Precauciones para el uso de herramientas de perforación de rocas
Las brocas utilizadas en operaciones de perforación y voladura están limitadas por el diámetro del orificio, por lo que su sección transversal es relativamente pequeña. Estos componentes delgados deben soportar un desgaste severo, medios corrosivos y cargas cíclicas de alta frecuencia (tensión, compresión, flexión y torsión) transmitidas por perforadoras de roca de alto impacto. Dependiendo de las condiciones de carga y las propiedades de la roca, su vida útil puede variar desde unas pocas decenas de horas hasta poco más de cien. Las herramientas de perforación de roca se encuentran entre las herramientas de ingeniería consumibles más sometidas a esfuerzos en la industria: de corta duración, técnicamente exigentes e indispensables en grandes cantidades.
Todo usuario de herramientas busca obtener el máximo rendimiento con el mínimo coste, lo que implica reducir el consumo de herramientas. Por ello, fabricantes y usuarios deben colaborar estrechamente para prolongar la vida útil de las herramientas mediante la optimización técnica conjunta.
1. Desde la perspectiva del usuario: qué buscar al seleccionar herramientas para trabajar la roca.
(1) Alta calidad del producto
Se espera que los adaptadores de vástago de alta calidad duren más, lo que reduce el tiempo de inactividad por desmontaje y reemplazo. Las varillas y brocas son igualmente importantes: si una varilla se rompe, tanto la varilla como la broca pueden perderse y el orificio podría desecharse.
En las perforadoras hidráulicas modernas, la perforación normal está altamente automatizada y requiere menos esfuerzo físico, pero reemplazar adaptadores de vástago, recuperar varillas rotas o reafilar brocas supone un desperdicio de horas de trabajo y aumenta la intensidad laboral y los costos operativos. Por lo tanto, a los usuarios no solo les importa el precio, sino aún más la calidad del producto.
(2) Mejor tasa de penetración posible
En las operaciones de perforación de gran envergadura, además de la mano de obra y el costo de adquisición de herramientas, muchos otros costos basados en el tiempo son prácticamente fijos. Dado que el costo de las herramientas representa una parte importante del costo de perforación, una penetración más rápida reduce directamente el costo total de construcción. Por ello, los usuarios dan gran importancia a la velocidad de perforación.
(3) Desviación mínima del barreno
En las voladuras de barrenos medianos y profundos, la desviación del barreno reduce la eficiencia de la carga explosiva y del espaciado entre barrenos, lo que disminuye la producción. Por lo tanto, los usuarios exigen una gran rectitud del barreno, generalmente con tolerancias muy estrictas.
Las principales causas de desviación incluyen:
error de collar en el inicio del agujero,
error de marcado/alineación de agujeros,
Error de rectitud generado durante la perforación por el comportamiento de la herramienta.
Con equipos totalmente hidráulicos o controlados por computadora, los dos primeros errores se pueden reducir considerablemente, lo que convierte la desviación inducida por la estructura de la herramienta en el principal factor restante. La desviación generalmente aumenta con la profundidad y puede llegar a provocar perforaciones incompletas. Una forma muy eficaz de reducir o eliminar la desviación es utilizar herramientas de perforación de roca guiadas.
2. Análisis del desgaste de las herramientas de roca y las causas de fallas
(1) Desalineación en la sarta de perforación
Si el adaptador del vástago, el manguito de acoplamiento y la varilla de perforación no son concéntricos, se produce una deformación por flexión, lo que genera tensión y un ajuste deficiente en las conexiones, lo que provoca que se aflojen.
(2) Presión de alimentación
Demasiado bajo: la eficiencia de penetración disminuye; el conjunto se afloja; aumentan las pérdidas por transferencia de energía; la microseparación/impacto repetido en las superficies de contacto genera alta tensión. Signos típicos: sobrecalentamiento y chasquidos/vibraciones en las juntas. El sobrecalentamiento acelera el desgaste de la rosca y puede provocar picaduras erosivas.
Demasiado alto: la velocidad de rotación de la broca disminuye, aumenta el riesgo de atasco y se incrementa la tensión de flexión de la varilla.
(3) Presión de impacto
Un ajuste incorrecto de la presión de impacto afecta directamente al comportamiento de rotación, la eficiencia de penetración y la vida útil de la herramienta.
(4) Velocidad de rotación
La velocidad de rotación debe coincidir con el diámetro de la broca y la frecuencia de impacto del taladro. Las brocas más grandes requieren menos RPM. Un exceso de RPM daña la estructura de corte periférica.
