Un taladro de fondo , generalmente llamado DTH por la mayoría de los profesionales, es básicamente un martillo neumático atornillado en la parte inferior de una columna de perforación . La rápida acción del martillo rompe la roca dura en pequeños recortes y polvo que son evacuados por un fluido (aire, agua o lodo de perforación ). El martillo DTH es una de las formas más rápidas de perforar roca dura. Se cree que el sistema fue inventado independientemente por Stenuick Frères en Bélgica e Ingersoll Rand en los EE. UU. a mediados de la década de 1950.
DTH es la abreviatura de “down-the-hole” (hacia abajo del pozo). Dado que el método DTH se desarrolló originalmente para perforar pozos de gran diámetro hacia abajo en aplicaciones de perforación de superficie, su nombre se originó del hecho de que el mecanismo de percusión seguía a la broca hacia abajo en el pozo. Más tarde se encontraron aplicaciones para el método DTH en el subsuelo, donde la dirección de perforación generalmente es hacia arriba en lugar de hacia abajo.
En la perforación DTH , el mecanismo de percusión, comúnmente llamado martillo, se ubica directamente sobre la broca. Los tubos de perforación transmiten la fuerza de avance y la rotación necesarias al martillo y a la broca, junto con el fluido (aire, agua o lodo de perforación) utilizado para accionar el martillo y limpiar los detritos. Los tubos de perforación se agregan a la sarta de perforación sucesivamente detrás del martillo a medida que el pozo se hace más profundo.
El martillo es totalmente accionado por fluido. Está compuesto de dos partes móviles: una válvula, que controla el flujo y un pistón que golpea una superficie de impacto directamente vinculada a la broca. El cuerpo del martillo proporciona una guía recta y estable de la broca.
Existen tres tipos de martillos, dependiendo del fluido de actuación:
Se cree que la primera vez que se utilizó una herramienta neumática para perforar rocas fue en 1844. Muchas canteras utilizaban herramientas manuales que requerían que el perforador se suspendiera de una cuerda sobre el frente de la cantera para colocar el pozo de perforación en la posición requerida. Este sistema utilizaba pozos de diámetro pequeño y no solo era terriblemente ineficiente, sino también muy peligroso debido a que las rocas salían despedidas como resultado de la imprecisión del pozo perforado.
Algunas canteras utilizaban máquinas primitivas con martillos en cabeza que llevaban el martillo neumático sobre un mástil; la delgadez de las barras de perforación que funcionaban con una broca de diámetro relativamente grande hacía que los pozos se desviaran, lo que a veces significaba que un pozo podía terminar peligrosamente cerca de su vecino o incluso más cerca del frente de la cantera de lo que se había previsto. En cualquier caso, los pozos que no están correctamente alineados y luego se cargan con explosivos de alta potencia pueden ser extremadamente peligrosos, ya que provocan que la roca salga proyectada más allá del sitio previsto.
Las canteras más grandes utilizaban grandes máquinas rotativas que requerían una enorme cantidad de empuje hacia abajo y altas velocidades de rotación para impulsar la broca tricónica con la fuerza suficiente para triturar la roca. Este sistema no se podía utilizar con éxito para pozos de menos de 6 pulgadas (150 mm) y las máquinas eran muy caras de comprar y de operar. Otro sistema que se utilizaba era la primitiva máquina herramienta de cable (o bash and splash como la conocían los perforadores) que hacía que se levantara una barra pesada y un cincel y se dejara caer sobre la roca para triturarla mientras se introducía agua para crear una lechada, que en el proceso, permitía perforar el pozo. Este sistema no podía garantizar un tamaño de pozo terminado y solo se podían perforar pozos puramente verticales, ya que el sistema dependía básicamente de la gravedad. Los escombros del pozo se extraían utilizando un tubo de enfardado con una válvula de clack, que se dejaba caer periódicamente en un cabrestante para capturar la lechada, que luego se llevaba a la parte superior del pozo para ser descargada.
Fue sólo cuando apareció el sistema DTH que se superaron muchos de los problemas asociados con los otros sistemas: con el sistema DTH, la fuente de energía está constantemente detrás de la broca, los tubos de perforación (o columna de perforación) son rígidos y tienen un diámetro apenas menor que la broca, se pueden pasar grandes cantidades de aire a través de la columna de perforación para operar el martillo DTH que luego se utiliza para limpiar eficientemente el pozo de perforación. El DTH no requería fuertes empujes descendentes ni altas velocidades de rotación y, como tal, se podía emplear una máquina liviana y barata para llevar a cabo el proceso de perforación; la máquina también podía ser operada por un solo hombre, mientras que algunos otros sistemas requerían dos operarios. Los beneficios que el DTH trajo a la industria fueron enormes: por primera vez, se podía colocar un pozo de perforación donde se requería porque el DTH brindaba un pozo verdaderamente alineado, recto, colocado con precisión y limpio que se podía cargar fácilmente con explosivo para proporcionar un buen control sobre el proceso de voladura que era más seguro y que proporcionaba una buena fragmentación de la roca. Se pudieron perforar pozos a profundidades cada vez mayores sin perder rendimiento, ya que la fuente de energía siempre estaba directamente detrás de la broca. El sistema pudo perforar en casi todas las condiciones de roca que otros sistemas no podían hacer. Los frentes de la cantera se volvieron más seguros, bien perfilados y los pisos de la cantera estaban nivelados y era más fácil operar y mover el equipo de carga. Se pudieron lograr tasas de penetración mucho más altas utilizando martillos DTH, lo que redujo el costo de perforación por metro en diámetros de pozo más pequeños.
El sistema DTH revolucionó por completo la industria de los pozos de voladura y muchas canteras lo acogieron con los brazos abiertos. Con el tiempo, los sistemas DTH más grandes encontraron su camino hacia otras aplicaciones, como la perforación de pozos de agua y los trabajos de construcción.
Sigue ofreciendo los mismos beneficios al operador que inicialmente trajo a la industria de canteras, pero ahora se está utilizando en muchas aplicaciones diferentes, como exploración de oro, consolidación de suelos, perforación geotérmica, pozos de petróleo y gas poco profundos, perforación direccional y pilotaje. La llegada del carburo de tungsteno para las brocas de perforación (las primeras brocas eran completamente de acero) y el desarrollo de la broca de botón junto con la introducción de altas presiones de aire (25 bar o más) han significado que el sistema DTH puede competir fácil y eficientemente con otros sistemas de perforación. [5]
Se utilizaron herramientas DTH para localizar a los mineros atrapados en Chile y permitieron pasarles alimentos, agua y medicamentos y establecer sistemas de comunicación que finalmente condujeron a su rescate seguro.
Los productos DTH se pueden utilizar en las siguientes aplicaciones: