INTRODUCCIÒN

A diferencia de los otros métodos de perforación, cuya ejecución es básicamente para alojar explosivos para hacer voladuras; este método de perforación produce el arranque de la roca en distintas formas y secciones, sin requerir la intervención de la energía explosiva para fragmentar la roca.

Además, en forma simultánea y continua realiza la operación de carguío y acarreo.

SISTEMA MECANIZADO DE AVANCE SIN EXPLOSIVOS, MINADO CONTINUO

Son máquinas de accionamiento neumático o eléctrico, que trabajan con grandes presiones de empuje en terrenos suficientemente blandos y estructuralmente homogéneos como carbón, yeso, potasio, etc., con evacuado sistemático.

Desde el punto de vista técnico se debe tener en cuenta la dureza de la roca (indica como resistencia a la compresión), homogeneidad de las características estructurales de la roca y posibilidades de organización y ejecución de obra.

MAQUINAS ROZADORAS, MAQUINAS DE ATAQUE PUNTUAL, MAQUINAS DE CORTE ROTATORIO, FRESADORAS

Hoy en día la excavación de túneles con rozadoras o minadores se realiza generalmente en terrenos de resistencia media-blanda y obras de longitudes pequeñas, inferiores a los dos kilómetros, donde no son rentables los sistemas de sección completa por la reducida dimensión de los proyectos, y en zonas de rocas medias-duras, en competencia con la perforación y voladura, cuando existen restricciones ambientales que impiden la aplicación de ese método. En ocasiones, constituye un complemento adecuado a las máquinas de sección total, para conseguir secciones finales de determinadas obras, por ejemplo una caverna, imposibles de conseguir a sección completa por razones de coste.

CARACTERISTICAS GENERALES

Las rozadoras son máquinas excavadoras que tienen un diseño modular, como consecuencia de que en muchos casos es preciso su montaje o reparación en espacios cerrados de dimensiones reducidas. Básicamente, realizan su trabajo mediante una cabeza giratoria, provista de herramientas de corte que inciden sobre la roca, y que va montada sobre un brazo monobloque o articulado. Además cuenta con un sistema de recogida y transporte de material que lo evacua desde el frente de arranque hacia la parte trasera de la máquina. Todo el conjunto va montado sobre un chasis móvil de orugas.

VENTAJAS

Flexibilidad y maniobrabilidad(distintas secciones, cambios de trazado, excavaciones transversales a la principal, etc.)Menor afeccion a la roca de las cajas, techo y piso ya que no es agrietada al no usarse explosivos.Ausencia de vibracionesMenores necesidades de sostenimiento Se utiliza en tuneles menores de 2km de longuitudBásicamente todos los minadores tienen un diseño modular que facilita su mont3aje o desmonte

REQUERIMIENTOS

Energía eléctrica

COMPONENTES

Chasis y tren de rodaje

El chasis sirve de soporte y elemento de ensamblaje de las distintas partes de la máquina. Está montado sobre orugas que garantizan la estabilidad y permiten el desplazamiento. Las partes del bastidor son de construcción robusta, las cadenas de orugas suelen ir accionadas aisladamente a través de unos reductores de retención automática por motores eléctricos. Las velocidades de traslación no suelen ser superiores a los 5 m/min. Con lo que, a la hora de transportarla se puede desacoplar las ruedas de transmisión de cada una de las cadenas y de esta manera es posible remolcarla de forma rápida.

Brazo y dispositivo de giro

El brazo está compuesto, además de por el propio elemento estructural, por el motor, el reductor de ruedas dentadas epicicloidal o planetario, directamente acoplado, y la propia cabeza de corte. Existen brazos con diseño monobloque y también articulados. La vibración del brazo durante el corte depende de su estabilidad global, tanto vertical como horizontal. La estabilidad vertical, que afecta al corte ascendente y en elevación, depende de la longitud en voladizo del brazo (C). La estabilidad lateral depende de la anchura de la base de montaje (B) del brazo sobre el dispositivo de giro.

El dispositivo de giro efectúa los movimientos del brazo rozador montado sobre éste mismo y a la vez representa la unión principal con el bastidor. Las partes principales del dispositivo de giro suelen ser: el llamado puente, con el mecanismo para movimientos horizontales y la caja del rodamiento axial con la brida, el soporte del brazo rozador y el mecanismo para el movimiento vertical.

Equipo eléctrico

El equipo eléctrico comprende los motores, el dispositivo de mando, los cables y la instalación de alumbrado. Puede ser en muchos modelos de tipo normal o anti-grisú. La potencia de los motores eléctricos es transmitida a los distintos órganos de la rozadora por medio de reductores, que determinan la velocidad de funcionamiento de los mismos (velocidades de giro de la cabeza, de los brazos de recogida, del transportador de racletas y velocidad de desplazamiento). Ingeniería Geológica. Excavaciones Subterráneas 4 Máquinas Rozadoras E.T.S.E.C.C.P.B. – U.P.C. Los motores son robustos y suelen ir refrigerados por agua. Según el fabricante, los minadores disponen de motores eléctricos independientes que accionan cada órgano o función de la máquina o, por el contrario, un número reducido proporciona la potencia necesaria para el accionamiento de todas las funciones de la máquina.

