Perforazione mineraria e perforazione di gallerie: guida completa alle applicazioni dei perforatori idraulici per roccia

La perforazione mineraria e la perforazione di gallerie utilizzano attrezzature idraulicamente simili, ma le collocano in ambienti operativi che differiscono in modo fondamentale — e tali differenze ambientali si ripercuotono su ogni decisione relativa alla manutenzione e alla selezione. Nell’estrazione superficiale, una piattaforma di perforazione opera all’aperto, con accesso diretto per le operazioni di manutenzione, condizioni del terreno relativamente stabili e schemi di foratura che si ripetono lungo un banco. Nella perforazione di gallerie, un jumbo opera in uno spazio confinato, in un’atmosfera che può contenere esalazioni e finissima polvere di roccia, contro una fronte di scavo la cui geologia cambia ad ogni ciclo, senza la possibilità di estrarre l’attrezzatura se non in caso di guasto grave.

Comprendere quali parametri sono rilevanti in ciascun ambiente — e quali caratteristiche del drifter sono state progettate specificamente per affrontarli — è ciò che distingue una scelta di attrezzature basata su un foglio tecnico da una scelta fondata sulla conoscenza applicativa.

Perforazione nell’estrazione superficiale: la produttività come variabile principale

La perforazione su banco di superficie per l'estrazione a cielo aperto e la cava valuta le prestazioni secondo un unico parametro dominante: i metri perforati per ora di funzionamento nell'intero ciclo di turno, compresi il riposizionamento, la sostituzione delle aste e la manutenzione dell'attrezzatura di perforazione. Tutti gli altri aspetti — consumo di carburante, intervallo di manutenzione, efficienza della batteria di perforazione — vengono valutati in relazione a tale output primario.

Il perforatore di produzione Sandvik DL422i per fori lunghi registra fino al 10% in più di metri perforati per turno nella perforazione automatizzata di produzione, grazie al sistema stabilizzatore del drifter HF1560ST che elimina il rimbalzo della punta e al controllo automatico dei parametri che regola in tempo reale la pressione di percussione al variare della durezza della formazione lungo il banco. Per i lavori su banco di superficie con diametri compresi tra 140 e 178 mm, la forma d'onda di percussione a pistone lungo del RD1840C genera onde di sollecitazione meglio adattate alla lunghezza delle aste e alle dimensioni della punta rispetto alle onde di percussione più brevi e ad alta frequenza provenienti dai drifter progettati per applicazioni sotterranee.

La selezione del sistema filettato per il lavoro di superficie segue la durezza della formazione: R25/T38 per lavori leggeri in formazioni morbide, T45 per calcare e arenaria di media durezza, T51/GT60 per la produzione di granito e basalto duro. Un'incompatibilità del sistema filettato — ad esempio l'uso di aste leggere T38 su granito duro — provoca un'usura accelerata delle filettature che supera il vantaggio produttivo derivante dal minor peso della batteria di aste.

Perforazione nelle miniere sotterranee: tempo di ciclo e vincoli spaziali

Nel mining sotterraneo di sviluppo — realizzazione di fronti di avanzamento, tagli trasversali e pozzi di risalita — il ciclo di perforazione costituisce una fase di una sequenza che comprende anche il caricamento, lo scoppio, la ventilazione, lo spurgo (mucking) e la scalatura (scaling). La velocità del drifter è vincolata da tale ciclo, non ottimizzata in modo indipendente. Ciò che conta è l'affidabilità durante l’intero ciclo di turno e la capacità di riposizionarsi rapidamente tra un foro e l’altro senza danneggiare il modulo a percussione.

Il COP MD20 di Epiroc è stato progettato specificamente per questo schema operativo: la sua maggiore resistenza al martellamento a vuoto durante il riposizionamento—quando la percussione è attiva ma la punta non è ancora a contatto con la roccia—riduce i guasti da sollecitazione del corpo, che nelle generazioni precedenti si verificavano frequentemente durante le ripetute sequenze di avvio/fermo per il posizionamento. I jumbo per lo sviluppo sotterraneo effettuano tipicamente 6–8 ore di percussione effettiva per turno; il tempo rimanente è dedicato al riposizionamento, al caricamento e alla manutenzione. Un drifter che gestisce bene la fase di riposizionamento mantiene la propria durata utile in percussione anche con un elevato utilizzo del turno.

Perforazione per la costruzione di gallerie: precisione geometrica e progettazione della carica esplosiva

La costruzione di gallerie per strade, ferrovie e infrastrutture sotterranee introduce un vincolo che né l’estrazione superficiale né quella sotterranea di minerali enfatizzano con altrettanta forza: la precisione del disegno dei fori determina la geometria della detonazione, che a sua volta determina il profilo della galleria, il quale determina la quantità di sovrascavo che richiede riempimento in calcestruzzo o calcestruzzo proiettato. Un disegno di perforazione in cui i singoli fori deviano di 150 mm dalla posizione progettuale può aggiungere un volume misurabile di sovrascavo per ogni ciclo — e, considerati i costi della costruzione di gallerie, tale sovrascavo risulta particolarmente oneroso.

L'allineamento del telaio di alimentazione è fondamentale nel tunneling, poiché lo stesso jumbo esegue un intero schema di foratura della fronte, con 50–150 fori per ciclo, e qualsiasi errore sistematico nella posizione del braccio si accumula su tutti i fori. La tecnologia di misurazione durante la perforazione (MWD), disponibile sugli jumbo moderni di diversi produttori, registra in tempo reale la pressione di percussione, la pressione di alimentazione e la pressione di rotazione per ciascun foro, generando un registro che identifica i cambiamenti litologici e segnala i fori in cui le deviazioni dei parametri indicano un problema. La piattaforma iSure di Sandvik utilizza questi dati per la navigazione del tunnel PERFECT SHAPE, fornendo una rappresentazione grafica della fronte e la verifica del piano di foratura prima di ogni ciclo.

Confronto applicativo: parametri chiave di selezione in base al contesto

Sistemi di spurgo: dove l'estrazione superficiale e la perforazione di gallerie differiscono maggiormente

Lo spurgo del foro—rimozione dei detriti rocciosi e raffreddamento della punta—viene eseguito in modo diverso nei tre tipi di applicazione. Nell'estrazione superficiale si utilizzano aria compressa o nebbia d'aria-acqua; nell'estrazione sotterranea e nella perforazione di gallerie si ricorre comunemente allo spurgo con acqua a una pressione compresa tra 10 e 25 bar. La pressione di spurgo e la qualità dell'acqua influiscono sulla manutenzione del drifter più di quanto molti operatori non realizzino.

Il lavaggio con acqua durante il tunneling trasporta polvere finissima di roccia e talvolta un contenuto minerale elevato proveniente dalla formazione geologica. Quando la valvola di ritegno del circuito di lavaggio si guasta oppure le guarnizioni della scatola di lavaggio sono usurati, tale acqua migra all’indietro nel circuito di percussione, contaminando l’olio idraulico e degradando le guarnizioni di percussione molto più rapidamente rispetto all’usura abrasiva normale. Gli intervalli di ispezione delle guarnizioni nelle applicazioni in tunnel devono essere impostati a 350–400 ore di percussione, anziché alle 450–500 ore comuni nelle perforazioni superficiali a secco. HOVOO fornisce kit di guarnizioni per i modelli di drifter utilizzati in tutti e tre i tipi di applicazione — superficiale, sotterranea e in tunnel — con la scelta del materiale elastomerico guidata dalla temperatura di esercizio e dall’ambiente fluido. Riferimenti completi su hovooseal.com.