UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS

“BENEFICIOS TÉCNICO-ECONÓMICOS DEL CAMBIO DE TIPO DE BROCA Y MARTILLO DTH DE LA SERIE QL60 POR LA SERIE ND680 EN LA PERFORACIÓN DE LOS TALADROS DE PRODUCCIÓN DEL TAJO SAN PEDRO, MINERA LA ZANJA”

TESIS

PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE

INGENIERO DE MINAS

AUTOR: Bach. VALDERRAMA GARCIA, Deiby Nelber

ASESOR: Ing. PRADO PALOMINO, Pedro

TRUJILLO – PERÚ 2018

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

“BENEFICIOS TÉCNICO-ECONÓMICOS DEL CAMBIO DE TIPO DE BROCA Y MARTILLO DTH DE LA SERIE QL60 POR LA SERIE ND680 EN LA PERFORACIÓN DE LOS TALADROS DE PRODUCCIÓN DEL TAJO SAN PEDRO, MINERA LA ZANJA”

TESIS

PRESENTADA A LA ESCUELA DE INGENIERÍA DE MINAS COMO REQUISITO PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE

INGENIERO DE MINAS

SECRETARIO

Ing. Filomeno Bilmer Gamarra Reyes Reg. CIP: 22843

VOCAL

Ing. Pedro Crisólogo Prado Palomino Reg. CIP: 58491

PRESIDENTE

Ing. Solio Marino Arango Retamoso Reg. CIP: 41484

DEDICATORIA

A DIOS:

Por el soporte espiritual brindado en los momentos más difíciles a lo largo de este camino.

A MIS PADRES:

Por su infinito apoyo, sacrificio y muestras de amor constante en cada etapa de mi vida.

AGRADECIMIENTO

Un Infinito agradecimiento a la Universidad Nacional De Trujillo y a todos los ingenieros en ella, quienes compartieron sus conocimientos con cada uno de nosotros en pro de la formación de profesionales íntegros y comprometidos con su carrera.

De igual manera un agradecimiento al Ing. Pedro Prado Palomino por su incondicional apoyo para que sea factible esta tesis.

A la Empresa BH Rock Tools, por brindar la oportunidad laboral a jóvenes como mi persona, que quien sin ninguna experiencia laboral en un inicio, puede iniciar ya a pulir su perfil como profesional minero.

Al Ing. Marco Plasencia, por compartir sus conocimientos en este proceso unitario de perforación, los cuales contribuyeron a la formación de una base sólida y la posterior retroalimentación para con la empresa.

RESUMEN

La empresa BH Rock Tools constantemente aplica un proceso de mejora continua en todas las soluciones que ofrece al mercado minero. Esto con la finalidad de incrementar la rentabilidad de sus clientes y lograr expandirse a la mayoría de proyectos posibles tanto a nivel nacional como internacional. Tal es el caso actual de minera La Zanja con quien viene trabajando desde el año 2016.

Actualmente el uso de los aceros de perforación de la serie QL60 viene presentando algunas deficiencias en cuanto al cumplimiento de los indicadores de rendimiento y trabajos técnicos en ellos. Todo esto genera que se tenga un mayor tiempo de demoras operativas, una baja velocidad de perforación y por ende un mayor costo por cada metro perforado.

BH Rock Tools eligió a la serie ND680 para poder mejorar los actuales indicadores de rendimiento que se tiene en mina. Esta, consta de un martillo fabricado en base a al principio de la tecnología impacto espejo, brocas mucho más convexas y con un mayor número de insertos esféricos en ellas, permitiendo así la optimización del proceso unitario de perforación.

Al finalizar las pruebas realizadas con la serie ND680 se obtuvo una reducción significativa del 3.9 % en las demoras operativas, un aumento en la velocidad de perforación del 9 %, pasando de 59.4 a 64.7 m/h y una reducción importante de 8.1% en el TDC bajando de 4.37 a 4.02 $/m. Esto podría generar, si se decide continuar con su empleo, un importante ahorro mensual y anual de $ 3,390.47 y $ 40,685.69 respectivamente.

ABSTRACT

The company BH Rock Tools constantly applies a process of continuous improvement in all the solutions offered to the mining market. This in order to increase the profitability of its customers and to expand to most possible projects both nationally and internationally. Such is the current case of La Zanja mining with whom he has been working since 2016.

Currently, the use of QL60 series drilling steels has presented some deficiencies in terms of compliance with performance indicators and technical work in them. All this generates that you have a longer time of operational delays, a low drilling speed and therefore a higher cost per meter drilled.

BH Rock Tools chose the ND680 series to improve the current performance indicators in the mine. This consists of a hammer manufactured based on the principle of mirror impact technology, much more convex drills and with a greater number of spherical inserts in them, thus allowing the optimization of the unit drilling process.

At the end of the tests carried out with the ND680 series, a significant reduction of 3.9% in the operational delays was obtained, an increase in the drilling speed of 9%, going from 59.4 to 64.7 m/h and a significant reduction of 8.1% in the TDC going down from 4.37 to 4.02 $/m. This could generate, if you decide to continue with your employment, a significant monthly and annual savings of $ 3,390.47 and $ 40,685.69 respectively.

INDICE GENERAL

DEDICATORIA...iv

AGRADECIMIENTO ...v

RESUMEN ...vi

ABSTRACT ...vii

INDICE GENERAL ...viii

LISTA DE TABLAS ...ix

LISTA DE FIGURAS ...x CAPITULO I INTRODUCCION 1.1. Realidad Problemática ...1 1.2. Antecedentes ...2 1.3. Marco Teórico ...3 1.3.1. Perforación………..3

1.3.1.1. Perforación Top Hammer………6

1.3.1.2. Perforación Rotativa………8

1.3.1.3. Perforación DTH.………10

1.3.1.4. Factores que influyen en el rendimiento de la perforación……….16

1.3.1.5. Parámetros operacionales………23

1.3.1.6. Afilado de brocas………...26

1.3.1.7. Principio de la tecnología de impacto espejo………...27

1.4. Problema………....28

1.5. Hipótesis………....28

1.6. Objetivos………28

1.6.1. Objetivo general………..28

CAPITULO II

MATERIALES Y MÉTODOS

2.1. Materiales de estudio……….29

2.1.1. Ubicación del área de estudio………...29

2.1.2. Accesibilidad………30

2.1.3. Geología del Proyecto………...30

2.1.3.1. Geología Regional………...30

2.1.3.2. Estratigrafía……….31

2.1.3.3. Geología estructural………33

2.1.3.4. Geología - Tajo San Pedro………..35

2.1.4. Explotación Minera………...38

2.2. Métodos y Técnicas………...42

2.2.1. Secuencia de Toma de Datos………...43

2.2.2. Procedimiento………..45

2.2.2.1. Línea base de los parámetros de perforación………...45

2.2.2.2. Control y evaluación de los aceros de perforación en campo…………46

2.2.2.3. Control y evaluación de los aceros de perforación en taller…………...49

2.2.2.4. Control de tiempos, demoras y metraje acumulado………50

2.2.2.5. Calculo de la energía liberada por el golpe del martillo………...51

2.2.2.6. Calculo de la potencia del martillo………...52

2.2.2.7. Calculo del costo total de perforación (TDC)………52

CAPITULO III RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3.1. Resultados………53

3.1.1. Energía y Potencia del martillo………...53

3.1.3.1. Desgaste del cilindro externo (case)………..55

3.1.3.2. Vida útil de los martillos QL60 y ND680………...55

3.1.3.3. Velocidad de penetración de los martillos QL60 y ND680…………..56

3.1.4. Calculo de demoras operativas………..57

3.1.5. Costos de perforación………...57

3.1.5.1. Calculo del TDC (Costo Total de Perforación)………....57

3.1.5.2. Ahorro generado al emplear la serie ND680………....58

3.2. Discusión de Resultados………...58 CAPITULO IV CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 4.1. Conclusiones……….60 4.2. Recomendaciones………...60 CAPITULO V REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 5.1. Recomendaciones……….….61

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Rotación recomendada en función al diámetro de la broca……….24

