Econometric frameworks

Debemos garantizar la utilización de equipos de perforación acordes a la producción de cada sector de la mina, lo cual se verá reflejado en el diseño de la labor.

El dimensionamiento de los equipos de perforación están fuertemente ligados al ritmo de producción (si el ritmo de producción es alto no se pueden dimensionar equipos pequeños; pues esto nos complica el mantenimiento, incrementa en numero la fuerza laboral, incrementa o distorsiona la inversión, etc.), la longitud máxima de perforación (mayor longitud de perforación limita la producción de perforación), el método de minado, el ancho de veta y el ancho de minado, las características del macizo rocoso, desviación de taladros, malla de perforación (paralelo, abanico y/o radial), perforación específica, diluciones estimadas, diámetro de perforación, rendimientos, productividades y costos.

La selección de los equipos mineros es uno de los factores de mayor importancia en el diseño y producción. Sobre todo la selección del equipo de

perforación pues la perforación de los taladros de producción debe estar por delante de la voladura y extracción.

Las decisiones en la selección son multi-disciplinarias y están basadas en criterios cualitativos y cuantitativos.

La capacidad de perforación depende del equipo de perforación y de la flota. Como primera variable a determinar, se estimara el diámetro de los taladros de perforación, en muchos casos esta estimación es por benchmarking, pero se debe de tener en cuenta que el diámetro del taladros impacta en la fragmentación, en la desviación de los taladros, en la dimensión del burden, en la longitud de los taladros, en los aceros de perforación, en el daño a la roca, en la perforación específica y la carga especifica.

La primera estimación del diámetro de los taladros se debe realizar haciendo un análisis completo de los parámetros resultantes de perforación y voladura; estos parámetros son: diámetro del taladro, longitud máxima de los taladros, malla de perforación, desviación, dilución estimada, burden y espaciamiento, velocidad de penetración, aceros de perforación, perforación específica y carga especifica.

Para la selección de los equipos de perforación, en primera instancia se debe de decidir en trabajar con equipos neumáticos o equipos hidráulicos, en la actualidad lo equipos hidráulicos han superado significativamente a los equipos neumáticos, básicamente por: el menor consumo de energía, menor costo de accesorios de perforación, mayor capacidad de perforación, mejores condiciones ambientales, mayor versatilidad en la operación y mayor facilidad para la automatización.

Por el contrario esta perforación también tiene algunas desventajas, como son: Mayor inversión, reparaciones más complejas y costosas.

Teniendo definido el diámetro de los taladros, seleccionaremos si se trabajara con un equipo con martillo en cabeza o con martillo en fondo, esta selección se basa prácticamente en el diámetro del taladro, y las dimensiones de los equipos. Pero se debe tener en cuenta que la perforación de martillo en fondo presenta ventajas sobre la

perforación de martillo en cabeza, estas son: la velocidad de penetración es constante, menores desviaciones, mayor vida útil de los aceros de perforación, menor costo por metro lineal, menor consumo de aire y menor nivel de ruido en la zona de operación.

Por otro lado la perforación con martillo en fondo, presenta algunos inconvenientes, como: cada martillo está diseñado para una gama muy estrecha de diámetros, el diámetro de los taladros está limitado a las dimensiones del martillo (en la actualidad 76mm), riesgo de pérdida del martillo (este trabaja dentro del taladro), se necesitan compresores de alta presión y con esto mayor consumo de energía.

De lo mencionado líneas arriba, se puede concluir que la perforación con martillo en fondo se adecua a estructuras mineralizadas anchas y las de martillo en cabeza se adecuan a estructuras mineralizadas de cualquier ancho (estrechas o anchas).

En este punto ya tendremos definidos el diámetro de los taladros, si el equipo será neumático o hidráulico y si la perforación será de martillo en fondo o de martillo en cabeza, con esto procederemos a calcular el burden y espaciamiento, longitud máxima de los taladros, la malla de perforación, la longitud de rotura de taladros, los escudos para la voladura, la perforación específica y carga especifica; tal como se detalló en los subtítulos anteriores. Con estos datos escogeremos el equipo que mejor se adecue a la operación, teniendo en cuenta que las dimensiones de los equipos afectan de manera directa a las dimensiones de las labores de preparación y desarrollo.