Sistema hidráulico

El equipo hidráulico está compuesto por las bombas, el depósito hidráulico, las conducciones rígidas y flexibles, y los instrumentos necesarios de control y regulación. Las bombas arrastradas por un motor eléctrico, proporcionan al fluido hidráulico la presión y caudal adecuados para el accionamiento de embragues, motores y cilindros hidráulicos. Los cilindros posibilitan distintos movimientos a la rozadora, tales como el giro de la cabeza de corte y transportador de racletas, elevación y descenso de la cabeza de corte, plataforma de carga y brazos cargadores, etc. El aceite hidráulico que se utiliza normalmente es del tipo difícilmente inflamable y los sistemas funcionan con presiones bajas (no superan por lo general los 20 MPa).

Cabeza de corteEn las rozadoras de brazo o de ataque puntual, donde toda la potencia del motor de corte y el peso de la propia máquina se aplican a un único útil de corte

TIPOS DE MINADORES

La continua evolución en el diseño de las rozadoras para dar respuesta a los diferentes trabajos de arranque, tanto en minería como en obra civil, ha dado lugar a diferentes grupos de máquinas, que se describen a continuación.

Rozadoras de brazo

Estas máquinas están dotadas de un brazo rozador móvil, en cuyo extremo está montada la cabeza de corte o piña, portadora de las herramientas de corte. El otro extremo va acoplado a un dispositivo o torreta giratoria que permite movimientos del brazo a izquierda y derecha, mientras que con unos cilindros hidráulicos se realiza la elevación y el descenso del mismo. La combinación de ambos movimientos permite a la cabeza de corte barrer todo el frente.

Rozadora de tambor

En estos equipos el órgano de corte es un cilindro horizontal, tambor de corte, que gira alrededor de un eje paralelo al frente, y sobre el que va acoplada una hélice portadora de picas. La fuerza necesaria para la penetración, que se efectúa en el techo, es conseguida mediante las orugas, que empujan a toda la máquina contra el macizo rocoso. Una vez conseguida esa penetración, se arranca en descenso, tirando del tambor hacia abajo con los cilindros hidráulicos principales.

El empleo de estas máquinas está muy extendido en la minería de rocas blandas: carbón, potasa, hierro, etc.

Rozador de cadenas

En estos minadores la cabeza de corte está constituida por un cuerpo portador de una serie de cadenas de corte sobre las que están colocados los elementos portapicas. Va montada sobre un carro impulsado hidráulicamente que desliza sobre el chasis y proporciona el empuje necesario para efectuar la penetración en el frente. Primero se arranca el muro, permaneciendo el minador fijo sobre sus orugas, y posteriormente se excava en sentido ascendente. Completada la roza vertical, el carro retrocede y mediante un dispositivo giratorio de accionamiento hidráulico se coloca la cabeza al lado de la roza anterior para iniciar un nuevo ciclo. Mediante sucesivas pasadas se cubre toda la sección definida para el avance. La evolución de estas máquinas se detuvo hace varias décadas, al haber sido superadas sus prestaciones por los otros tipos de rozadoras.

MINADORES CONTINUOS DE APLICACIÓN SUBTERRÁNEA

Dentro de este grupo, se encuentran los siguientes minadores continuos: las máquinas tuneleras a sección completa (TBM), Mobile miner, roadheader, raise boring, shaft boring, borpak, y las rozadoras para minas de carbón.

MÁQUINAS TUNELERAS A SECCIÓN COMPLETA (Tunnel Boring Machine, TBM)

Equipos de minado continuo están diseñados para hacer excavar ductos subterráneos horizontales o ligeramente inclinados, como túneles, galerías, rampas, etc. de variadas secciones.

Las máquinas tuneleras tipo “TBM”, realizan la excavación a sección completa y de forma circular.

MINADOR MOVIL (MOBILE MINER, MM)

Estos equipos son sucedáneos de los TBM, constan básicamente de una rueda giratoria en posición vertical y en cuya periferia van montados los elementos de corte tipo disco y/o rodillo, similar a los de las “TBMs”.

CABEZAL ROZADOR (Road Header, RH)

Es un minador continuo diseñado para excavar terrenos relativamente suaves.

MAQUINA CHIMENERA (Raise Boring Machine, RBM)

Llamado también Raise Drilling, son equipos que excavan chimeneas entre uno o más niveles, la primera máquina se introdujo por la década de los 60, su principal ventaja radica en la seguridad para el personal, dado que no requiere personal dentro de la excavación. Actualmente, se tienen diámetros hasta de 6 m y profundidades hasta 1 000 m.

MAQUINA PARA LA EXCAVACIÓN DE POZOS (Shaft Boring Machine, SBM)

El diámetro de la excavación, varía entre 1,5 a 8 m. La máxima profundidad alcanzada hasta ahora con este sistema, es de 2 000 m. Las dimensiones de estos equipos son imponentes, accionados por motores diesel - eléctricos con una potencia instalada de por lo menos de 3 000 HP. La velocidad de avance para un diámetro de 3 m es alrededor de 9 m/día.