Tabla 2. Equipos de carguío………...41

Tabla 3. Línea Base de Parámetros Promedios de Perforación..………...45

Tabla 4. Parámetros de perforación asignados………..48

Tabla 5. Energía liberada y Potencia entregada del martillo QL60………..53

Tabla 6. Energía liberada y Potencia entregada por el martillo ND 680…………..54

Tabla 7. Demoras operativas al utilizar ambas series………...57

Tabla 8. Calculo del TDC……….58

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Métodos de perforación...5

Figura 2. Selección de perforadora……….6

Figura 3. Principios de la perforación Top Hammer………..4

Figura 4. Sistemas de Rotación………..10

Figura 5. Perforación DTH……….16

Figura 6. Clasificación de la dureza de las rocas……...……….16

Figura 7. Tipos de brocas...……….16

Figura 8. Partes internas de un martillo DTH……….20

Figura 9. Parámetros operacionales DM45 – Atlas Copco……….25

Figura 10. Gráfico de la Velocidad de avance respecto al desgaste de la broca….26 Figura 11. Desgaste de máximo del inserto antes del afilado………..……...27

Figura 12. Principio de la tecnología de impacto espejo……….27

Figura 13. Vista general de las instalaciones de Minera La Zanja………..29

Figura 14. Distancia de recorrido hacia la Unidad Minera La Zanja………..30

Figura 15. Geología Regional del Proyecto……….31

Figura 16. Columna Estratigráfica………...33

Figura 17. Plano de alteraciones – Tajo San Pedro……….34

Figura 18. Cuerpos principales en el tajo San Pedro………...36

Figura 19. Litología del tajo San Pedro………...37

Figura 20. Malla Triangular……….39

Figura 21. Tramos Tajo San Pedro – DME……….41

Figura 22. Tramos Tajo San Pedro – PAD………..42

Figura 23. Flujo grama de investigación……….44

Figura 24. Evaluación in situ del macizo rocoso………46

Figura 25. Evaluación del estado de los aceros de perforación………..47

Figura 26. Verificación de una correcta lubricación………...48

Figura 28. Afilado de brocas y mantenimiento de martillo………...50

Figura 29. Reporte diario de perforación………...51

Figura 30. Vida útil de las brocas QL60 y ND680………....54

Figura 31. Desgaste de case vs metros perforados ………..55

Figura 32. Vida útil de los martillos QL60 y ND680………56

Figura 33. Velocidad de penetración de los martillos QL60 y ND680………….56

Figura 34. Revestimiento del top sub y driver sub………63

Figura 35. Revisión periódica de la broca durante la operación………....63

Figura 36. Desmontaje de martillos para su mantenimiento………..64

Figura 37. Broca ND680 post-afilado………64

Figura 38. Finalización de las brocas QL60 vs ND680………..65

Figura 39. Problemas continuos de los aceros QL60……….65

Figura 40. Detalle de la serie QL60………...66

Figura 41. Detalle de la serie ND680……….67

CAPÍTULO I 1. INTRODUCCIÓN

1.1.Realidad Problemática

Uno de los procesos unitarios en el ciclo de minado de operaciones mina es la perforación, la cual da inicio a dicho ciclo y es de vital importancia para los posteriores procesos. La optimización de dichos procesos en minería, se determina mediante un análisis previo y una evaluación de las deficiencias encontradas, hasta lograr una mejora continua, la cual permita una óptima extracción del mineral.

Uno de los tajos que actualmente se está minando y en el cual se probara la nueva serie, por temas de continuidad en la perforación, es llamado “San Pedro”. Este presenta un macizo rocoso variado. Tufo volcánico silicificado con una resistencia a la compresión no confinada (UCS) de 240 Mpa y un GSI de 55. La que más abunda en el tajo, tufo volcánico argilizado con una resistencia a la compresión no confinada (UCS) de 90 Mpa y un GSI de 45. Tufo volcánico argílico avanzado con una resistencia a la compresión no confinada (UCS) de 15 Mpa y un GSI de 20.

Actualmente en minera la Zanja SRL para llevar a cabo el proceso de perforación se utiliza el sistema DTH (down the hole). BH Rock Tools es la empresa encargada de suministrar los aceros de perforación de esta línea, empleando para ello la serie QL60, la cual consta de un martillo de 6” Ø y brocas de 6 ¾” Ø trabajando con una barra de 5” Ø. Se cuenta con 4 perforadoras en operación, dos Atlas Copco DM45, una Junjin JD2000 y una Sandvik DX800. Por temas de continuidad en los trabajos de perforación y estado de las máquinas perforadoras, en la presente investigación se analiza únicamente la PE 03 – Atlas Copco DM45. Dicha perforadora actualmente tiene una velocidad de penetración promedio de 59.36 m/h y en ella un rendimiento promedio de 1849.6 y 8944.4 metros, en brocas y martillos respectivamente, con todo esto el TDC actual es de 4.37 $/m. Adicional a ello se tiene que el tiempo real promedio en la perforación en un taladro de 6.5 m de

longitud es de 5.4 min, el tiempo máximo registrado a la fecha es de 25 min y el mínimo de 2 min, siendo el ciclo total promedio de perforación de 6.57 min/tal (incluyendo el traslado y posicionamiento del equipo de tal-tal).

Con el objetivo de optimizar estos indicadores de rendimiento es que se pretende cambiar el diseño del martillo y brocas, incorporando en nuestra línea la innovadora serie ND680, serie con las mismas dimensiones externas que la serie QL60 pero fabricada en base a tecnología actual que permita optimizar el proceso unitario de perforación.

1.2.Antecedentes:

Sandvik mining and construction (2013) indica que cuando el pistón impacta a la broca se genera la onda de choque. La onda de choque se trasmite a manera de energía de Impacto. La geometría del pistón y broca determinan la amplitud y longitud de la onda de choque. La eficiente transmisión de energía maximiza la velocidad de perforación. Esta última, es el factor más importante que nos permite optimizar el costo por metro final de perforación.

La vida útil de la broca y la velocidad de penetración son los dos criterios más importantes para la selección de la broca adecuada a una aplicación concreta. En la mayoría de casos, el objetivo primero es la productividad, por lo que se da preferencia a las características de evacuación rápida de los detritus de los diseños SpeedBit y frente convexo/balístico, que garantizan un corte limpio de los botones con una trituración secundaria mínima. (Herramientas para perforación de roca Secoroc, EQUIPO DTH 2015).

Torres, J. (2009), en la 35 Conferencia anual del ISSE, explica que teniendo un diseño óptimo de distribución de los botones en la boca o broca contribuirá a un mejor avance de trituración de la roca, es por ello que, hace énfasis en que los insertos de carburo de tungsteno deben cumplir con los requerimientos previstos por el cliente; tal es el caso que recomienda el empleo del nuevo botón MultiPoint, el cual provee múltiples puntos de

contacto entre la roca y el inserto permitiendo una más eficiente fractura en la roca, garantizando de ese modo una mayor velocidad de penetración. “El resultado ha sido una broca excelente con una geometría que da una mayor velocidad de penetración y, a su vez, consigue la vida útil de una broca con botones hemisféricos” (ISSE 35th Anual Conference – New Orleans, L.A.)

Asimismo, Díaz, C. en el Especial I de la revista Nueva Mineria (2014), menciona: “Las brocas con cara plana son las más comunes, y existen otros diseños con cara convexa que permiten distribuir más insertos en la periferia del bit para una mayor velocidad y resistencia en roca dura y abrasiva, sin embargo, presentan el inconveniente de la posibilidad de que el pozo o taladro se desvíe. También se utilizan diseños con cara cóncava que normalmente se emplean en pozos o taladros profundos ya que tienen menor tendencia a la desviación debido al piloto invertido que se genera en el centro del bit”, precisa el ejecutivo Claudio Díaz. (Desafío para la Industria, Especial I – Revista Nueva Minería, 2014)

1.3. Marco teórico: 1.3.1. Perforación

Primera operación unitaria en un proceso de excavación de roca, cuyo objetivo principal es realizar taladros de diferentes diámetros y profundidades de acuerdo a diseños y parámetros que están sujetos a un mejoramiento continuo y a una dinámica de cambios como la tecnología avanza.