En este punto también seleccionaremos los aceros de perforación, es decir toda la columna de perforación apropiada para cumplir con los parámetros de desviación, longitud máxima de taladros, velocidad de penetración y que tenga mayor vida útil de acuerdo a las condiciones del macizo rocoso.

En este punto no solo se escogerá el diámetro de los aceros, sino que también todas sus características (si la broca será retráctil, con cuantos botones, la longitud de las barras y el diámetro, así como las roscas de esta y el diámetro del acoplamiento, etc.), para esto tendremos que calcular el índice de perforabilidad.

Figura 2.28: Relación entre diámetro óptimo de broca y las características de la barra.

Fuente: Manual de accesorios Sandvick.

Figura 2.29: Relación de índice de perforabilidad y velocidad de penetración para diferentes

diámetros.

Fuente: Selección de equipos y aceros de perforación Sandvick.

La estimación de la capacidad de perforación del equipo depende de: la aplicación del equipo, la longitud de los taladros, la fragmentación requerida, el método de minado, la infraestructura, la inversión, costo de operación, condiciones socio- ambientales, condiciones de seguridad y salud y el plan estratégico.

Las herramientas de cálculo para la estimación de la capacidad del equipo de perforación son las mismas que para los equipos de extracción y estas son: El criterio (sentido común), Juicio experto, simulaciones, cálculos de rendimiento de equipo, cálculos con el VAN, La IRR de la inversión y el análisis del costo marginal.

El rendimiento para el equipo de perforación, se calcula con la expresión: 𝑅𝑅𝑝𝑝𝑒𝑒𝑟𝑟𝑓𝑓 =_𝑇𝑇𝐿𝐿𝑚𝑚𝑒𝑒𝑑𝑑 𝑒𝑒𝑎𝑎𝑙𝑙

𝑚𝑚𝑒𝑒𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑒𝑒𝑟𝑟𝑓𝑓 𝑒𝑒𝑎𝑎𝑙𝑙

Dónde:

Rperf Rendimiento de perforación (m/h)

Lmed tal Longitud media de los taladros (m)

Tmed perf tal Tiempo medio de perforación de taladros (h)

La longitud media de los taladros es el promedio de la longitud de todos los taladros en una sección de perforación, esto se realiza para los taladros positivos y negativos.

El tiempo medio de perforación de los taladros, se calcula con la expresión: 𝑇𝑇𝑚𝑚𝑒𝑒𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑒𝑒𝑟𝑟𝑓𝑓 𝑒𝑒𝑎𝑎𝑙𝑙=₆₀1 ∗ �𝑇𝑇𝑐𝑐𝑎𝑎𝑚𝑚 𝑒𝑒𝑎𝑎𝑙𝑙+ 𝑇𝑇𝑝𝑝𝑜𝑜𝑠𝑠𝑚𝑚𝑐𝑐+𝑒𝑒𝑚𝑚𝑒𝑒+ 𝑇𝑇limp 𝑒𝑒𝑎𝑎𝑙𝑙+ 𝑎𝑎𝑒𝑒𝑎𝑎𝑟𝑟𝑟𝑟𝑎𝑎∗ �𝑇𝑇𝑐𝑐𝑜𝑜𝑙𝑙 𝑒𝑒𝑎𝑎𝑟𝑟𝑟𝑟𝑎𝑎+_𝑉𝑉𝐿𝐿𝑒𝑒𝑎𝑎𝑟𝑟𝑟𝑟𝑎𝑎

𝑝𝑝𝑒𝑒𝑛𝑛𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑚𝑚𝑒𝑒𝑑𝑑+ 𝑇𝑇𝑠𝑠𝑎𝑎𝑐𝑐 𝑒𝑒𝑎𝑎𝑟𝑟𝑟𝑟𝑎𝑎��

