Guía de perforación en roca dura en Perú: geología, selección de herramientas DTH y configuración MISSION M40

Perú cuenta con numerosos proyectos mineros, canteras y obras de perforación. Debido a la orogenia andina, las intrusiones magmáticas, la actividad volcánica y el metamorfismo regional, en sus distintas zonas mineras pueden encontrarse formaciones complejas, como rocas intrusivas, volcánicas y metamórficas, además de rocas carbonatadas silicificadas y skarns.

Estas rocas no solo presentan diferentes niveles de dureza, sino también variaciones importantes en abrasividad, fracturamiento y alteración. Por ello, para seleccionar un martillo y una broca DTH para un proyecto en Perú, no basta con conocer el nombre de la roca o el diámetro del barreno.

También es necesario considerar la resistencia de la roca, su contenido de cuarzo o grado de silicificación, la integridad del macizo rocoso, la altitud de la obra y el suministro real de aire del compresor.

Perforación DTH en roca dura en una mina de gran altitud en Perú

1. Distribución y características geológicas de las rocas duras en Perú

Las principales formaciones de roca dura de Perú se concentran en la Cordillera Occidental, el Batolito de la Costa y los cinturones mineros del centro y sur del país.

Las diferencias en el origen geológico y la composición mineral de cada zona también producen distintos patrones de desgaste en las herramientas DTH.

1.1 Granito, granodiorita, tonalita y diorita

Estas rocas intrusivas se distribuyen principalmente en el Batolito de la Costa y la Cordillera Occidental. Existen afloramientos desde Lima y Áncash hasta Arequipa y Moquegua.

Sus cristales suelen estar estrechamente unidos, por lo que estas rocas generalmente presentan una resistencia elevada. Cuando el granito o la granodiorita contienen una proporción importante de cuarzo, su abrasividad también aumenta.

Las principales dificultades de perforación incluyen:

• Desgaste acelerado de los botones exteriores de calibre.
  
• Reducción gradual del diámetro de la broca.
  
• Disminución de la velocidad de penetración cuando los botones pierden su forma.
  
• Desgaste continuo del cuerpo de acero.
  
• Trituración repetida de los recortes cuando el barrido del fondo no es suficiente.
  

1.2 Andesita, dacita, andesita basáltica y brecha volcánica

Estas rocas volcánicas están ampliamente distribuidas en el cinturón volcánico de la Cordillera Occidental y son relativamente comunes en el centro de Perú, así como en Arequipa, Moquegua y Tacna.

Una roca volcánica fresca y competente puede ser muy densa y resistente. Sin embargo, la alteración hidrotermal, la meteorización y el fracturamiento tectónico pueden modificar considerablemente su resistencia y estructura.

Un mismo barreno puede atravesar primero una roca dura y competente y después entrar en una zona alterada o fracturada. Esto puede provocar:

• Variaciones continuas en la carga de perforación.
  
• Cambios significativos en la velocidad de penetración.
  
• Menor estabilidad de las paredes del barreno.
  
• Cambios en las condiciones de evacuación de los recortes.
  
• Impactos irregulares sobre los botones de carburo.
  

1.3 Cuarcita, gneis y esquisto cristalino

Estas rocas metamórficas aparecen principalmente en la Cordillera Oriental y en terrenos metamórficos más antiguos.

Debido a su elevado contenido de cuarzo, la cuarcita suele ser una formación altamente abrasiva. Aunque su resistencia no siempre sea la más elevada del proyecto, puede causar un desgaste severo de los botones, la zona de calibre y el cuerpo de acero de la broca.

1.4 Caliza, dolomía y rocas carbonatadas silicificadas

Las calizas resistentes, las dolomías y las rocas carbonatadas silicificadas aparecen en cuencas sedimentarias andinas y en determinadas zonas mineras del centro y sur de Perú.

La caliza común suele ser más fácil de perforar que el granito o la cuarcita. Sin embargo, después de un proceso de silicificación, su resistencia y abrasividad pueden aumentar considerablemente.

Por esta razón, tanto la velocidad de perforación como el desgaste de la broca pueden cambiar rápidamente dentro de una distancia relativamente corta.

1.5 Skarn y zonas de contacto mineralizadas

Los skarns suelen formarse en el contacto entre rocas intrusivas y calizas. Pueden encontrarse en zonas mineras metálicas de Áncash, Pasco, Junín, Cusco y Apurímac.

La litología de un skarn o de una zona de contacto mineralizada puede cambiar rápidamente. Un mismo barreno puede atravesar:

• Roca dura y competente.
  
• Roca mineralizada y frágil.
  
• Zonas fracturadas.
  
• Formaciones silicificadas o alteradas.
  

Estos cambios producen variaciones en la carga de impacto, la estabilidad del barreno y la evacuación de los recortes, por lo que se requiere una broca con buena adaptabilidad general.

