Clasificación y descripción de las maquinas perforadoras usadas en mineria.

Clasificación de las perforadoras

Las máquinas perforadoras pueden clasificarse en:

1.- Por la fuente de energía requerida

a. Ígnea o térmica, aquella que utiliza calor superior a 2,000 °C, combinado con chorros de agua fría y rotación de la columna de perforación.

b. Eléctrica, que utiliza la energía eléctrica.

c. De carburación, porque utiliza combustible (generalmente gasolina combinada con            aceite).

d. Neumática, porque utiliza aire comprimido.

e. Hidráulica, porque utiliza generalmente aceite a alta presión

f. Sónicos, porque utilizan vibraciones de alta frecuencia (a nivel experimental)

g. Iluminación, al utilizar luz concentrada (rayos laser, a nivel experimental)

h. Nuclear, por utilizar principios de reacción nuclear (a nivel experimental)

i. Otros, como químicos (proyectiles balísticos) a nivel experimental

2.- Por el trabajo del inserto

a. Fusión/rotación/enfriamiento (fundición)

b. Percusión (cincelado)

c. Percusión/rotación

• Convencional (cincelado y corte)     
• Con ensanches escalonados (broca iniciadora y escariadoras)

d. Presión/rotación (peso y giro o presión de barra o columna de  perforación)

e. Presión/rotación/corte/desgaste de la roca (broca diamantina de corona)

3.- Por el apoyo con que cuentan

a.- Manuales   

• Sin apoyo (pick hammer, jack hammer)      
• Con apoyo  o con empujador (jack leg, stoper) 

b.- De avance automático

• Sobre brazos (drifter neumática e hidráulica)     
• En castillo o mástil (perforadora rotativa)

c.- Ancladas (Pack sac, raise borer) 

4.- Por la ubicación del martillo

a.- En la máquina perforadora (jack leg, stoper, jack hammer, raise borer)
b.- Sobre la barra o en castillo (drifter, perforadora rotativa)
c.- En la punta del barreno o columna (down the hole)

5.- Otros

a.- Por el peso (livianas, pesadas, superpesadas)
b.- Por el tamaño
c.- Otros.

DESCRIPCION DE ALGUNAS PERFORADORAS

1.- Perforadora Ignea o Térmica  (Jet piercing, chorro taladrante). 

a.-  Características: Su origen se remonta a 1927 en que se aplicó en Alemania en una mina de vetas de cuarzo; en 1947 con el empleo de quemadores de diseño especial, se utilizó a nivel industrias yse ampió su suo en la URSS.

Se basa en la decrepitación de la roca gracias a los rápidos cambios de temperatura producidos por chorros de gases de combustión de 2200 °C a 3000 °C y a una velocidad supersónica de 1800 m/s, alternados con chorros de agua y por el giro de la columna de perforación.

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

El proceso de penetración depende de la decrepitabilidad de la roca, que se basa en la diferente capacidad de rotura de los cristales constituyentes de las rocas como consecuencia de su poca o mucha conductibilidad, en que ciertas partes se calientan con mayor rapidez que otras. Las rocas con un contenido de cuarzo mayor a 30 % decrepitan bien y mejor cuanto mayor cantidad de agua contengan.

La perforadora está equipada con sistemas automáticos que mantienen la distancia óptima entre el mechero de reacción y el fondo del taladro y regulan la proporción de combustible.
Se han logrado aperturar taladros de 18 a 22 cm de diámetro y hasta 20 m de longitud.
Las velocidades normales de perforación llegan de 3 a 12 m/h y en casos favorables hasta 20 m/h.
En escala industrial sólo fue utilizada en explotación a Cielo Abierto y actualmente ha perdido su campo de aplicación.

b.- Requerimientos

Kerosene o petróleo (consumo de 150 gl/hora)
Oxígeno (consumo de 350 m3/hora) o aire comprimido
Agua (consumo de 3 m3/hora)
Existen perforadoras que utilizan ácido nítrico, aire comprimido y oxígeno.

c.- Componentes

d.- Funcionamiento, el kerosene y oxígeno gaseoso son aportados por conductos de la columna de perforación a la cámara de combustión del mechero de reacción, donde se atomiza el combustible y se mezcla con el oxígeno alcanzando altas temperaturas y estos productos de combustión son proyectados desde las boquillas del mechero de reacción con una velocidad supersónica y funden la roca, para luego recibir una inyección de agua fría, que también se transporta por el interior de la columna de perforación,  que agrietan la roca. 

Los productos de combustión y el vapor de agua engendrados durante la perforación van evacuando la roca desintegrada del fondo del taladro a superficie, con la ayuda de 02 ventiladores aspiradores a través de una Trompa Aspiradora y Conducto sujeto al mástil. 

2.- Perforadora eléctrica 

a.-  Características: Utiliza perforadoras rotativas manuales y de columna con motor eléctrico de 220 voltios, profundizando el barreno helicoidal de 36 a 42 mm de diámetro y hasta 1 metro de avance del taladro. 

Es aplicado en rocas calizas, pizarras, areniscas, cascajo, arcilla compacta; es decir en rocas de resistencia mecánica resistentes, medianas y terrosas según M. Protodiakonov. 

La perforación y el barrido de los detritus es en seco. 

Las ventajas están representadas por el uso de energía eléctrica cuya transmisión es fácil y no existe pérdidas de potencia; ausencia de sacudidas por la no existencia de vibración; menos producción de polvo. 

