50 m de diámetro x 100 metros de longitud en un terreno medianamente duro, solamente toma 4 semanas. este mismo hoyo si es efectuado usando métodos convencionales, su ejecución tomara varios meses.

3.- La superficie interior del hoyo terminado es completamente uniforme lo cual hace que la circulación de aire por su interior sea mucho más eficiente con el consecuente ahorro de energía en la ventilación. En el método convencional al ser efectuado el hoyo mediante el uso de explosivos, la superficie interior queda completamente irregular.

VIII. CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA RAISE BORING

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, puede estar en la superficie.

8.1. VENTAJAS

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

Seguridad.- Se eliminan los riesgos asociados a la presencia de

trabajadores en el frente en excavaciones verticales.

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.

Rapidez. .- El sistema es de avance continuo, con lo que se eliminan tiempos

improductivos.

Paredes suaves y auto sostenidas.- El sistema no afecta a la roca

circundante al hueco, con lo que no se precisa sostenimiento

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Las paredes son lisas, con lo que la resistencia a la circulación del aire

disminuye:

No hay uso de explosivos.

Productividad y rendimiento, comparado a métodos convencionales de

ruptura de roca con explosivos.

Gran autonomía en excavación de piques de gran longitud.

Alta razón de avance en metros por día.

No existe Over Break (sobre excavación), debido a la precisión del equipo.

Versatilidad para excavar en ángulos sub-horizontales, a pesar de estar

diseñado para piques verticales.

VIII.2 DESVENTAJAS.

No obstante, también existen desventajas propias de éste método. Dentro de las

más relevantes tenemos:

Falta de flexibilidad en cuanto a tamaños y formas de la chimenea. La

dirección de ésta no puede ser cambiada una vez ha comenzado el

proceso.

Requiere de una gran inversión en infraestructura, equipo y mantención.

Alto costo por metro lineal de excavación, ascendente a 600 US$/m.

Presenta inconvenientes al ser utilizado en rocas de mala calidad.

Requiere de personal altamente especializado y preparación previa en el

área de trabajo.

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IX. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROCESO RAISE BORING.

9.1 ETAPAS PRINCIPALES DE EJECUCIÓN DEL MÉTODO RAISE

BORING.

El proceso de ejecución del método de Raise Boring, consta de dos etapas

principales, a continuación descritas en orden secuencial:

9.1.1 Perforación del Tiro Piloto o Sondaje Piloto.

Se realiza descendente, vertical o con inclinaciones de hasta 40°, utilizando como

herramienta de corte un tritono de rodamientos sellados.

El avance de la perforación se logra agregando barras extensoras y

estabilizadoras a la columna de perforación, dependiendo de la profundidad

deseada y las condiciones geológicas y geo mecánicas.

Durante la perforación, la extracción del detritus se realiza mediante la inyección a

presión de agua o sustancias acuosas con aditivos espesantes a fin de eyectarlas

a la superficie. Usualmente, para conseguir esto, se recurre a bombas de 37 a

50kW de potencia. Sin embargo, si la calidad de la granulometría de la roca es

muy disgregable, se utiliza aire a presión para la evacuación de los residuos.

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,

de las cuales se consideran dentro de los rangos esperados desviaciones no

mayores al 1%.

Diámetro chimenea v/s diámetro tiro piloto

1.5 – 2.5 mt ______ 12¼´´

2.7 – 3.5 mt ______13 ¾´´

3.5 mt > _________ 15 ´´

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9.1.2 Escariado o Ensanchamiento del Tiro Piloto:

Consiste en reemplazar el tricono por el cabezal escariador, una vez éste haya

emergido en la superficie superior de la galería, donde finalizó la perforación

piloto.

El escariador avanza en ascenso y rotando, siguiendo la dirección del tiro piloto,

excavando la roca por corte y cizalle para lograr el diámetro deseado de la

chimenea. Por este motivo, el cabezal consta de piñones para triturar la roca a

medida que sube.

Número de cortadores v/s diámetro final.

8 _____ 1.5 m 14 _____ 2.5 m 16 _____ 3 m 22 _____ 3.5 m 26 _____ 4 m 28 _____ 4.5 m

Para retirar el escariador al finalizar la excavación existen dos alternativas:

Bajar la columna de barras extensoras y estabilizadoras por el fondo de la

chimenea o pique, a través de la galería inferior. En este caso, es

necesario dejar un puente de roca no excavado en la parte superior de 2 a

3 metros de espesor, dependiendo del diámetro final de excavación y de la

calidad geo-mecánica de la roca.

