Cómo funciona una plataforma de perforación DTH: Explicación del principio de impacto en el fondo del pozo
Las perforadoras de fondo de pozo se utilizan en la construcción, ferrocarriles, carreteras, proyectos hidráulicos, centrales hidroeléctricas, minería y canteras. Perforan agujeros para anclajes, pernos de roca, barrenos, agujeros para inyección de lechada y otras aberturas en roca dura.
Aunque la plataforma pueda parecer una perforadora rotativa de impacto convencional, su diferencia más importante radica en el lugar donde se genera la energía de impacto.
El mecanismo de impacto funciona dentro del agujero.
En una perforadora de roca convencional de percusión superior, el mecanismo de impacto se mantiene en la superficie. La energía del impacto debe transmitirse a través de las barras de perforación antes de llegar a la broca. A medida que el pozo se profundiza, las pérdidas de energía y las vibraciones en la sarta de perforación pueden volverse más significativas.
En una plataforma DTH, el percutor se coloca directamente detrás de la broca, en el fondo del pozo. El pistón golpea la broca en el fondo, mientras que el aire comprimido impulsa el martillo y ayuda a eliminar los detritos.
Debido a que el impacto se genera cerca de la pared de roca, se pierde menos energía a través de la sarta de perforación. Por eso, la perforación DTH puede mantener un rendimiento óptimo en perforaciones profundas en roca dura.
Un conjunto típico de perforación DTH incluye:
broca
martillo DTH
varillas de perforación
Conexión aérea
Línea de suministro de aire
Cilindro de control de presión o de alimentación
Marco de perforación
El martillo y la broca deben ser adecuados al diámetro del pozo, la formación geológica, el compresor y la capacidad de la perforadora. Un martillo potente no puede compensar un suministro de aire insuficiente ni una broca mal seleccionada.
Componentes principales de un equipo DTH de superficie de gran tamaño
Un gran equipo DTH montado sobre orugas contiene varios sistemas que trabajan conjuntamente.
Marco de perforación:El bastidor de perforación actúa como riel guía para el cabezal rotatorio, el sistema de alimentación y la sarta de perforación. Debe permanecer rígido y alineado durante la perforación.
Deslizador o carro:La corredera suele ser una estructura de caja soldada que soporta y conecta el bastidor de la perforadora a la máquina principal.
Cabezal giratorio:El sistema rotatorio generalmente incluye un motor hidráulico, un conjunto de husillo, una conexión de varilla, una placa deslizante y un conducto de aire central. El cabezal rotatorio hace girar la sarta de perforación mientras el aire comprimido circula a través de las varillas huecas.
Sistema de alimentación:Un motor hidráulico, piñones, cadena y resortes amortiguadores mueven el cabezal giratorio y la sarta de perforación a lo largo del bastidor. La fuerza de avance debe ser estable. Un avance excesivo o irregular puede aumentar la flexión de la varilla y el desgaste de la broca.
Dispositivo para cambiar o extraer la varilla:Las plataformas de perforación de mayor tamaño pueden utilizar manipuladores de varillas superiores e inferiores, abrazaderas para varillas y cilindros hidráulicos para añadir o quitar varillas de forma más eficiente.
Sistema de control de polvo:La perforación DTH produce polvo de roca y recortes. Dependiendo del yacimiento, la plataforma puede utilizar sistemas de recolección de polvo en seco, sistemas de supresión húmeda, sistemas combinados o control de polvo con espuma.
Sistema de desplazamiento sobre orugas:Un chasis de orugas generalmente incluye el bastidor de desplazamiento, los motores hidráulicos, los reductores planetarios, las orugas, las ruedas motrices, las ruedas guía y los componentes de tensado de las orugas.
Chasis principal:El compresor de aire, el colector de polvo, el depósito hidráulico, el grupo de bombas, el grupo de válvulas y la cabina del operador están montados en el bastidor principal.
Sistema de giro de la máquina:Un motor de giro, un freno, un reductor, un piñón y un cojinete de giro permiten que la estructura superior gire con respecto al tren de rodaje.
Mecanismo de giro del bastidor de perforación:Los cilindros giratorios, los pasadores de pivote y los soportes permiten que el bastidor se mueva lateralmente y ajuste el ángulo de perforación.
Sistema de aire comprimido y martillo:Un compresor de tornillo suele suministrar aire a alta presión al martillo DTH. El mismo sistema de aire también puede utilizarse para la función de soplado o limpieza de un colector de polvo de flujo laminar.
