Perforadoras y tuneladoras: Tecnología en las profundidades

Maquinaria P
divulgação/Petrobras (CC)

Son maquinarias fundamentales para llevar a cabo de manera adecuada respectivos procesos de exploración y construcción de grandes proyectos mineros.

Existe un gran número de técnicas de perforación, pero las más empleadas son: rotación con recuperación de testigo (con corona de diamante), rotación y rotopercusión.

Los métodos que son utilizados por las TBM, dependen de las características particulares del proyecto, por lo que no existe un procedimiento absoluto que sea más eficiente.

Patricia Avaria R.
Periodista Construcción Minera

La ejecución de un proyecto minero implica el desarrollo de diversas etapas y en cada una de ellas, se requieren equipos especializados para llevarlas a cabo. Dentro de estas maquinarias, destacan las perforadoras y las tuneladoras, dos tecnologías que son claves en la industria minera.

De acuerdo a lo señalado por los expertos consultados, en las tareas de exploración y extracción, que hacen posible que esta actividad minera, es fundamental el uso de perforadoras y sondajes. En este ámbito, existe un gran número de técnicas de perforación, pero las más comunes y más empleadas son: rotación con recuperación de testigo (con corona de diamante), rotación y rotopercusión. Giorgio Piaggio vicepresidente del Comité de Túneles y Espacios Subterráneos de Chile, CTES, afirma que las perforadoras se destacan por su versatilidad en terreno y capacidad de excavar secciones de gran área en un tiempo razonable.

Asimismo, explica que en minería subterránea son usadas para el desarrollo de labores que conduzcan al cuerpo mineralizado, luego para preparación mina, excavación de túneles temporales y permanentes, y para llevar a cabo el método de explotación.

Por otro lado, las tuneladoras o Tunnel Boring Machine (TBM), corresponden a un método mecanizado responsables de ir colapsando el macizo y generando el espacio en donde posteriormente se pueden aplicar otros métodos de construcción para modificar la forma circular que la tuneladora va dejando.

El vicepresidente del CTES explica que los métodos que son utilizados por las TBM (con o sin escudos, avance con gatos hidráulicos o zapatas) dependen de las características particulares del proyecto, por lo que no existe un sistema absoluto que sea más eficiente.

Por su lado, Alejandro Palma, gerente general de SRK Consulting Chile dice que las tuneladoras deberían estar siempre cuando se requiera realizar un túnel minero, ya que es más eficiente y el tiempo de construcción es menor que el tradicional.

Tuneladoras Shaft Boring
Maquinaria 1Herrenknecht, proveedor alemán en soluciones técnicas integrales en túneles mecanizados, cuenta con diferentes equipos, entre los que se puede destacar Shaft Boring Machine (SBM) que desarrolla excavación mecanizada  profunda  de piques ciegos verticales en condiciones de roca dura. El proceso de excavación secuencial semi-fullface se basa en el uso de una rueda de corte que gira al excavar el diámetro del eje completo en un proceso de dos etapas para un ciclo completo.
En la primera etapa se excava una zanja con una rueda de corte que gira alrededor de su eje horizontal y que es empujada por cilindros hacia abajo. En la segunda etapa de excavación, toda el área de banco se excava con una rueda de corte que gira en 180° alrededor de un eje vertical.

La circunferencia de la rueda de corte y la periferia de ambos lados está equipada con herramientas apropiadas de corte para excavar la roca y ductos para retirar la marina mientras gira. Este método de excavación y remoción de lodo, es un proceso continuo.

En tanto, la marina que es guiada a lo largo de los canales internos, se descarga por gravedad sobre una cinta transportadora.

También, la empresa cuenta con la tuneladora Shaft Boring Roaderhead (SBR) desarrollada para aplicaciones en roca suave y de dureza media con diámetros variables. La máquina cuenta con un tambor de corte de accionado eléctrico que se instala en el extremo delantero de un brazo telescópico. Su ciclo de excavación de 1 m de profundidad se compone de cinco sub-ciclos de 200 mm, utilizando la función de corte con brazo telescópico. Después de que el ciclo de excavación termina, la SBR se restablece y baja 1 m para luego comenzar un nuevo proceso.

Desde la compañía indican que el procedimiento de corte automatizado reduce los errores del operador y permite un proceso continuo. Asimismo, todos los sistemas son monitoreados y controlados por el trabajador a través de las pantallas de un computador con respaldo de datos.

Por otra parte, se encuentra la maquina Shaft Boring Cutterhead (SBC) que consiste en una unidad de hundimiento con eje mecánico para la excavación de pozos ciegos en condiciones de roca dura con un diámetro de hasta 8,6 metros. La SBC utiliza un cabezal de corte con forma cónica equipado con cortadores de discos, cuya secuencia es automatizada. Cada componente de la máquina ha sido diseñado para alcanzar una tasa de corte instantáneo de 6 metros por día. Durante el proceso de excavación, el personal que trabaja en la SBC no está expuesto a la frente del pozo por la posible caída de rocas y polvos.