El objetivo de estos taladros es poner explosivos para después detonarlos y lograr la fragmentación requerida.

La clasificación de los sistemas de penetración de la roca está hecha en base a la energía empleada; así tenemos:

- Mecánica: percusión, rotación, rotopercucion

- Térmica: soplete, plasma, fluido caliente, congelación - Hidráulica: chorro de agua, erosión, cavitación - Sónica: vibración de alta frecuencia

- Química: micro voladura, disolución

- Eléctrica: arco eléctrico, inducción magnética - Sísmica: rayo laser

- Nuclear: fisión, fusión

Actualmente en la minería se emplea la energía mecánica para efectuar los trabajos de perforación. Es así como a través del tiempo la ingeniería ha sabido usar óptimamente cada uno de los principios en los que se basa este sistema de perforación (percusión, rotación, roto percusión), dando lugar a tres principales métodos de perforación mismos que son empleados en la actualidad.

Figura 1. Métodos de perforación generados a partir de la aplicación de los principios de la perforación mecánica

La aplicación de uno u otro método depende principalmente del diámetro requerido y del tipo de roca a perforar.

Figura 2. Selección de perforadora en base al material en explotación y diámetro de perforación requerido

Fuente: CAPECO - 1996

1.3.1.1.Perforacion Top Hammer

En la modalidad funcional convencional o top-hammer la energía de impacto, generada por la máquina perforadora, se transmite por la barra o columna de barras. Esta energía se transfiere o aplica a la superficie rocosa a través de la herramienta, conocida con el nombre de "broca"o "bit".

En la medida que aumenta la longitud de la perforación, disminuye la cantidad de energía que se transfiere a la roca, debido a las pérdidas que se producen especialmente en el acoplamiento o uniones entre las barras que conforman la columna.

La aplicación de un sistema mecanizado de perforación, utilizando aire comprimido como fuente de energía, se inicia a partir de los años 1860 en Europa (Suiza) en la versión convencional o top-hammer, manteniéndose como el único hasta principios de la década de los '50 del siglo pasado, cuando aparece el sistema DTH. Con posterioridad, a mediados de los años 70, aparecen las primeras máquinas perforadoras accionadas hidráulicamente.

En la actualidad, el accionamiento neumático en su versión convencional, sólo se utiliza casi exclusivamente con perforadoras livianas, hasta 40 kilos, que pueden ser operadas manualmente.

La máquina perforadora consiste en un cilindro al interior del cual se desplaza un martillo-pistón alternativamente en ambos sentidos. Este pistón, accionado por aire comprimido a una presión de 6 a 7 [bar], golpea en su recorrido hacia adelante la parte posterior de la barrena o columna de barras.

Entre golpe y golpe es necesario imprimir un pequeño giro (R), de modo que los filos de la herramienta golpeen siempre sobre una nueva superficie y evitar así que se atasque. Adicionalmente, es necesario también imprimir una fuerza de empuje (F) a todo el sistema, con el propósito de optimizar el proceso de transmisión y aplicación de la energía de impacto a la roca. Por último, el sistema debe incluir un dispositivo que permita la eliminación del material o detritus producto de la trituración de la roca.

Figura 3. Principios de la perforación Top Hammer Fuente: Perforación Percusión, Julian Ortiz - 2006 1.3.1.2.Perforación Rotativa

El principio utilizado por las perforadoras rotativas consiste en aplicar energía a la roca haciendo rotar un útil de corte o destroza conjuntamente con la acción de una gran fuerza de empuje. Los diámetros habituales de barreno conseguidos con este tipo de perforadoras oscilan entre 50 y 311 mm, estando los mayores diámetros especialmente indicados para los grandes volúmenes de excavación.

Este sistema consta de una fuente de energía, una columna de barras o tubos individuales o conectados en serie, que transmiten el peso, la rotación y el aire de barrido a una boca con dientes de acero o de insertos de carburo de tungsteno que deben fragmentar la roca. De este modo, se puede distinguir la perforación con tricono y la perforación con útiles de corte. El primer sistema se aplica a rocas de dureza media a alta y el segundo a rocas blandas.

La fuente primaria de potencia utilizada por estos equipos puede ser eléctrica o motores diésel, y su aplicación se realiza mediante mecanismos de transmisión mecánicos e hidráulicos. La energía se transmite a través de las barras de perforación, que giran al mismo tiempo que penetra la boca, debido a la intensidad de la fuerza de avance. Prácticamente, casi sin excepciones, esta fuerza de empuje se obtiene a partir de un motor hidráulico. En este tipo de perforación, las pérdidas de energía en las barras y la boca son despreciables, por este motivo, la velocidad de penetración no varía apenas con la longitud del barreno. Para girar las barras y conseguir el par necesario, estas máquinas tienen un sistema de rotación montado habitualmente sobre un bastidor que se desliza a lo largo del mástil de la perforadora. El barrido del detritus de la perforación se realiza con aire comprimido, para lo cual el equipo está dotado de uno o dos compresores ubicados en la sala de máquinas.

El empuje a aplicar dependerá de la resistencia de la roca y del diámetro de la perforación. El mecanismo de empuje está diseñado para aplicar una fuerza del orden del 50% del peso de la máquina, alcanzando los equipos de mayor tamaño un peso de unas 120 toneladas. La rotación la provee un motor eléctrico o hidráulico y se transmite a la herramienta por medio de la columna de barras. Los sistemas de rotación pueden ser directos, de mesa de rotación, falsa barra Kelly.

El éxito de la perforación rotativa depende de una serie de factores, unos directamente relacionados con la máquina y otros que son factores externos a la misma. Entre los primeros cabe resaltar la magnitud del empuje sobre la roca, la velocidad de rotación, el desgaste de la boca, el diámetro del barreno y el caudal de aire necesario para la evacuación del detritus. Entre los factores que no dependen de la máquina se encuentran las características del macizo rocoso y los rendimientos dependientes del operario.

Figura 4. Sistemas de Rotación

Fuente: Perforación Rotativa de Rocas, Victor Yepes - 2014 1.3.1.3. Perforación DTH

La perforación con martillo en fondo (D.T.H. down the hole), desarrollada por Stenuick en 1951, se basa en que un martillo golpea directamente la boca en el fondo de la perforación. De esta forma se evita la pérdida de energía transmitida por la percusión del pistón a través del varillaje (a partir de 15-20 m, los martillos en cabeza dejan de ser efectivos). Hoy se pueden alcanzar profundidades superiores a los 100 m con rendimientos de 60 a 100 m/turno. El martillo en fondo y la boca forman una unidad integrada dentro del barreno. Esto garantiza una velocidad de perforación bastante homogénea con el aumento de la profundidad del taladro, aunque es normal que disminuya la velocidad al reducirse la velocidad de barrido con la profundidad. El accionamiento del pistón se lleva a cabo neumáticamente, mientras que la rotación puede ser neumática o hidráulica.

El martillo DTH consta de un cilindro cuya longitud es función de la carrera del pistón y de diámetro acorde con el diámetro de perforación. En el extremo de este cilindro se aloja la boca de perforación, alojada en un portabocas. El varillaje se sustituye por un tubo hueco que conecta el martillo con el equipo y que se encarga de transmitir el par de rotación y la fuerza de avance. Los barrenos perforados con martillo en fondo acusan mínimas desviaciones, consiguiendo buenos resultados en rocas muy fracturadas. El varillaje, compuesto por tubos de igual diámetro en toda la longitud, no tiene acoplamientos que puedan atascar la perforación. La rotación la realiza un motor neumático o hidráulico montado en el carro, al igual que el sistema de avance. El aire de escape limpia el detritus y lo transporta al exterior.