Dónde:

Tmed perf tal Tiempo medio de perforación de taladros (h)

Tcam tal Tiempo de cambio de taladro (min)

Tposic+emb Tiempo de posicionamiento y emboquille (min)

Tlimp tal Tiempo de limpieza del taladro (min)

nbarra Número de barras por taladro (adimensional)

Tcol barra Tiempo de colocación de barra (min)

Lbarra Longitud de barra (m)

Vpenet med Velocidad de penetración media (m/min)

El número de barras por taladro, se calcula con la expresión: 𝑎𝑎𝑒𝑒𝑎𝑎𝑟𝑟𝑟𝑟𝑎𝑎 =𝐿𝐿_𝐿𝐿𝑚𝑚𝑒𝑒𝑑𝑑 𝑒𝑒𝑎𝑎𝑙𝑙

𝑒𝑒𝑎𝑎𝑟𝑟𝑟𝑟𝑎𝑎

Dónde:

nbarra Número de barras por taladro (adimensional)

Lmed tal Longitud media de los taladros (m)

Lbarra Longitud de barra (m)

La velocidad de penetración media, en función del número de barras usado, se puede calcular con la expresión:

𝑉𝑉𝑝𝑝𝑒𝑒𝑛𝑛𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑚𝑚𝑒𝑒𝑑𝑑 = �_𝑎𝑎𝑉𝑉𝑝𝑝𝑒𝑒𝑛𝑛𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑒𝑒𝑎𝑎𝑟𝑟𝑟𝑟𝑎𝑎� ∗ �

1 − 0.91 ∗ 𝑎𝑎𝑒𝑒𝑎𝑎𝑟𝑟𝑟𝑟𝑎𝑎

0.09 �

Dónde:

Vpenet med Velocidad de penetración media (m/min)

Vpenet Velocidad de penetración (m/min)

nbarra Número de barras por taladro (adimensional)

Para la estimación de los tiempos se pueden utilizar las tablas que a continuación se presentan:

Tabla 2.8: Tiempos promedios de colocar y sacar barras de perforación.

Fuente: Manual de perforación y voladura de rocas.

Manual Automatico

1.0 min 0.9 mln 1.5 min 1.0 min Tiempo de colocar barra

Tiempo de sacar barra

Tabla 2.9: Tiempos promedios de operación de perforación.

Fuente: Manual de perforación y voladura de rocas.

Para el cálculo de la capacidad de perforación de un equipo, se usa la expresión:

𝐶𝐶𝐴𝐴𝑠𝑠𝑝𝑝𝑒𝑒𝑟𝑟𝑓𝑓 = 𝐻𝐻𝑒𝑒𝑓𝑓𝑒𝑒𝑐𝑐∗ 𝑅𝑅𝑝𝑝𝑒𝑒𝑟𝑟𝑓𝑓

Dónde:

Capperf Capacidad de un equipo de perforación (m)

Hefec Horas efectivas de operación del equipo (h)

Rperf Rendimiento de perforación del equipo (m/h)

Figura 2.30: Distribución de horas de los equipos.

Fuente: Sistema de extracción y transporte subterráneo.

Tiempo 3.0 min 1.0 min 1.0 min Limpieza de taladro Operacion Cambio de taladro Posicionamiento y emboquille

Figura 2.31: Relación entre velocidad de penetración y perforación.

Fuente: Selección de equipos y aceros de perforación Sandvick.

El análisis técnico-económico y de productividad se realizara de manera completa, sin olvidar que el equipo tiene una capacidad limitada y que si este es sobrecargado se disminuye su vida útil encareciendo al mismo tiempo los costos de operación y de mantenimiento.

Para estimar el número de equipos de perforación, se realizara la división entre el ritmo de producción estimado y la capacidad de perforación de cada equipo, se debe de tener en cuenta que la perforación debe estar siempre delante de la voladura y extracción, por este motivo se recomienda aumentar el ritmo de producción estimado en un 20% a 30%, dependiendo de las condiciones de operación.