Main Beam
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Desde Robbins destacan la tuneladora Main Beam de gripper abierto de 4,13 metros de diámetro de excavación para la excavación de túneles en Roca, esta máquina no monta anillos de revestimiento de hormigón sino que opera mediante un revestimiento tradicional de pernos y shotcrete. Tiene un empuje continuo de 2 metros de excavación, un sistema de anclaje de Rock bolts, shotcrete, montaje automático de malla, perfil metálico de sostenimiento de terreno y realiza extracción de testigos. Es un sistema automatizado que puede lograr una velocidad media de avance 188 mm/min empuje máximo regulado 9.000 kN, y puede perforar en rocas de hasta 300 KN de compresión uniaxial simple. El producto de la excavación y el escombro es trasladado fuera del frente y del túnel por banda transportadora para retirando el material continuamente a medida que la excavación avanza dejándolo en los depósitos específicos. Esta máquina se encuentra en el proyecto de la hidroeléctrica Alto Maipo, ubicado por los alrededores del embalse del Yeso.

Raise Boring
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Marti S.A., empresa constructora con casa matriz en Suiza, cuenta con equipos Raise Borer de gran envergadura, que permiten excavaciones verticales hasta 1.000 metros de profundidad y con un diámetro hasta de 6,0 m.  Estos equipos  mayores (Raise Borer RBM-600-VF), cuentan con una fuerza de empuje de 10.000 kN, un torque de 600 kNm, un peso de 48 ton y una altura de 6,65 m.  Esta máquina se encuentra actualmente presente en el proyecto Chuquicamata de Codelco, efectuando excavaciones verticales.

Perforadora Caterpillar
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La empresa destaca el modelo MD6540D montada sobre orugas con motor diésel. Esta está diseñada para perforar hasta una profundidad de 65,7′ (20 m) y hasta 15″ (381 mm) de diámetro con una capacidad de pull-down de 110.000 lbs (49.895 kgs) y una resistencia de izado de 86.000 lbs (39.010 kilogramos). Cuenta con compresor a bordo de 3.600 cfm de capacidad. Asimismo, tiene tecnología en el equipamiento estándar de sistemas de perforación y nivelación automática, estos dos componentes son la plataforma para la operación autónoma.

Perforadoras Terraservice
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La empresa Terraservice destaca la perforadora Segoqui 1920 para captación de agua subterránea, mediante los sistemas de circulación directa, inversa, rotopercusión y rotopercusión con circulación inversa. Con una capacidad de 1.000 metros de profundidad en rotopercusión y circulación directa; y de 600 metros de profundidad en circulación Inversa. Ideal para construcción, habilitación y desarrollo de pozos de agua, tanto de monitoreo como de producción. También se usa para pozos y pruebas hidrogeológicas, como parte de estudios geotécnicos o de exploración.

Otra perforadora es la EDM 2000, máquina multipropósito montada sobre camión con capacidad de perforación diamantina de 2.100 metros y en aire reverso de 650 metros. Esta es apta para trabajos de exploración o explotación geológica o identificación de recursos geológicos en minas en producción.

También, se encuentra en el mercado la máquina perforadora Schramm T685WS montada sobre camión. Su capacidad de reducción simple en la rotación de la unidad superior de cabeza y sus sistemas de manejo de barras (Rod Handler) la convierten en un equipo adecuado para perforación en pozos de agua, exploración geológica y explotación en minas de desarrollo. Utiliza martillos de fondo, triconos, lodo inundado y perforación con barras de doble pared, aire reverso y reverso inundado.

Boxhole Boring Machine
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Esta tuneladora está diseñada para la excavación de agujeros de ranura y ejes verticales o inclinados de pequeño diámetro. La ventaja del sistema de BBM es el concepto de perforación ciega que permite una amplia gama de aplicación en el campo de la minería.
La cartera de productos de Boxhole de Herrenknecht incluye los tipos BBM1100 y BBM1500, donde sus nombres indican el diámetro de perforación en milímetros. Las maquinas cuentan con potencias de entre 160 kW y 200 kW, con un torque máximo de 135 kNm y una máxima fuerza de empuje de 2,500 kN. Según la empresa, los dos componentes elementales de la BBM proveen los elementos necesarios para la perforación: el marco de apoyo que proporciona la fuerza de empuje y la unidad de perforación que provee el movimiento de rotacional. En tanto, su unidad de poder es de tipo electro-hidráulico para todo el sistema, y la manguera y el tambor de cable transmiten todas las señales de comunicación requeridas para la perforación. Para asegurar el fácil transporte de éstas a las áreas de producción en condiciones bajo tierra confinadas, el sistema es montado en una unidad trasportadora compacta. Esta tecnología no necesita preparativos preliminares (fundaciones de hormigón).

SRK Consulting en seminario de túneles

Maquinaria 7En septiembre se realizó en Argentina la 5ª Jornadas de Tunelería y Espacios Subterráneos, organizado por la Asociación Internacional de Túneles y Espacios Subterráneos (ITA) y la Asociación Argentina de Túneles y Espacios Subterráneos (AATES). Allí, se presentó Alejandro Palma, gerente general de SRK Consulting (Chile) quien expuso desde la conceptualización del proyecto hasta la conclusión exitosa del primer túnel excavado con una máquina tuneladora (TBM) de doble escudo en Los Andes chilenos. “El túnel de 7,9 km de longitud y 4,5 de diámetro, representó un gran desafío ingenieril, por cuanto los aspectos de ubicación, logística, ventilación, clima, seguridad e interferencias con un área industrial de la División Los Bronces de Anglo American, debían ser meticulosamente abordados en el proyecto y fueron finalmente los elementos decidores por parte del mandante en utilizar esta tecnología”, explicó.