Distribución de las principales formaciones de roca dura en Perú

2. Efectos de las condiciones de roca dura en las herramientas DTH

Aunque dos minas utilicen el mismo nombre para describir una roca, su comportamiento durante la perforación puede ser completamente diferente.

Esto se debe a que la resistencia de la roca y el desgaste de la broca también dependen del contenido de cuarzo, el grado de silicificación, la meteorización, la alteración y la densidad de fracturas.

Para seleccionar correctamente una herramienta DTH, es importante diferenciar dos conceptos:

• Resistencia de la roca: indica la dificultad para romperla y suele expresarse mediante la resistencia a la compresión uniaxial, o UCS.
  
• Abrasividad de la roca: indica la velocidad con la que se desgastan el cuerpo de acero y los botones de carburo. Generalmente está relacionada con el contenido de cuarzo y otros minerales duros.
  

Una roca de alta resistencia no siempre presenta la mayor abrasividad. Por el contrario, algunas rocas ricas en cuarzo pueden causar un desgaste muy severo, aunque su resistencia no sea la más elevada.

Influencia de cada tipo de roca en la selección DTH

Los valores indicados son rangos generales de referencia y no representan resultados medidos en una mina específica. La selección final debe considerar los testigos de perforación, la información geológica del proyecto y los patrones de desgaste de las brocas utilizadas.

Diferencia entre resistencia y abrasividad de la roca en perforación DTH

Consideraciones generales para seleccionar herramientas DTH

En condiciones de roca dura y abrasiva en Perú, la selección de herramientas DTH no debe centrarse únicamente en alcanzar la mayor velocidad inicial de perforación.

También deben considerarse los siguientes factores:

• Capacidad de la broca para mantener el diámetro del barreno.
  
• Resistencia al desgaste de los botones de calibre y del cuerpo de acero.
  
• Equilibrio entre resistencia al desgaste y tenacidad del carburo.
  
• Capacidad de los orificios y canales de barrido para evacuar los recortes.
  
• Adaptabilidad de la broca a capas duras y blandas, fracturas y zonas alteradas.
  
• Compatibilidad del martillo DTH y el compresor con la altitud real de la obra.
  

3. Configuración recomendada: martillo MISSION M40 y broca de doble calibre de 127 mm

Según la información proporcionada por un cliente peruano, los productos requeridos son:

• Martillo DTH MISSION M40 de 4 pulgadas.
  
• Broca DTH de 5 pulgadas o 127 mm.
  
• Cara convexa.
  
• Estructura de doble calibre.
  
• Botones esféricos de carburo.
  
• Adaptador superior reforzado.
  

La estructura de esta broca indica que la configuración prioriza el control del desgaste, el mantenimiento del diámetro y la vida útil durante la perforación en roca dura.

Sin embargo, una fotografía de la broca no es suficiente para determinar con precisión el tipo de roca ni su contenido de cuarzo.

3.1 Martillo DTH MISSION M40 de 4 pulgadas

El martillo DTH MISSION M40 de 4 pulgadas puede combinarse con una broca de 5 pulgadas para perforar barrenos de aproximadamente 127 mm.

El martillo transmite la energía de impacto directamente a la broca en el fondo del barreno. Esto ayuda a reducir la pérdida de energía causada por el aumento de la profundidad y permite mantener una penetración relativamente estable en roca dura.

La configuración final debe ser compatible con:

• Fuerza de avance de la perforadora.
  
• Par y velocidad de rotación.
  
• Presión de trabajo del compresor.
  
• Caudal real de aire.
  
• Profundidad del barreno.
  
• Altitud de la obra.
  

Algunos proyectos mineros de Perú se encuentran a gran altitud. A medida que aumenta la altitud, disminuye la densidad del aire y puede reducirse el rendimiento efectivo del compresor y del motor diésel.

Por este motivo, no debe considerarse únicamente la capacidad nominal indicada para condiciones al nivel del mar. También es necesario comprobar el suministro real de aire disponible en la altitud de trabajo.

3.2 Broca DTH convexa de 127 mm

La fotografía proporcionada por el cliente muestra una broca con cara convexa, botones esféricos y estructura de doble calibre.

Una cara convexa puede utilizarse en determinadas formaciones duras y abrasivas para lograr un equilibrio entre penetración, estabilidad y vida útil. La conveniencia de esta geometría debe confirmarse según las condiciones reales de la roca.

Los dos orificios principales de barrido y los canales abiertos de evacuación ayudan a distribuir el aire comprimido y retirar los recortes del fondo, reduciendo su acumulación y trituración repetida.

Broca DTH convexa de doble calibre de 127 mm para roca dura y abrasiva

3.3 Diseño de doble calibre

El cliente confirmó expresamente que necesita una broca de doble calibre.

Este diseño refuerza la distribución de los botones en la zona exterior de la broca y puede ayudar a:

• Distribuir el desgaste de la zona exterior.
  
• Reducir la pérdida de diámetro.
  
• Prolongar el tiempo efectivo de utilización.
  
• Mejorar la estabilidad durante la perforación.
  
• Reducir el riesgo de desgaste irregular en formaciones abrasivas.
  

Mantener el diámetro de la broca es especialmente importante al perforar granodiorita, cuarcita, roca fuertemente silicificada y otras formaciones abrasivas.

Cuando una broca pierde demasiado diámetro, no solo afecta la perforación posterior, sino que también puede dificultar la extracción y la nueva introducción de las herramientas.

3.4 Botones esféricos de carburo

La broca mostrada en la fotografía utiliza botones esféricos de carburo de tungsteno.

En comparación con botones más puntiagudos y agresivos, los botones esféricos suelen ofrecer una buena durabilidad y resistencia al impacto. Pueden utilizarse en:

• Roca dura.
  
• Formaciones altamente abrasivas.
  
• Capas fracturadas o con cambios de dureza.
  
• Proyectos que priorizan la vida útil de la broca.
  

Un carburo más duro no siempre significa un mejor rendimiento. La selección debe mantener un equilibrio entre resistencia al desgaste y tenacidad para reducir el riesgo de fisuras, roturas o desprendimiento de botones en formaciones fracturadas.

3.5 Protección contra el desgaste del adaptador superior

El cliente ya confirmó que el adaptador superior del martillo debe incorporar protección adicional contra el desgaste.

Durante la perforación de roca abrasiva, los recortes regresan continuamente por el espacio anular y pasan alrededor del cuerpo del martillo y de su conexión superior.

Cuando el espacio de retorno es reducido, existe una gran cantidad de polvo o la velocidad de retorno es elevada, la superficie exterior del adaptador superior puede sufrir un desgaste considerable.

Se recomienda instalar insertos de carburo en las zonas críticas de desgaste. Sus principales funciones son:

• Reducir el desgaste de la superficie exterior.
  
• Proteger las zonas críticas de conexión.
  
• Prolongar la vida útil del adaptador superior.
  
• Reducir las paradas ocasionadas por la sustitución de componentes.
  

La posición exacta y la distribución de los insertos deben definirse de acuerdo con el diámetro exterior del martillo, la estructura de la broca y el espacio disponible para el retorno de los recortes.

3.6 Configuración de la válvula antirretorno

La válvula antirretorno ayuda a reducir el riesgo de entrada de agua, polvo y otras partículas al interior del martillo cuando se interrumpe el suministro de aire.

La configuración de la válvula del martillo MISSION M40 debe considerar:

• Perforación seca o con presencia de agua.
  
• Profundidad del barreno.
  
• Cantidad de polvo y recortes.
  
• Presión y caudal del compresor.
  
• Diseño de los orificios de barrido de la broca.
  

Cuando existe agua subterránea o se perforan barrenos húmedos, la protección antirretorno adquiere especial importancia.

Resumen de la configuración recomendada

Esta solución no busca únicamente la mayor velocidad inicial de perforación. Sus principales objetivos son:

• Mantener estable el diámetro del barreno.
  
• Reducir el desgaste de los botones exteriores y del cuerpo de acero.
  
• Mejorar la estabilidad en formaciones duras y variables.
  
• Prolongar la vida útil de la broca y de los componentes críticos del martillo.
  
• Reducir el coste total provocado por los cambios de herramientas y las paradas.
  

¿Qué información debe confirmarse antes de seleccionar las herramientas?

Actualmente ya se conocen el modelo del martillo, el diámetro de la broca y el requisito de doble calibre. Para definir la configuración exacta, también es recomendable confirmar:

• Tipo de roca que se perforará.
  
• Presencia de cuarzo o componentes silíceos.
  
• Diámetro y profundidad del barreno.
  
• Presión de trabajo del compresor.
  
• Caudal real de aire.
  
• Altitud de la obra.
  
• Perforación seca o con presencia de agua.
  
• Marca y modelo de la perforadora.
  
• Diámetro de los botones exteriores y frontales de la broca utilizada.
  
• Principal patrón de desgaste o modo de fallo de las brocas anteriores.
  

Si el cliente no puede medir todos los botones, puede proporcionar primero el diámetro de los botones exteriores de calibre o enviar fotografías claras con un calibre, una regla u otro elemento de referencia dimensional.

Con esta información, es posible definir con mayor precisión el tamaño de los botones, la protección contra el desgaste del adaptador superior y la configuración de la válvula antirretorno, proporcionando una solución DTH más fiable para proyectos de perforación en roca dura en Perú.

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