Excavar la chimenea completa, retirando el Reamer Head por la parte

Superior de la excavación.

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9.1.3 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.

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 m. a 3,5 m. se utiliza perforación con

tricono de 13 ¾" 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 15".

En la tabla a continuación se indica los diámetros de chimeneas más frecuentes y

los diámetros de perforación piloto utilizados.

Tabla 1: N° de cortadores según diámetro de escariador.

Diámetro final de escariado(metros)

Número de cortadores(unidades)

1,50 81,80 102,10 122,50 142,70 143,00 163,50 224,00 264,50 28

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9.2 EVACUACIÓN DE LOS DETRITUS.

En el sistema tradicional, la fuerza de la gravedad ayuda a la evacuación del

detritus.

Sin embargo, cuando se excava hacia abajo o en perforación sub-

horizontal la evacuación se realizará por inyección de fluido (aire o agua) directa o

inversa.

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9.3 RENDIMIENTO DE EXCAVACIÓN

Si bien el rendimiento y el desempeño de éste método va fuertemente ligado a las

condiciones de trabajo, como la geo-mecánica del macizo, la profundidad del pique

o el diámetro esperado, en general, es posible afirmar rotundamente que es uno de

los más eficientes en cuanto a rendimientos netos.

Para el caso de rocas competentes con resistencia a la compresión uniáxica de

hasta 180 Mpa, el rendimiento por jornada de faena de 16 horas se detalla en la

Tabla 3:

Tabla 3:

Diámetro de escariado(metros)

Rendimiento (metros/día)

1,50 12 a 20

2,50 8 a 14

3,00 6 a 10

3,50 4 a 8

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X. NUEVAS APLICACIONES DE LA TÉCNICA RAISE BORING.

10.1 Sistema Tradicional: Es un sistema seguro, eficiente y de bajo coste para realizar excavaciones en diferentes diámetros, longitudes y distintas formaciones geológicas.

10.2 Sistema Horizontal: Nace como competencia a la perforación tradicional con voladura y a las TBM. Las claves de este sistema son un sondeo piloto certero (normalmente en dos etapas), una buena evacuación de los detritus y la estabilidad de la formación rocosa.

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10.3 Raise Boring Ciego: Se usa para realizar chimeneas ciegas. La perforación se hace desde un nivel inferior, donde también está el control de la máquina. Esta es similar a una mini TBM, capaz de perforar verticalmente hasta con un ángulo de 30 grados. La máquina está expuesta a la caída de detritus por gravedad, de ahí que lleve unos pequeños transportadores para su evacuación. La dirección se controla por láser.

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XI. CONCLUSIÓN.

La incorporación de sistemas mecanizados en la excavación de

chimeneas ya sea utilizando la técnica Raise Boring contribuyen a un

trabajo seguro para el personal, equipos y materiales especialmente en

aquellos macizos rocosos de mala calidad geo-mecánica.

La productividad que se pude lograr con este método es

significativamente alta, y no es comparable con los métodos tradicionales

de construcción de chimeneas con utilización de explosivos.

La calidad de terminación de las excavaciones son perfectas con lo cual

lo hace muy atractivo 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.

Son métodos que no contaminan, por la ausencia de explosivos en la

aplicación de estos.

Solo aplicables a la gran minería por su alto costo.

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XII. BIBLIOGRAFÍA :

Ubilla Campos, Luis Rodrigo. MECANIZACIÓN DE DESARROLLOS

VERTICALES CON EQUIPOS ESCARIADORES. 1994.

2011 © Sandvik Mining. RAISE BORING TOLOS AND SYSTEMS.

Disponible en el sitio web: http://mining.sandvik.com/

Oscar E. Llanque Maquera, Vidal F. Navarro Torres. EXPLOTACIÓN

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BORE EQUIPMENT I. Disponible en el sitio web: http://www.micon-

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Carlos López Jimeno, Emilio López Jimeno, Franciso Ayala. DRILLING

AND BLASTING OF ROCKS. 2006. Instituto Geológico y Minero de

España.

Codiv S.L., Departamento técnico de Microtúneles Sonntag. SISTEMA

DE EXCAVACIÓN: RAISE-BORING.

Máximo Mayta Lino. MAQUINARIA MINERA. 1998

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