El campo de aplicación del martillo DTH son las rocas de resistencia a compresión media-alta (60-100 MPa), utilizando como diámetros más frecuentes los comprendidos entre 85 y 200 mm, aunque podrían ampliarse a diámetros mayores entrando en competencia con los sistemas rotopercutivos hidráulicos con martillo en cabeza. La velocidad de penetración de estos martillos, para diámetros entre 105 y 165 mm, es de 0,5 a 0,6 m/min, con presiones de trabajo entre 1800 kPa y 2000 kPa. La frecuencia de golpeo oscila entre 600 y 1600 golpes por minuto. En cuanto al empuje, son necesarios unos 85 kg por cada cm de diámetro. Para hacerse una idea, con diámetros de 125 mm podemos obtener el doble de potencia que con un diámetro de 100 mm, a igualdad de presión y carrera de pistón.

Hoy en día, el sistema DTH, en el rango de 76 a 125 mm, se está sustituyendo por la perforación con martillo hidráulico en cabeza.

Las ventajas de la perforación con martillo DTH, frente a otros sistemas son:

- Velocidad de penetración prácticamente constante con el aumento de la profundidad de perforación

- Salvo en rocas muy abrasivas, desgastes de las bocas menores que con martillo en cabeza

- Vida más larga de los tubos que de las varillas y manguitos de los martillos en cabeza

- Desviaciones pequeñas de los barrenos, por lo que son adecuados para profundidades largas

- Menor energía de impacto y más frecuencia, lo cual es apto para macizos muy fracturados o desfavorables

- Par y velocidad de rotación menor que otros métodos

- No necesitan barras de carga, lo cual permite pequeños carros de perforación para barrenos de gran diámetro y profundidad

- Menor coste por metro lineal que con perforación rotativa en diámetros grandes y rocas muy duras

- Consumo de aire comprimido más bajo que con martillo en cabeza neumático

- Nivel de ruido inferior al estar el martillo dentro de la perforación.

En cuanto a los inconvenientes de este sistema:

- Velocidades de penetración bajas

-El diámetro más pequeño está limitado por las dimensiones del martillo para un rendimiento aceptable (unos 76 mm)

- El costo de un martillo de fondo es muy elevado frente a la pequeña inversión de un tren de varillaje

- Riesgo de pérdida del martillo en el interior de la perforación

- Se necesitan compresores de alta presión con elevados consumos energéticos.

Si la fuerza de avance es demasiado bajo ocasiona:

- Un desgaste excesivo en las estrías del perforador

- Potentes ondas de retroceso en el varillaje dando lugar a una vibración excesiva, que puede dañar las unidades de rotación

- Una disminución de la velocidad de penetración del martillo

Si la fuerza de avance es demasiado alta ocasionara:

- Un mayor riesgo de atasco

- Esfuerzo de flexión en el varillaje

- Daños en la unidad de dotación

Si la rotación es demasiada rápida: ocasionara:

- Mayor desgaste en los botones

- Mayor tensión en las deslizaderas

Si la rotación es demasiada baja: ocasionara:

- Baja velocidad de penetración

- Mayor riesgo de rotura

Para mantener el martillo trabajando de forma fiable se debe hacer todo lo posible para impedir que entre suciedad en los tubos de penetración.

- Mantener los tubos de perforación limpios

- Usar protectores de rosca

- Limpiar los tubos, si es posible con aire comprimido. Si hay suciedad en el suministro de aire del martillo la avería será inevitable en la perforación DTH hay mayor riesgo de que entre suciedad en el martillo, toda la suciedad que entre en los tubos de penetración va directamente al mecanismo de percusión del martillo, esto aumenta el riesgo de avería debido a un mayor desgaste o incluso daños del tubo de control o pistón.

- Mantener engrasado el martillo.

1.3.1.3.1. Componentes de los equipos de perforación dth. A. Tren de Potencia.

Es una fuente primaria de energía para todos los componentes. Puedes ser un motor Diesel o tal vez eléctrico, conectado mediante cables. El tamaño y la potencia varían de acuerdo con el rendimiento y la capacidad necesarios. Ojo, en las perforadoras neumáticas, la energía es suministrada mediante aire comprimido.

La percusión y la rotación en las perforadoras con martillos de fondo son separadas. La percusión es producida por un pistón reciprocante accionado neumáticamente, el cual golpea directamente la broca. En el caso de la rotación la velocidad es variable y es producida por la cabeza de rotación y transmitida por la columna de perforación.

Los martillos de fondo pueden ser usados en perforadoras sobre oruga tipo crawler o en perforadoras rotatorias.

B. Sistema de Circulación de Aire.

El propósito principal es limpiar la broca y sacar los pedazos de roca hasta la superficie. Está compuesto por el compresor y tubería, mangueras, conducto a través del martillo a cabeza rotatoria, columna de perforación y boquillas de la broca. Este mismo aire acciona el pistón en el martillo de fondo, además una función secundaria es la de mantener fría la broca para evitar el sobrecalentamiento.

C. Avance/Retracción

Este mecanismo produce la fuerza de empuje para fracturar la roca, así como la fuerza para retraer la columna de perforación, accionado mediante un motor hidráulico o cilindro hidráulico. El peso del equipo es transmitido a la columna de perforación mediante una polea (en el caso de cables) o piñón (en el caso de cadenas)

D. Control de Polvo.

Permite controlar el polvo y los recortes producidos por la perforación, puede usarse también para obtener muestras de la roca. Es un sistema seco equipado con una bomba de vacio/filtro y uno separado; también existe un sistema húmedo que inyecta agua a la corriente de aire para eliminar las partículas de polvo que salen a la superficie.

Figura 5. Perforación DTH

Fuente: Atlas Copco

1.3.1.4.Factores que influyen en el rendimiento de la perforación A. Tipo de Equipo (neumático o hidráulico)

B. Tipo de Roca (dureza de la roca) C. Tipo de Broca/Martillo (DTH)

D. Presión de Aire de Barrido hacia Arriba (lb/pulg²) E. Velocidad de Penetración (pies/min)

F. Diámetro y Profundidad de los Taladros

G. Presión del Aire Comprimido (equipos neumáticos) H. Orientación de los Taladros

A. Tipo de Equipo (neumático o hidráulico).

Primero que nada se debe tener el diseño de mina, el cual abarca: altura de banco, área de trabajo, selectividad requerida, producción requerida etc. Generalmente es recomendada y/o solicitada por la empresa minera. Una vez decidido lo anterior viene la elección del tipo de equipos a usar, se estimará el costo de propiedades y operación por hora, tarifas horarias de equipos, en US$/m³ o US$/TM, y otros aspectos como soporte de servicio, tiempo de entrega, etc. Adicional a ello se determina el impacto financiero, alquiler/venta, servico post venta, duración del contrato, (< a 3 años), (5 a 10 años), costo de energía, etc.

B. Tipo de Roca (dureza de la roca).

El índice de perforabilidad es la resistencia que ofrece la roca a ser perforado, y ayuda a elegir el tipo de perforación y el equipo adecuado. La perforabilidad depende entre otras cosas, de la dureza de los minerales incluidos y del tamaño de los mismos. Por ejemplo la presencia de mayor contenido de cuarzo (cuarcita) hará que la roca sea más difícil de perforar por su alta dureza, así como un mayor desgaste en los aceros de perforación. En contraste, una roca con alto contenido de calcita (caliza) es fácilmente perforada y un desgaste menor de aceros de perforación.

Figura 6. Clasificación de la dureza de las rocas

C. Tipo de Broca/Martillo (DTH).

La vida útil de las brocas depende del tipo de roca, equipo de perforación, y del grado de afilado.

Frente Cóncavo − Taladros más rectos

− Buena evacuación de detritus − Perforación en roca suave a media dura y no abrasiva.

Frente Convexo

− Mayor resistencia al desgaste diametral − Buen emboquillado (“corona”)

− Menor carga y desgaste de los botones periféricos. − Perforación de roca suave a muy dura y abrasiva

Frente Plano

− Buena resistencia al desgaste de la matriz

− Fácil de aguzar

− Perforación en roca dura a extremadamente dura y abrasiva.

Figura 7. Tipos de brocas

Fuente: BH Rock Tools

INSERTO BALÍSTICO:

Proporcionar mayor velocidad de penetración. Tipo de roca preferente suave – media dura.

INSERTO ESFÉRICO:

Proporciona mayor vida útil al bit. Tipo de roca preferente media – dura.

