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Apr 18, 2023

Desarrollos en tecnología de perforación y voladura

El Centro de Investigación de Dinámica Aplicada (CADR) de la Universidad de Aberdeen está

El Centro de Investigación de Dinámica Aplicada (CADR) de la Universidad de Aberdeen está a punto de aprovechar la investigación original iniciada en 1999. Se ha creado una nueva empresa derivada, iVDrill, para comercializar la tecnología de perforación mejorada por resonancia (RED).

RED, una tecnología de perforación transformacional, aplica una tensión dinámica controlable de alta frecuencia a una formación perforada, que es inducida por oscilaciones axiales de una broca a la frecuencia de resonancia. La resonancia se mantiene para condiciones de perforación variables mediante el ajuste de la frecuencia y la amplitud de la carga dinámica para producir una zona de fractura que se propaga constantemente. Esto conduce a una reducción considerable de los costos de perforación y una menor huella ambiental. La tecnología RED es particularmente adecuada para rocas duras.

La profesora Marian Wiercigroch, inventora de RED de la universidad, explica: "La diferencia más importante entre RED y la perforación por percusión es que RED genera una carga dinámica de baja amplitud y alta frecuencia, lo que es contrario a la perforación por percusión que opera con alta amplitud y baja frecuencia. RED ha sido desarrollado y probado extensivamente en los laboratorios de CADR y ahora estamos apuntando a comercializarlo, esta tecnología puede ser utilizada en muchas áreas, como perforación de fondo de pozo, intervenciones de perforación, minería, perforación en pozos geotérmicos, extracción de núcleos y otros. desarrolló y probó dos tipos diferentes de módulos RED: un magnetoestrictivo totalmente controlable pero costoso y un excitador mecánico simple pero rentable".

Recientemente, CADR probó la tecnología RED para aplicaciones de extracción de muestras en colaboración con Volcanic Basin Petroleum Research (VBPR) y el Oil & Gas Innovation Center (OGIC). El Dr. John Millett, director de VBPR, dice: "Los resultados son muy positivos y forman una base sólida a partir de la cual dar pasos potencialmente importantes en futuras capacidades de extracción de testigos, reduciendo costos y mejorando la recuperación. El proyecto tiene especial relevancia para escenarios de extracción de testigos de roca dura como como a través de secuencias volcánicas y puede ayudar a responder las preguntas que surgen de la recuperación limitada o deficiente del núcleo en tales escenarios".

Además de esto, hay otros proyectos de investigación en curso, incluida una colaboración con Varel International, cuyo objetivo es obtener una mejor comprensión de la mecánica de generación de fuerza y ​​su relación con los parámetros de perforación. Además, el equipo está desarrollando y probando la nueva broca híbrida de diamante policristalino compacto (PDC) con elementos de corte que combinan acciones de corte y ranurado. Durante este proyecto, se desarrollarán nuevos modelos de interacción broca/roca de un solo PDC cortador/cuchilla. El profesor Wiercigroch explica: "Estos modelos se calibrarán y validarán mediante extensas pruebas experimentales para optimizar el diseño de la nueva broca híbrida con estructura de corte que combina acciones de corte y ranurado, con una longevidad y eficiencia mucho mayores al perforar pedernal y granito fracturado. ."

La última perforadora rotativa de orificios para voladuras de Caterpillar, la MD6200, entró en producción a principios de este año.

La compañía lo llama su "perforadora rotativa más transportable hasta el momento", con un tren de rodaje estilo excavadora modelo 336 y una pequeña envoltura de envío. Está propulsado por un motor Cat C18 con clasificación Tier 4 final de la EPA de EE. UU. o equivalente a Tier 2 de la EPA de EE. UU., según las reglamentaciones locales donde se vende. Está diseñado para agujeros de 127 a 200 mm de diámetro.

Complementa la MD6250 y la MD6310, que entraron en producción el año pasado, y se suma a las dos perforadoras más grandes, la MD6540C con motor diésel y la MD6640 eléctrica (alimentación de línea) para perforar orificios de hasta 406 mm de diámetro. Esto se usa más comúnmente en minas con sistemas de distribución de energía para palas eléctricas y/o dragalinas.

Detrás de escena, la compañía ha adoptado nuevas tecnologías para el desarrollo, con amplias instalaciones de impresión 3D para producir piezas rápidamente durante el desarrollo del producto y para probar conceptos de diseño, creando herramientas de fabricación rentables e imprimiendo piezas de servicio de bajo volumen, modelos de precisión, ayudas de capacitación. e incluso herramientas de venta. La realidad virtual se utiliza cada vez más para el mantenimiento.