Las desventajas están representadas por el mayor desgaste de la barrena; poca profundidad del taladro y riesgo de descargas eléctricas. 

b.- Requerimientos: Energía eléctrica. 

c.- Componentes

d.- Funcionamiento, se oprime el botón de accionamiento, iniciándose la rotación del motor que es transmitido por medio del reductor, al barreno; la presión es ejercida por el perforista o por el pistón de avance. 

El detritus es evacuado sacando e introduciendo alternativamente la varilla helicoidal, sin detener la perforación. 

Oprimiendo el botón de parada, se detiene su funcionamiento.

3.- Perforadora de Carburación o Motoperforadora/rompedora Pionjar de Atlas Copco 

a.- Características, son perforadoras manuales (jack hammer) de percusión y/o rotación con otor a gasolina, ideal para pequeñas tareas de perforación (motoperforadora) y rompimiento de hormigón y compactadora (rompedora), en todo caso hacia abajo. 

El encendido es electrónico mediasnte un dispositivo de arranque  (empuñadura, muelle, polea, toma de fuerza y cuerda). 

Cuando la rotación no sea requerida, se desconecta por medio de un selector. 

Cuenta con 4 modelos básicos: motoperforadora/rompedora (Pionjar 120 y 140) y rompedoras (Pionjar 130 y 150 con empuñaduras antivibraciones).

b.- Requerimientos ,como combustible usa gasolina mezclada con aceite grado 40 en una proporción 12:1 ó 20:1. Usa barrenos integrales convencionales y puntas. 

c.- Componentes

d- Funcionamiento, la máquina funciona bajo el principio de pistones opuestos que se desplazan en un mismo cilindro. El pistón del motor B va conectado por medio de una biela al cigüeñal del motor. El pistón del martillo A se desplaza libremente en el cilindro y su ciclo de trabajo se sincroniza de manera automática (impacto, barrido, rotación). 

Funcionamiento de los pistones: Durante la carrera de trabajo, el pistón de percusión A es impulsado por la presión de la combustión y transmite su energía al barreno. Al mismo tiempo, el pistón del motor B se acciona hacia arriba, con lo que descubre el conducto de gas C situado en la pared del cilindro. Los gases procedentes de la combustión, pasan desde este conducto C al interior de la cámara situada por debajo del pistón de percusión, a través de la válvula D. 

Esta presión del gas actúa entonces por debajo del pistón del martillo, ayudando al retroceso del pistón a su posición superior. La válvula D de no retorno, evita que estos gases regresen a la cámara de compresión y combustión. Por lo tanto, la presión del gas actúa desde abajo sobre l pistón de percusión, agregándose a la fuerza de retorno en su regreso a la posición inicial. 

Soplado o barrido: El aire de soplado es aspirado durante el movimiento descendente del pistón de percusión A, vía válvula de admisión E, a la cámara de compresión, por encima de la brida del pistón de percusión. Cuando éste es empujado hacia arriba, el aire es comprimido y forzado a salir a través de la válvula de presión F al  barreno y continuando por el agujero axial del barreno hasta el gavilán. Esta corriente de aire manteniene este ajugero axial limpio hasta una profundidad de 6 metros. 

Rotación: La rotación del barreno es producido por el movimiento del pistón de percusión. Las ranuras rectas y helicoidales practicadas en el eje de este pistón, se emparejan con las estrías de la rueda de trinquetes. Durante el movimiento descendente, gira el pistón de percusión y produce el giro del barreno. 

4.-Perforadora Neumática 

a.- Características: Utiliza aire comprimido para accionar a la perforadora. Requiere un caudal de aire de 0.20 a más de 6 m3/min  y requiere presiones de aire de 15 a más de 90 lb/pulg2. 

b.- Tipos de perforadoras convencionales (taladros menores de 1 ½ pulgadas de diámetro) 

• Pick hammer (Martillo picador, rompedor), son manuales; es decir el operario dirige la herramienta sirviendo de freno a los movimientos de retroceso; percutan (cuyo uso es en cinceldo o desbastado) y excepcionalmente rotan. 

• Jack hammer (Perforadora manual) o Sinker (plomada), sin pistón de avance, percusivas y/o rotativas; cuentan con una empuñadura en T para ambas manos. Se utilizan mayormente en perforaciones verticales o muy cerca a la vertical. En caso de ser sólo percusivas, se les conoce como pavin breaker (rompe pavimentos). 

• Jack leg (Pata plegable), que cuenta con un dispositivo de avance  plegable y acoplable  (pata, barra, pie de avance, empujador, etc.). Son roto - percusivas. Se usan para perforaciones horizontales o cercanas a la vertical. Se describe más adelante.                                                      

• Stoper (Tapón), que cuenta con una barra neumática acoplada fijamente y en un mismos eje axial, constituyendo un conjunto. Son roto - percusivas. Se usa para perforaciones verticales o muy cercanas a la vertical. Se describe má adelante. 

• Drifter (Llevado por algo, móvil, a la deriva), que se moviliza sobre un brazo alimentador montado sobre una plataforma de perforación. Son roto-percusivas y propios de Jumbos (de mucho volumen) y sus características son variadas, dependiendo principalmente de los requerimientos de perforación (diámetros, longitudes, velocidades, etc.). Se describe más adelante.