BORPAK (BP)

Este minador continuo en sí, es un micro “TBM”, como tal, se fijan a las paredes de la excavación mediante grippers y avanzan en forma intermitente. Dado que estas máquinas están diseñadas para excavar chimeneas de pequeña sección, el material arrancado baja por un ducto por gravedad, por cuya base corre una faja transportadora que conduce el material a un punto de descarga.

ROZADORAS PARA MINAS DE CARBÓN (Shearer)

Diseñado para la explotación de las minas de carbón. Porta un cabezal similar al de roadheader, con la diferencia que el chasis se desplaza sobre rieles, mientras que los roadheader sobre orugas. El cabezal corta y desplaza el material a una cadena que corre por la base, el mismo que lo transporta hasta un determinado punto, de donde se transporta hasta su destino final, normalmente mediante fajas.

CLASIFICACION MAQUINAS TUNELERAS TIPO TBM

Se clasifican en 5 tipos:

“ TBM tipo Kelly”

“TBM con viga principal”

“TBM de doble escudo”

“TBM de simple escudo”

“EPB TBM”

MAQUINA TUNELERA TIPO KELLY ( Kelly – Type TBM)

Tienen 4 mordazas (grippers) y las unidades de accionamiento en el extremo posterior tal como muestra la fotografía. Estas máquinas están diseñadas para excavar rocas muy duras, como tal están equipados con alta potencia de corte en el cabezal y empuje. Los motores principales y los reductores planetarios de engranaje, están ubicados en el extremo posterior y el cabezal con la caja del rodaje principal en el frente de la máquina, proporcionando un gran balance alrededor de los grippers sobre el cuerpo principal.

TBM CON VIGA PRINCIPAL ( Mean Beam TBM)

Tienen 2 grippers. Emplean unidades de accionamiento frontal, lo cual permite un control continuo mientras excava y resulta en pequeños radios de giro, con menor desgaste de cortadores. Según las estadísticas son las que más kilómetros de túnel han excavado en el mundo.

La mayor parte del peso es concentrado en la parte delantera, donde están ubicados los motores principales y los reductores planetarios de engranajes.

TBM DOBLE ESCUDO ( Double Shield TBM)

Puede usar su gripper en roca buena, convirtiéndose prácticamente en una “TBM” descubierta. Simultáneamente a la excavación se pueden instalar los elementos de revestimiento; En terreno fracturado e incompetente se mueve hacia delante como una “TBM” de simple escudo, transfiriendo las reacciones del empuje y torque al revestimiento.

El avance depende del tiempo que demanda la instalación del revestimiento. Una “TBM” de doble escudo puede diseñarse para manipular cualquier tipo de revestimiento prefabricado.

TBM SIMPLE ESCUDO (Single Shield TBM)

Una “TBM” de simple escudo usa únicamente el revestimiento para la propulsión y la reacción del torque, y se aplican principalmente en formaciones deleznables donde se requiere revestimiento. Están diseñadas para excavar roca dura, fracturada y también terrenos deleznables; es decir, tienen la misma capacidad de trabajo que las “TBMs” descubiertas. Comparado con una “TBM” de doble escudo, esta máquina tiene componentes livianos y por consiguiente una inversión menor.

TBM DE ESCUDO EBP (EPB Shield TBM)

Son tuneleras de simple escudo, para excavar terrenos donde se esperan grandes flujos de agua o subsidencias. Estas máquinas deben soportar altas presiones de agua y están equipados con un transportador de tornillo en vez de una faja como transportador primario de escombro. A pasar que tiene el mismo diseño y ventaja que una “TBM” de simple escudo ordinaria, incorpora algunas características únicas, como soportar la presión de agua hasta más de 6 bares y poder trabajar en terrenos muy pobres y con agua.

EL MOBILE MINER (MM)

Este equipo está montado sobre orugas y su aplicación propiamente es en la explotación de minas, básicamente en el método de “cámaras y pilares”. El Mobile Miner, consta de una rueda giratoria relativamente angosta con múltiple cortadores de disco en la periferia, montadas de tal forma que puede ser barrida transversalmente al frente, paralelo al eje de la excavación como ilustra la fotografía.

EL ROADHEATHER (RH)

Son equipos montados sobre orugas y con cabezal cortante de dimensiones muy inferiores a la sección de la excavación y con configuraciones diversas.

Su diseño es para la excavación de rocas de dureza media a baja.

Son capaz de excavar rocas con una resistencia a la compresión hasta de 70 MPa, con área de excavación de 6 á 18 m2.

FACTORES QUE INFLUYEN EN SU OPERACIÓN Y RENDIMIENTO

Consideraciones geológicas.

Longitud de la excavación.

Fuerza de empuje.

Velocidad de rotación

Disponibilidad de energía

Disponibilidad de personal calificado

Servicios requeridos:

Servicio de Agua

Servicio de Ventilación

Servicio de Aire Comprimido

Servicio de Locomotoras

BIBLIOGRAFIAS:

http://www.etcg.upc.edu/asg/TiMR/descargas/07Rozadoras.pdf MALLQUI TAPIA, ANIBAL