Comenzando con la broca, Caterpillar presentó su última línea de brocas rotativas en 2018 y recientemente anunció una nueva línea de martillos y brocas para fondo de pozo. Se ofrecen varias opciones, con configuraciones de 171 mm con una variedad de formas de carburo (esférico, balístico) y formas de cara (cóncava, plana, convexa).

Greg Scott, consultor de productos de perforadoras rotativas de Cat, explica cómo funciona la lubricación: "El tren motriz de la máquina perforadora se enfría mediante enfriadores Cat con ventiladores de velocidad variable que ajustan la velocidad del ventilador en función de las temperaturas de funcionamiento. Esto ayuda a que el sistema hidráulico sea lo más eficiente posible y reduce la carga total en el motor para aumentar la eficiencia del combustible.

"Las herramientas de roca, por ejemplo, las brocas tricónicas, se ejecutan de manera más eficiente con Cat Auto Drill/Drill-Assist, ya que la fuerza de avance, el par y las RPM se modulan para que la herramienta de corte no se sobrecargue, pero mantiene un avance óptimo por revolución en función de las condiciones del terreno. funciona".

La seguridad es siempre una consideración clave en el diseño de los taladros. Scott continúa: "Nuestra nueva generación de equipos rotativos de perforación de barrenos para voladura tienen más de 40 enclavamientos duros y condicionales para garantizar la seguridad de los perforadores y proteger la máquina contra daños. Los enclavamientos condicionales garantizan un funcionamiento seguro y eficiente y el cumplimiento de las mejores prácticas recomendadas. Nuestro enfoque en ergonomía, seguridad y 'diseño inteligente' garantizan que las perforadoras Cat sean aptas para el trabajo y crean una sinergia entre el perforador, el equipo de perforación y las herramientas de corte.

"Además, las operaciones de control remoto alejan al operador de condiciones potencialmente peligrosas. Caterpillar ofrece estas capacidades a través de Command para perforación, parte de Cat MineStar Solutions".

El desarrollo de MineStar está en curso. El sistema se basa en funciones automatizadas (mástil automático, nivelación automática y perforación automática) y está diseñado para reducir la variabilidad de perforación entre operadores y brindar más consistencia. Para la guía de perforación, el sistema se basa en Cat Terrain para perforación, que incorpora tecnología de posicionamiento satelital para mostrar al operador las ubicaciones de los pozos que se van a perforar. Ayuda a perforar un patrón preciso como resultado de un posicionamiento preciso.

El siguiente paso en la automatización de perforaciones es el sistema semiautónomo. Esto le permite al operador colocar el taladro al comienzo de una fila de agujeros y luego configurar la máquina para perforar toda la fila de forma autónoma. Mientras hace esto, el operador puede ocuparse de otras tareas o configurar otro taladro para perforar una fila de forma autónoma.

Un arreglo opcional incluye una estación de operador remota que se puede ubicar cerca del banco o en una ubicación remota. Esto le permite al operador colocar el taladro al comienzo de la siguiente fila y comenzar un nuevo ciclo nuevamente, o perforar agujeros manualmente desde una ubicación remota. La tecnología autónoma está evolucionando para presentar la perforación Auto-Multi-Pass y la autonomía de varias filas.

Junto con el distribuidor local WesTrac, la compañía está probando cuatro perforadoras autónomas en la mina de mineral de hierro Koodaideri de Rio Tinto en Pilbara, Australia Occidental. Es parte de un estudio para examinar la posibilidad de una mayor automatización, y también hay una flota de 20 camiones 793F autónomos en el lugar.

Forma parte del programa 'Mine of the Future' de Rio Tinto, cuyo objetivo es vincular digitalmente todos los aspectos de la minería.

Es un proyecto ambicioso, con planes para automatizar básicamente todo, incluso el taller, así como la creación de un modelo digital de la planta de procesamiento al que el personal puede acceder en tiempo real.

Los propietarios esperan una producción de 43 millones de toneladas por año, programada para estar en funcionamiento a fines de 2021.

Scott concluye: "Las perforadoras rotatorias modernas de barrenos para voladura están diseñadas para brindar precisión, utilizando tecnología de punta, como GNSS de alta precisión, para ubicar la máquina con precisión sobre el barreno objetivo y monitorear el avance de la broca durante la perforación, de modo que los barrenos se perforen para La profundidad requerida Las funciones asistidas por computadora, como Auto Drill / Drill-Assist, controlan la alimentación, la rotación y la inyección de aire y agua de la plataforma para mejorar el rendimiento del operador, maximizar la eficiencia de producción y la vida útil de la herramienta de corte ".