El tamaño óptimo de los orificios para la perforación de barrenos para voladura con DTH se encuentra entre 90 mm y 254 mm (3 ½"–10"). Los orificios de menor tamaño suelen perforarse mediante martillo en cabeza, y los de mayor tamaño requieren el uso de máquinas de perforación rotativa.

En otras aplicaciones, como la perforación para cimentación, pueden usarse martillos DTH con broca única para taladros de hasta 914 mm (36").

Las perforadoras cluster son equipos que utilizan varios martillos juntos, lo que les permite perforar taladros de hasta 1778 mm (70"). A petición del cliente se pueden fabricar perforadoras cluster de mayor diámetro.

En general, el diámetro más pequeño que puede excavar un martillo DTH equivale a su tamaño nominal. Un martillo de 4 pulgadas perforará un agujero de 4 pulgadas (102 mm). El factor restrictivo es el diámetro exterior del martillo, ya que, a medida que se reduce el diámetro del agujero, se restringe el flujo de aire. El tamaño máximo de los agujeros para la perforación de producción es el tamaño nominal del martillo más 1 pulgada. Así, el tamaño máximo del agujero perforado con un martillo de 4 pulgadas será de 5 pulgadas (127-130 mm).

La elección correcta del martillo viene determinada en gran parte por el tamaño del agujero y el tipo de formación rocosa.

En teoría, el tamaño del martillo debe ajustarse lo máximo posible a la dimensión deseada para el barreno, dejando el espacio justo para la evacuación del detritus.

Figura 8. Partes internas de un martillo DTH Fuente: BH Rock Tools

D. Velocidad de barrido.

La limpieza del hoyo deberá ser tomada en cuenta muy seriamente cuando se selecciona el diámetro del hoyo en cualquier aplicación. La velocidad de salida de aire recomendada debe ser entre los 4,000 y 7,000 pies por minuto (1220 y 2135 m/min). La velocidad de salida del hoyo o velocidad anular se determina por la capacidad de salida del compresor (CFM), el diámetro de la broca y el diámetro de la tubería de perforación. Una velocidad anular menor a 4,000 ft/min (1220 MPM) podría ocasionar lo siguiente:

Corta vida de la broca: Cuando la velocidad del aire no es la suficiente para sacar hasta la superficie la totalidad del recorte de la perforación, las partículas de mayor tamaño, continuamente estarán regresando al fondo del taladro y caerán sobre la broca, causando desgaste prematuro.

Donde:

BV = Velocidad de barrido (ft/min) Q = Capacidad real del compresor (CFM) D= Diámetro de la broca (inch) d= Diámetro de la barra (inch)

Reduciendo la velocidad de perforación: El exceso de aire contra la broca le resta velocidad para mover los residuos de desmonte antes que el pistón golpee a la broca nuevamente. Por consiguiente, la broca esta reperforando el mismo desmonte en lugar de estar rompiendo piedra nueva.

Perdida de herramientas: Los recortes algunas veces por escasa velocidad del aire se adhieren a las paredes formando lo que se conoce como cuello o collar obstruyendo la libre salida del recorte. Pudiendo causar el atoro de las herramientas en el cuello.

Una velocidad anular por encima a 7,000 pies/min (2135 MPM) causaría un desgaste excesivo en el martillo, las brocas y la tubería de perforación.

Para el cálculo de esta velocidad se puede emplear la siguiente fórmula matemática:

𝐵𝑉 = 183.4 x Q

𝐷2_−𝑑2

E. Velocidad de perforación.

Este término es usado para determinar el rendimiento de las perforadoras y los aceros de perforación, se mide mediante los metros perforados durante un tiempo determinado, es decir, metros por horas o metros por minutos

Existen diversos parámetros para optimizar la velocidad de perforación, sin embargo, con la siguiente formula podemos calcular la velocidad máxima de perforación de una broca de acuerdo al largo de sus insertos.

VP = Velocidad de perforación. . Li = Largo del inserto en milímetros.

RPM = Revoluciones Por minuto que se emplea en la perforación. 1.4 = Constante.

1000 = constante

VP = Li x 1.4 x RPM = metros / minutos 1000

F. Diámetro y Profundidad de los Taladros.

Estos factores influyen bastante en el rendimiento; por ejemplo un taladro de mayor diámetro, exige mayor tiempo en su penetración, al igual que la profundidad de los taladros en donde solo el hecho de aumentar una varilla más hace que se eleve el tiempo en la perforación.

En las máquinas perforadas manuales cuando se aumenta la profundidad de los taladros hasta cierto límite, la velocidad de perforación disminuye de un modo insignificante, cayendo empero bruscamente al ser sobrepasado ese límite.

G. Presión del Aire Comprimido.

El aumento de la presión del aire comprimido de 5 a 6 at manométricas hace aumentar la velocidad de perforación en 25 a 30% y el aumento de 5 a 7 at manométricas en 45 a 65%.

Para que la perforación sea eficaz, es necesario que el fondo de los taladros se mantenga constantemente limpio, expulsando el detrito justo después de su formación. Si esto no se realiza, se consumirá una gran energía en la trituración de esas partículas traduciéndose en desgastes y pérdidas de rendimientos, con el consiguiente riego del atascamiento.

H. Orientación de los Taladros.

Es otro factor que se tiene que tener presente porque al perforar los taladros de contorno en labores superficiales o subterráneas con las máquinas manuales se emplea entre 8 a 10% de tiempo mayor que para perforar los otros taladros.

De igual forma con los jumbos de perforación radial, el simple hecho de perforar hacia arriba luego de pasar la longitud promedio, hace que retarde la perforación por el peso del varillaje.

I. Clima Organizacional.

Cuando los trabajadores sienten respeto y son valorados el clima es positivo y lo contrario cuando se tiene poca confianza y aprecio por ellos.

Este factor es muy importante porque decide el triunfo en la tarea, y a todo supervisor, jefe o gerente le agradaría escuchar o saber que su cuadrilla, turno o empresa vendió más producción que el mes anterior, que sus estados financieros mejoraron con estas ventas, porque se obtuvo mejor rendimiento en término de unidades producidas vs los costos optimizados.

1.3.1.5. Parámetros operacionales.

A. Presión de trabajo.

El martillo BH trabaja con presiones comprendidas entre 18 y 24 bares (270 PSI – 350 PSI); tener en cuenta que a medida que se incrementa la presión de trabajo, incrementa la velocidad de penetración pero también incrementa el desgaste del acero.

B. Velocidad de rotación.

Se debe tener en cuenta siempre tener una correcta velocidad de rotación (RPM), pues incrementará el rendimiento final de los aceros de perforación. La velocidad de rotación recomendada por varía de 10 a 60 rpm. Dependiendo del diámetro de la broca y del terreno a perforar. La broca debe perforar de 10 a 13 mm por giro, si por ejemplo la penetración instantánea es de 18m/hora, la rotación deberá ser de 30 rpm.

Tabla 1. Rotación recomendada en función al diámetro de la broca

Diámetro de broca Roca dura Roca Media Roca blanda 89mm-115mm 15-25 rpm 30-40 rpm 45-60 rpm 125mm-165mm 15-25 rpm 30-40 rpm 40-50 rpm 175mm-250mm 10-20 rpm 20-30 rpm 30-40 rpm

Fuente: Manual BH Rock Tools – 2018

Con una velocidad de rotación demasiado baja, se tendrá bajo rendimiento; si aplicamos velocidad de rotación demasiado alta, se tendrá desgaste prematuro excesivo de la broca, de la barra y de la sarta de perforación en general.

C. Presión de avance.

Para fijar la presión de avance comience empujando el tren de varillaje y martillo con rotación y presión de aire máxima, una vez empiece a faltar rotación reduzca la presión de avance hasta que esta sea suave y regular. Una aproximación de presión de avance podría ser 9 kg por milímetro de diámetro en roca dura a 24,1 bar de presión de aire. Una fuerza de avance demasiado baja producirá una rotación fácil, vibraciones y poca penetración. Las vibraciones podrán dañar el sistema de empuje de su perforadora. Una fuerza de avance demasiado alta atascara la rotación sometiendo el tren de varillaje a esfuerzos de flexión.