Cómo se controla el ciclo de perforación
Durante la perforación, el cabezal giratorio hace girar las varillas y la broca mientras el sistema de alimentación aplica una fuerza controlada. El pistón del martillo DTH golpea repetidamente la broca, rompiendo la roca en el fondo del pozo.
El aire comprimido cumple dos funciones:
Es el que acciona el pistón del martillo.
Saca fragmentos de roca y polvo del agujero.
Si el volumen de aire es demasiado bajo, el martillo puede perder frecuencia de impacto y el orificio podría no limpiarse correctamente. Los recortes pueden acumularse alrededor de la broca, lo que provoca reafilado, menor penetración, mayor desgaste y posible atasco.
El sistema de avance también es importante. La perforadora debe avanzar a una velocidad acorde con la capacidad de la broca para romper y despejar la roca. Una fuerza de avance excesiva puede sobrecargar la broca y las varillas. Una fuerza insuficiente puede provocar un contacto ineficiente y vibraciones innecesarias.
Cómo se organiza un equipo DTH de uso general
Un equipo DTH estándar generalmente consta de la sarta de perforación, la broca de botón y el martillo DTH, junto con sistemas rotativos, neumáticos, de elevación y de control de presión.
El conjunto rotatorio de suministro de aire puede incluir un motor rotatorio, una caja de engranajes rotatoria y un cabezal giratorio neumático. El cabezal giratorio neumático utiliza un cuerpo, sellos, un husillo hueco y una conexión de varilla para suministrar aire comprimido a través de la sarta de perforación giratoria.
Una abrazadera neumática para varillas puede facilitar la conexión y la extracción de las mismas.
El sistema de elevación y control de presión utiliza un motor de elevación, una caja de engranajes, una cadena de elevación, un cilindro de presión y un sistema de poleas. Durante el funcionamiento normal, el cilindro de presión actúa a través del sistema de poleas para proporcionar una perforación controlada y con alivio de presión.
Este sistema permite al operador gestionar la rotación, la alimentación, la elevación y la presión descendente como un proceso coordinado.
Por qué es importante la compatibilidad de componentes
El rendimiento de la perforación DTH depende de la interacción de todos los componentes principales.
Antes de seleccionar un equipo o reemplazar un martillo, revise lo siguiente:
Diámetro del orificio requerido
Profundidad y ángulo del orificio
Dureza y abrasividad de la roca
Tasa de penetración prevista
Presión del compresor y volumen de aire
Diámetro y rosca de la varilla de perforación
Diseño de botones Bit
Método de eliminación de polvo y restos de poda
Fuerza de alimentación disponible
Acceso al sitio y movilidad
El martillo, la broca, la varilla de perforación, la conexión del vástago, el compresor y el sistema de control de polvo deben seleccionarse como un paquete.
Por ejemplo, una broca diseñada para granito abrasivo puede no ser la más adecuada para piedra caliza fracturada. Una sarta de perforación larga con una alineación deficiente puede perder energía y generar desviaciones incluso cuando el martillo funciona correctamente.
El mantenimiento comienza con el aire, la alineación y el desgaste.
Un equipo DTH debe revisarse periódicamente para detectar lo siguiente:
Fugas de aire en las articulaciones giratorias y las conexiones.
Rosca de la varilla desgastada
Varillas de perforación dobladas
Componentes de guía sueltos
Ruido anormal del martillo
Tasa de penetración reducida
Recogida deficiente de polvo
Desgaste de la vía o del sistema de alimentación
Tras perforar, se debe inspeccionar la broca. El desgaste irregular, la pérdida de calibre, los daños en el cuerpo de la broca y un patrón de desgaste desigual pueden indicar que el diseño de la broca o los parámetros de perforación no son adecuados para la formación.
Perforación DTH para proyectos de roca modernos
Los equipos de perforación DTH siguen siendo importantes porque combinan una perforación de alto impacto con ángulos de perforación flexibles, buena movilidad y una eficiente eliminación de los recortes.
Se utilizan en minería y canteras, pilotes de cimentación, anclaje de taludes, construcción de túneles, pozos de agua, construcción de carreteras y obras de infraestructura. En cada aplicación, el resultado más fiable se obtiene al adaptar la sarta de perforación y herramientas al tipo de roca, en lugar de elegir los componentes únicamente por su tamaño o precio.