Asimismo, Palma destacó que los plazos de construcción fueron logrados obteniendo avances de excavación de 578 metros por mes y 47 metros por día. Con cero fatalidad y demostrando que esta tecnología es viable de ser utilizada en Chile, “el túnel exitosamente excavado ha sido catalogado como un gran hito en la historia de la Ingeniería chilena y precursor de los proyectos con TBM que en este momento se encuentran en construcción”, finalizó.

Doble Escudo
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Otra tuneladora que presenta la empresa Robbins es la de Doble Escudo de 4,56 metros para el proyecto Los Cóndores, ubicado bajo la Laguna del Maule. En esta obra se va a excavar 6 km terminando en un túnel ciego y luego montara para realizar otros 4,3 km de excavación aguas arriba hacia la boca toma.
Esta tecnología tiene una capacidad de excavar en frentes abiertos, con formación geológica adversa y diferenciada. Puede afrontar rocas de alta dureza (superior a 300KN) como a su vez excavar en rocas pobres y zonas mixtas, tiene la opción de montar dovelas prefabricadas de hormigón, como de realizar un revestimiento tradicional y la extracción del escombro lo hace a través de banda transportadora. La máquina mediante la colocación de anillos prefabricados a través de su erector, da revestimiento final al túnel, y usa las dovelas como medio de propulsión en las zonas de baja calidad de roca. Estos anillos tienen un diámetro interior 3.700 mm y exterior de 4.200 milímetros. También, tiene una rueda de corte con discos de 17” con potencia instalada de 1.320 KW que puede llegar hasta los 2.715 kNm de torque y con una rotación variable de 0 a 12,9 revoluciones por minuto. Desde la empresa cuentan que esta tiene una capacidad de empuje máximo de 29615 KN con velocidad punta de 120 mm/min. Además, tiene un sistema de extracción de testigo con barrenadora incluida que opera simultáneamente a la excavación, un montaje de anillo automatizado desde la tuneladora y construye en ciclos combinados de 1,2 metros revestido en 19 minutos.

Línea Junjin Tromax
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Por otro lado, existe el modelo JD800E marca Junjin (Corea), que perfora pozos de entre 64 y 102 mm de diámetro a una profundidad de hasta 20 metros, y el modelo JD1300E, que perfora entre 76 y 114 mm de diámetro hasta una profundidad de 25 metros.  Estos equipos se utilizan para perforación en superficie de pozos para tiros de explosivos (tronadura en excavación de roca) y para instalación de pernos de anclaje en fortificación de taludes. “Son equipos diferentes a los utilizados para sondaje, ya que no obtienen testigos de roca, sino que hacen pozos y pulverizan el material a medida que avanza la perforación”, cuenta Esteban Aste, gerente de operaciones de Tromax.

Estos equipos tienen rendimientos promedio de 18 metros lineales/hora, lo que se traduce a unos 2.000 ml/mes, considerando 180 horas de trabajo mensual y una utilización efectiva del 70 por ciento.

Asimismo, están diseñados para efectuar perforaciones en roca de distintas características de dureza, abrasividad, homogeneidad, entre otras. Para tal efecto, sobre orugas, se ha montado el motor, la cabina de mandos y la torre de perforación, la que lleva a su vez montada la perforadora en sí y un cambiador de barras tipo carrusel. La máquina que trabaja con el sistema de rotopercusión además de empuje “pull down”. Las barras son las que van penetrando en los pozos gracias a que la primera de ellas lleva una broca (bit) del diámetro del pozo que se desea perforar. A medida que el pozo se hace más profundo se van conectando más barras entre sí. El largo de barra que utilizan las perforadoras es típicamente de 3,66 metros. Correctamente controlado por el operador, el agujero va tomando forma con la barra girando, percutando y también soplando aire comprimido a través de un agujero central que tiene la barra,  con el propósito de ir expulsando el material molido (detritus) para dejar la excavación libre de residuos y con la longitud estipulada. Este sistema o tecnología de perforación se denomina “top-hammer”.

Furukawa
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Otra perforadora para la industria minera es la Furukawa modelo HCR 910DS de Tromax tipo top-hammer. Esta máquina de origen japonés que tiene un peso total de 10 toneladas, alcanza a perforar entre las 2,5” y 4,0” de diámetro y puede llegar hasta los 20 metros de profundidad. Desde la empresa cuentan que su menor peso y  dimensiones la hacen ideal para trabajos de perforación y tronadura en espacios más reducidos, así como también en fortificación con pernos de anclaje y de autoperforantes. Está diseñada para trabajos de superficie, pero también en túneles y piques mineros y urbanos.

Post Author: Fabiola Garcia Sanders