Corrija la fuerza de avance durante toda la perforación, a 20 m de profundidad se necesita más fuerza de empuje que a 100 m. A medida que la profundidad aumente será necesario retención del tren de varillaje.

Figura 9. Parámetros operacionales DM45 – Atlas Copco Fuente: El Autor

1.3.1.6.Afiladon de brocas.

La velocidad de avance decrece exponencialmente con el desgaste de la broca. Una adecuada velocidad de rotación proporciona un menor desgaste de la broca y con ello un mejor rendimiento del acero. Para evitar los daños prematuros a la broca, se debe tener en cuenta un adecuado afilado de sus insertos, pues ellos son parte fundamental en la vida útil de la broca. El afilado debe ser una rutina establecida y los insertos deben ser afilados cuando el desgaste del botón sea 1/3 del diámetro original.

Figura 10. Gráfico de la Velocidad de avance respecto al desgaste de la broca Fuente: Análisis del proceso de perforación

Figura 11. Desgaste de máximo del inserto antes del afilado Fuente: Manual Sandvik Mining and Contruction

1.3.1.7.Principio de la tecnología de impacto espejo.

La siguiente imagen refleja a la perfección la aplicación de esta tecnología en la fabricación de los martillos dth.

Figura 12. Principio de la tecnología de impacto espejo Fuente: Manual Sandvik Mining and Contruction

1.4. Problema

¿Cuáles son los beneficios técnico-económicos del cambio de tipo de broca y martillo dth de la serie QL60 por la serie ND680 en la perforación de los taladros de producción del tajo San Pedro, Minera la Zanja?

1.5.Hipótesis

Los beneficios técnico-económicos del cambio de tipo de broca y martillo dth de la serie QL60 por la serie ND680 en la perforación de los taladros de producción del tajo San Pedro de Minera la Zanja son: el incremento de la vida útil de brocas y martillos, la reducción de las demoras operacionales, el incremento de la velocidad de penetración y una consecuente reducción significativa del TDC.

1.6.Objetivos

1.6.1. Objetivo general:

- Conocer los beneficios técnico-económicos del cambio de tipo de broca y martillo dth de la serie QL60 por la serie ND680 en la perforación de los taladros de producción del tajo San Pedro, Minera la Zanja.

1.6.2. Objetivos específicos:

- Analizar el estado en el que finalizan las brocas y martillos dth. Dimensiones externas vs metros perforados.

- Determinar el número de taladros perforados por cada broca antes de ser afilada. - Determinar la productividad en metros por hora del nuevo diseño de los aceros dth. - Realizar un análisis comparativo del diseño actual vs el diseño mejorado en cuanto a la

CAPITULO II

2. MATERIALES Y MÉTODOS 2.1. Materiales de estudio

2.1.1. Ubicación del área de estudio.

El Proyecto La Zanja está ubicado en el caserío La Zanja (también denominado La Redonda), en el distrito de Pulán, provincia de Santa Cruz, a 107 Km del departamento de Cajamarca. La altitud varía entre los 2 800 y 3 811 m y la zona limítrofe con los distritos de Catache (de la misma provincia de Santa Cruz) y Calquis y Tongod (provincia de San Miguel de Pallaques).

Figura 13. Vista general de las instalaciones de Minera La Zanja. Fuente: Departamento de Planeamiento Stracon GyM

2.1.2. Accesibilidad.

El acceso a la zona de proyecto desde la ciudad de Lima se realiza por vía terrestre 952 km (14 horas) a través de la Carretera Panamericana Norte hasta la ciudad de Cajamarca o vía aérea (1:00 h) y luego continuando por la ruta de Cajamarca-Santa Cruz hasta la unidad minera La Zanja.

Figura 14. Distancia de recorrido hacia la Unidad Minera La Zanja. Fuente: Departamento de Planeamiento Stracon GyM

2.1.3. Geología del Proyecto. 2.1.3.1.Geología Regional.

El depósito de la Zanja está ubicado dentro de la faja volcánica Cretácica-Terciaria de los Andes del norte del Perú. En las proximidades del depósito las principales rocas son

andesitas, secuencias fragméntales piroclásticas y brechas; las edades geológicas de estas rocas varían desde el Eoceno Superior al Mioceno Superior. La alteración hidrotermal aparece relacionada a yacimientos de oro diseminados del tipo epitermal de alta sulfuración. Entre los principales tipos de alteración tenemos silicificación masiva y porosa, cuarzo–alunita (argílica avanzada) y argílica.

Figura 15. Geología Regional del Proyecto Fuente: Departamento de Geología MLZ

2.1.3.2.Estratigrafía.

Las principales unidades estratigráficas que afloran en el área de Minera La Zanja son:

2.1.3.2.1. Formación Llama.

Esta secuencia volcánica terciaria yace de manera discordante sobre las rocas cretácicas y consta de una secuencia potente de andesitas ígneas interestratificadas con tobas riolíticas a dacíticas. Las tobas conforman la roca huésped para los depósitos en San Pedro Sur y Pampa Verde, y afloran a lo largo de una gran área hacia el suroeste del depósito. La unidad andesítica llena la caldera hacia el norte y cubre grandes áreas hacia el este de los depósitos

2.1.3.2.2. Formación Porculla.

Esta secuencia volcánica terciaria consta de una secuencia de tobas dacíticas a riolíticas y lavas, con delgadas inter estratificaciones de andesitas. Esta secuencia yace sobre la Formación Llama hacia el Sur y el este del depósito de San Pedro Sur, formando una meseta que conformarán la base de las instalaciones propuestas.

2.1.3.2.3. Domo Riolítico.

Esta riolita porfírica aflora en el Cerro Alpacarrosa, aproximadamente unos 4 km al noreste de San Pedro Sur, y se cree que es uno de los numerosos depósitos de intrusiones de roca ígnea subvolcánica en el área. Se la reconoce por las texturas de flujo y las brechas a lo largo de sus contactos.

2.1.3.2.4. Volcánico Huambos.

Esta unida volcánica terciaria yace de manera discordante sobre las rocas volcánicas anteriores y los sedimentos cretácicos. Consta de tobas y brechas dacíticas y riolíticas. La unidad aflora a lo largo de una gran área hacia el noreste del depósito.

Figura 16. Columna Estratigráfica Fuente: Departamento de Geología MLZ

2.1.3.3.Geología estructural.

El depósito de San Pedro Sur se encuentra desarrollado localmente en la Formación Llama, identificada estratigráficamente en la base tufo de cristales, sobre yaciendo tufos cristalolíticos con zonas de ignimbritas y hacia el tope de la secuencia una colada andesítica porfirítica. Esta secuencia ha sido afectada por los sistemas de fallamiento NW, NE y por último un sistema EW. Se ha evidencia alimentadores o estructuras principales como brechas hidrotermales con lineamiento N 60-80° W, un ejemplo es la brecha “Mariela” (Actualmente esta brecha ya es visible en campo). La mineralización aurífera está dada en goethita, limonita, hematita y jarosita. Se observa en la zona sur del yacimiento estructuras verticales de turmalina (variedad “schorlo”). Actualmente las alteraciones están

intercaladas entre la silicificación y la srgilización avanzada, estas secuencias siguen el control estructural predominante (NW), donde la oxidación está relacionada a la alteración argílica avanzada y los sulfuros a la silicificación. En los bordes del tajo se observa lavas andesíticas indicando que ésta es el tope del yacimiento.

Figura 17. Plano de alteraciones – Tajo San Pedro Fuente: Departamento de Geología MLZ

2.1.3.4.Geología - Tajo San Pedro.

2.1.3.4.1. Alteraciones.

Presenta una alteración argílica avanzada a sílice moderada en la zona norte (Cuerpo Mariella) con un control estructural Este-Oeste principalmente asociada a una roca volcánica de toba de cristales y en la zona intermedia (Turmalina) se evidencia alteración hidrotermal sílice moderada a fuerte, con un control estructural de N60°-70°W, asociada a una roca de toba volcánica de cristales.