(5) Ajuste de presión/par de rotación
La presión de rotación adecuada es esencial. Ayuda a prevenir el atascamiento y es necesaria para una rotación estable. La presión de rotación gradual también es clave para mantener la tensión del hilo. Una tensión insuficiente suele provocar juntas calientes, desprendimiento del hilo, desgaste prematuro e incluso fractura.
(6) Práctica operativa inadecuada
Mezclar componentes de herramientas muy usados con otros nuevos puede acortar su vida útil. Otras prácticas perjudiciales incluyen una mala alineación al ensamblar varillas, suciedad o arena en las roscas y el enroscado sin lubricante.
El “golpeo en vacío” (martillar sin un contacto efectivo entre la broca y la roca) es especialmente destructivo y debe evitarse.
3. Relación entre los parámetros de perforación y el rendimiento de la perforación
Presión de impacto
Una mayor presión de impacto aumenta la velocidad del pistón y la energía del impacto. Cuando la broca está en buen contacto con roca dura intacta, la energía de la onda de choque se aprovecha de forma más eficaz. Si el contacto entre la broca y la roca es deficiente, la energía se refleja de vuelta a la sarta de perforación en forma de ondas de tensión en lugar de penetrar en la roca.
La máxima energía de impacto por golpe solo se puede aprovechar plenamente en rocas suficientemente duras. En rocas más blandas, la presión/energía del impacto debe reducirse para limitar los reflejos dañinos.
Para cualquier ajuste de impacto dado, una mayor presión implica una mayor tensión en la sección transversal del acero de perforación. Para maximizar la vida útil de las varillas y los adaptadores de vástago, la presión de operación siempre debe coincidir con la capacidad de la sarta de herramientas.
Presión de alimentación
La fuerza de avance mantiene la broca en contacto firme con la roca, permitiendo a la vez la rotación. Esta fuerza debe ajustarse correctamente a la presión de impacto.
La fuerza de avance correcta proporciona la perforación más económica.
Una fuerza de avance demasiado baja reduce la velocidad de penetración y afloja las uniones roscadas. El sobrecalentamiento de los acoplamientos y el ruido de traqueteo indican que el ajuste de avance es demasiado bajo. Si se continúa perforando con las uniones flojas, aumentan la pérdida de energía y la temperatura, lo que puede provocar el desgaste y la fractura de la rosca.
Una fuerza de alimentación demasiado alta reduce las RPM y la penetración, aumenta el riesgo de atascos y puede incrementar la desviación del orificio debido a la tendencia a la flexión de la sarta.
Velocidad de rotación
La rotación posiciona la broca para el siguiente impacto. En las brocas de botón, el desplazamiento periférico entre golpes suele ser de unos 10 mm. Por lo tanto, las RPM deben ajustarse según la frecuencia de impacto y el diámetro de la broca. Los diámetros mayores requieren RPM más bajas. Un exceso de RPM provoca un desgaste acelerado de los botones y la estructura del borde.
4. Precauciones prácticas de funcionamiento
Antes de añadir las varillas, ajuste la presión de impacto, la presión de alimentación, la velocidad de rotación y la presión de amortiguación según la geología real. Asegúrese de que los parámetros coincidan con la dureza de la roca y el tipo de formación.
Durante la perforación, mantenga el conjunto de la herramienta concéntrico para evitar la deformación por flexión del adaptador del vástago, la varilla y la broca.
Evite disparos en vacío. Si esto ocurre, detenga la perforación inmediatamente para evitar daños graves a la herramienta.
Después de retirar cada varilla, aplique lubricante refrigerante al extremo roscado de la varilla y a la interfaz de acoplamiento rápido.
Tras la perforación de barrenos, las juntas roscadas se calientan y pueden contener restos de roca y agua de la mina. El lubricante refrigerante proporciona lubricación, reduce la temperatura, protege contra la corrosión y mejora la resistencia al desgaste de la rosca.Durante la extracción de la varilla, evite la vibración o sacudida repetida de la misma, ya que es una de las acciones más dañinas para las varillas de perforación.
Si una junta roscada es difícil de aflojar, inyecte primero lubricante en la zona de la rosca y, a continuación, proceda a aflojarla mediante tracción o vibración controlada. Esto minimiza el daño directo a la rosca.
Durante la vibración de la varilla, la perforadora puede transmitir una presión de impacto cercana a los 200 bares. Los impactos sostenidos de alta frecuencia provocan concentración de tensiones; la vibración repetida, sumada al calor, puede generar desgaste adhesivo, puntos de quemadura por soldadura fría y picaduras erosivas en los extremos de las roscas, y en casos graves, picaduras de fusión localizadas. Estos defectos se convierten en focos de fatiga y pueden provocar la rotura prematura de la varilla.