2.1.3.4.2. Mineralización.

Las zonas de estéril de la zona intermedia (Turmalina) de este tajo, donde se tiene sulfuros (pirita, enargita), el cual está asociado a una alteración de sílice fuerte a moderado, con pequeñas zonas de óxidos (Jarosita, Goethita) que de igual manera está controlada por las estructuras N60°-70°W, las cuales han sido recuperadas y enviadas al PAD para su lixiviación. En la zona norte del tajo (cuerpo Mariela) el minado estuvo en roca mineralizada con presencia de sulfuros moderados y una pequeña zona con óxidos de jarosita.

Figura 18. Cuerpos principales en el tajo San Pedro Fuente: Departamento de Geología MLZ

2.1.3.4.3. Litología.

En la zona norte del tajo, continúa teniendo roca volcánica de toba de cristales, con un brecha de falla polimíctica de clastos sub-angulosos a sub-redondeados. En la zona intermedia tenemos mayor presencia de toba volcánica de cristales hacia el sur de los polígonos de minado.

Figura 19. Litología del tajo San Pedro Fuente: Departamento de Geología MLZ

2.1.3.4.4. Geoquímica.

La geoquímica de Au en el tajo, específicamente en la zona intermedia se muestra con leyes moderadas a altas por encima del cut off, siendo recuperadas las que tienen buena cianurabilidad por encima del 60% y en presencia de óxidos, solo en zonas de material estéril (con presencia de sulfuros) la cianurabilidad presenta rangos menores al 60% de AuCN.

En cuanto a concentraciones de Ag, se observa que en la zona intermedia con sulfuros (enargita, pirita) con carga de Ag, llegando hasta los 25 g/t Ag, por lo que fue derivado al DME. En cuanto al Cu total, hay un incremento en la zona intermedia, esto está relacionado a la aparición de sulfuros (enargita). Cabe mencionar que en esta zona se realizado polígonos de material estéril, los cuales se han derivado al depósito de material estéril, los valores de CuCN que se encuentran de 0 a 250 ppm de CuCN y Cianurabilidad >60% en Au, son considerados como Óxidos; los valores de 250 a 1500 ppm de CuCN, son considerados transicionales, los mismos que dependerán de su Cianurabilidad >60% en Au para ser enviados al PAD y los valores mayores a 1500 ppm de CuCN son considerados como Sulfuros, los cuales son derivados al DME.

2.1.4. Explotación Minera

Minera La Zanja es una explotación a tajo abierto. Actualmente cuenta con dos tajos en explotación: San Pedro y Pampa Verde. La altura de los bancos de operación es de 6 m y 12 m para el talud final con un ángulo que varía entre 38° y 60°. El mineral es

transportado directamente hacia el pad de lixiviación, el cual en el caso del tajo San Pedro está a una distancia de acarreo de 4.2 km y en el caso de Pampa Verde a 9.7 km. El carguío de material se realiza a través de excavadoras de 3.4 m3 – 5.2 m3 y el transporte con volquetes de 20 m3 de capacidad.

La etapa de operación considera la extracción del mineral y de desmonte, producto del trabajo en los tajos San Pedro Sur y Pampa Verde, el tratamiento de mineral mediante lixiviación en pilas y el procesamiento en la planta ADR (adsorción, desorción y regeneración). Para el Tajo San Pedro se tiene un Cut Off de 0.17 gr./Tm y para el Tajo Pampa Verde su Cut Off es de 0.33 gr./Tm

A. Operaciones Unitarias 1. Perforación

Para esta actividad se cuenta en total con 4 perforadoras, 2 Atlas Copco - DM45, 1 Junjin - JD2000 y 1 Sandvik - DX800. Las tres primeras para la perforación primaria (taladros de producción y buffer) y la última para la perforación de los taladros de pre corte, ejecutándose una plantilla de perforación triangular (4.2*4.8).

Figura 20. Malla Triangular

Fuente: Departamento de Perforación y Voladura – Stracon GyM

El sistema DTH fue el elegido para llevar a cabo los trabajos de perforación en esta mina, con un diámetro de 6 ¾” y una longitud promedio de taladro de 6.5 m.

2. Voladura

En Minera La Zanja se viene utilizando el Explosivo SAN – G (Solución acuosa Nitrogenada) que reemplaza a las mezclas conocidas como “ANFO pesado” o “Heavy ANFO”, compuestas, en variadas proporciones, de ANFO (Nitrato de amonio y petróleo diesel) y emulsión convencional. Por tanto, una operación de voladura con emulsión gasificada prescinde por completo del uso de nitrato de amonio y petróleo.

La emulsión gasificable reacciona con una solución básica que lo sensibiliza químicamente, justo antes de su carguío a los taladros por medio del camión fábrica. La gasificación, entonces, se inicia y se completa dentro de los taladros, reduciéndose la densidad desde 1,35 – 1,38 hasta 0,90 –0,93 g/cm3.

El consumo de explosivos se reduce hasta en un 18 %, respecto del ANFO pesado. Aproximadamente treinta minutos después del carguío se obtiene la altura final deseada de la columna explosiva debido al esponjamiento obtenido, de acuerdo al diseño de carga y taco final. Además, su poder rompedor permite ampliar la malla de perforación

3. Carguío y Acarreo

En Minera La Zanja, se cuenta con los siguientes equipos para realizar el carguío de material:

Tabla 2: Equipos de carguío

EQUIPO MARCA MODELO CAPACIDAD

Excavadora Cat 374 FL EX-016 Caterpillar 374D L3 4.0 m3

Excavadora CAT 336 DL Caterpillar 336D L3 3.4 m3

Cargador Frontal CF-1003 Caterpillar 936 E1 2.1 m3

El acarreo en Minera La Zanja de los distintos frentes de trabajo a las descargas de mineral y desmonte se realiza con volquetes Scania VOLVO 8x4 de 20 m3 de capacidad.

Figura 21. Tramos Tajo San Pedro - DME

Fuente: Departamento de Planeamiento – Stracon GyM

Figura 22. Tramos Tajo San Pedro - PAD

2.2. Métodos y Técnicas

La técnica de recojo de datos se basó en obtener directamente la información de las operaciones de perforación con la serie QL60 y la serie ND680 en campo, dicha información considera mediciones como la longitud de taladro, tiempo neto de perforación, tiempo de traslado de la perforadora de tal-tal y el desgaste progresivo de las brocas y martillo dth.

Los datos se recopilaron en formatos estandarizados, tanto para el control de la perforación con la serie QL60 como para la serie ND680.

2.2.1. Secuencia de Toma de Datos.

Una vez recopilados todos los datos necesarios en campo, se procederá a trabajar de una manera secuencial, lo cual nos permitirá tener el orden estratégico para llevar a cabo el estudio de los beneficios técnico-económicos que se pueden llegar a obtener.

Figura 23. Flujo grama de investigación Fuente: El autor

Línea Base de Parámetros de Perforación

Perforación con la serie ND680

Perforación con la serie QL60

Control de Datos:

 Parámetros Operacionales o Pull down (psi) o Torque (psi) o Holdback (psi) o Vel. Rotación (RPM)  N° Tal / broca Cálculo:

 Tiempo total de demoras operativas (hrs)  Velocidad de penetración (m/h)  TDC ($/m) Control de Datos:  Parámetros Operacionales o Pull down (psi) o Torque (psi) o Holdback (psi) o Vel. Rotación (RPM)  N° Tal / broca Cálculo:

 Tiempo total de demoras operativas (hrs)

 Velocidad de penetración (m/h)

 TDC ($/m)

Si se cumple:

 Δ Tiempo total de demoras > 2%  Δ Velocidad de penetración > 5%  Δ TDC > 5%

SI NO

2.2.2. Procedimiento.

Para un adecuado estudio de los beneficios técnico-económicos a obtener, se llevaron a cabo los siguientes pasos:

2.2.2.1. Línea base de los parámetros de perforación.

Los parámetros para medición de resultados en temas de perforación para Stracon GyM se rigen principalmente por tres aspectos: vida útil de los aceros de perforación (m), velocidad de penetración (m/h) y el TDC ($/m) generado. Los resultados esperados para el diseño propuesto eran: superar una vida útil promedio de 1860 y 9310 m para brocas y martillo respectivamente, superar la velocidad de penetración promedio de 68 m/h y obtener un TDC menor a 3.9 $/m. Adicional a ello se esperaba eliminar las demoras operativas que muchas veces se generaban a raíz de la rotura del foot valve de la broca QL60.

Tabla 3: Línea Base de Parámetros Promedios de Perforación

PARÁMETRO VALOR UND

Altura de banco: 6 m

Sobreperforación: 0.5 m Diámetro de Taladro: 171.45 mm

Burden: 4.2 m

Espaciamiento: 4.8 m

Densidad de Roca: 2.4 ton/m3

* Tiempo neto de perforación: 5.4 min/tal * Ciclo total: 6.6 min/tal * Velocidad Operativa 9.13 tal / hr

(*) Valor promedio

2.2.2.2. Control y evaluación de los aceros de perforación en campo.

A. Evaluación del macizo rocoso.

La evaluacion insitu y diaria del maciso rocoso nos permitió adecuar los parametros operacionales de perforacion para cada tipo de formacion y condicion presente. Se tomo como referencia la pared del talud adyacente y los detritus de cada taladro que se iba perforando.

Figura 24. Evaluación in situ del macizo rocoso Fuente: El Autor.

B. Evaluación del estado de los aceros de perforación.

Esta evaluación se realizó terminada la guardia noche y a lo largo de toda la guardia día, permitiendo analizar la relación dureza de la roca-operación-calidad del acero. Esto también permitió tener un adecuado ciclado de brocas y un desgaste optimo en el keys del martillo.

Figura 25. Evaluación del estado de los aceros de perforación Fuente: El Autor.

C. Control de los parámetros operacionales

En base al tipo de roca que se esta perforando es que se adecuan lo parametros operacionales en cabina. Durante el periodo de prueba de ambos modelos se observo un

tipo de roca de dureza media a dura, por lo que los parametros empleados fueron los siguientes:

Tabla 5: Parámetros de perforación asignados PARÁMETROS

OPERACIONALES

QL 60 ND 680

MEDIO DURO MEDIO DURO

Presión de aire en la broca (PSI) 300 - 330 300 - 330 320-350 320 - 350 Presión de rotación (PSI) 1000 – 1500 500 – 750 1000 – 1500 500 - 750 Presión de Pulldown (PSI) 0 – 350 350 – 500 0 – 350 350 – 500 Velocidad de Rotación (RPM) 40 - 70 15 - 40 40 - 70 15 - 40 Holdback (PSI) 0-500 0-500 0 - 500 0-500 Fuente: El Autor

Un factor determinante en el rendimiento y vida util en los martillos dth es la cantidad de aceite torcula que se emplea durante su operación. En campo y con este tipo de perforadoras (DM45) se puede programar la cantidad en litros por hora requeridos por el martillo, pero siempre debe verificarse manualmente que la cantidad programada en la maquina es en verdad con la que se esta trabajando, solo asi se puede asegurar un correcto y optimo funcionamiento del mismo.

Figura 26. Verificación de una correcta lubricación Fuente: El Autor.

La cantidad mínima a emplear se calcula en función a la cantidad de aire comprimido suministrada por la perforadora. Fábrica recomienda emplear 1.3 lt/hr de aceite torcula por cada 300 cfm de aire suministrado por el compresor. Esto está sujeto a variaciones de acuerdo a las condiciones de trabajo de cada mina. Para el caso de la zanja, de acuerdo a los cálculos realizados, se debe suministrar un mínimo de 4.6 lt/hr (7 pintas programadas en la perforadora)

Figura 27. Software para calcular el ratio de lubricación correcto Fuente: El Autor.

2.2.2.3. Control y evaluación de los aceros de perforación en taller

En taller se verificó el adecuado afilado de cada broca. Para el caso de la serie QL60 se emplearon copas de afilado de 19 mm en los insertos periféricos (esféricos) y de 18 mm en los insertos centrales (balísticos). Por otro lado para la serie ND680 se emplearon las mismas copas para afilar los insertos de 16, 18 y 20 mm de estas brocas. Esto influyo de manera significativa para que se tenga un desgaste prematuro en los insertos, principalmente en los periféricos (20 mm) por ser los de mayor diámetro.

Aquí también se realizó el mantenimiento de los martillos, el que básicamente consistió en el engrase de las partes internas y el revestimiento del top sub y el driver sub.

Figura 28. Afilado de brocas y mantenimiento de martillo Fuente: El Autor.

2.2.2.4. Control de tiempos, demoras y metraje acumulado

Para el control del tiempo de perforación neto de cada taladro, demoras operativas, horómetro y el metraje acumulado de los aceros de perforación, se utilizó un formato que fue entregado a cada operador para su llenado con el mayor detalle posible a lo largo de cada jornada de trabajo.

Figura 29. Reporte diario de perforación Fuente: Perforación y Voladura – Stracon GyM

2.2.2.5. Cálculo de la energía liberada por el golpe del martillo

Para conocer la energía liberada (kw) tanto del martillo QL60 como del ND680 se debió conocer primero la presión de aire de trabajo (Kg.f/m2), la superficie de la cara del pistón (m2) y la carrera del pistón (m). Para el caso de la presión de aire de trabajo se debe considerar un 35 % menor a su valor nominal, esto debido a las pérdidas de carga y expansión de aire al desplazarse el pistón.

Ec=((Presión de trabajo)*(Superficie de la cara del pistón)*(Carrera del pistón))(0.009806)

(*) 0.009806: Factor para convertir Kg.f-m a KW

2.2.2.6. Cálculo de la potencia del martillo

La potencia del martillo se obtiene conociendo la energía liberada (Kg.f-m) y la frecuencia de impacto (hz) del martillo.

PM = (Energia liberada * Frecuencia de impacto) * 0.00000272

(*) 0.00000272: Factor para convertir Kg.f-m a KW/hr

2.2.2.7. Calculo del costo total de perforación (TDC)

TDC ($ m) =

Precio del martillo ($) Vida útil del martillo (m)+

Precio de la broca ($) Vida útil de la broca (m)+

Costo Máquina ($/hr) Velocidad de penetración(m/hr)

CAPITULO III

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3.1. Resultados

3.1.1. Energía y Potencia del martillo.

En el análisis realizado tanto para la serie QL60 como para la ND680, se observa que hay una diferencia de casi el 50 % en el valor de la energía liberada y en la potencia entregada de cada martillo. Los valores tomados en cuenta para este cálculo se obtuvieron en mina (campo y taller) y por referencia de fábrica.

Tabla 5: Energía liberada y Potencia entregada del martillo QL60

PARÁMETRO VALOR_1 UND_1 VALOR_2 UND_2

Presión de trabajo 320 psi 224982.4 Kg.f/m2

Carrera del pistón 228 mm 0.228 m

Diámetro del pistón 122 mm 0.122 m

Frecuencia de impacto 1800 gpm 30 hz Energía de Impacto 779.54 Kg.f-m2 7.64 KW Potencia Cinética 23386.09 Kg.f-m 0.06 KW/hr Fuente: El Autor

Tabla 6: Energía liberada y Potencia entregada por el martillo ND 680

PARÁMETRO VALOR_1 UND_1 VALOR_2 UND_2

Presión de trabajo 350 psi 246074.5 Kg.f/m2

Carrera del pistón 222 mm 0.222 m

Diámetro del pistón 80 mm 0.08 m

Frecuencia de impacto 1950 gpm 32.5 hz Energía de Impacto 356.97 Kg.f-m2 3.50 KW Potencia Cinética 11601.55 Kg.f-m 0.03 KW/hr Fuente: El Autor

3.1.2. Vida útil de las brocas QL60 y ND680

El comparativo entre ambas series se realizó tomando en consideración las diez brocas de los dos anteriores martillos empleados (5 c/u) en esta máquina; así como también las diez brocas de los dos martillos posteriores a las pruebas realizadas.

Figura 30. Vida útil de las brocas QL60 y ND680 Fuente: El Autor.