SELECCIÓN DE EQUIPOS MINEROS
Ing. A. Zegarra
SELECCIÓN DE EQUIPOS MINEROS La selección de equipos mineros es uno de los factores de mayor
importancia en el diseño y producción de minas.
Carguío y Transporte de Materiales
Definiciones básicas Producción: es el volumen o peso de material a ser
manejado en una operación especifica. Mineral (en unidades de peso) Estéril (en unidades de volumen)
Las unidades son generalmente por año
Tasa de producción: es la producción por unidad de
tiempo
Horas Turno o día
Productividad: es la producción real por unidad de
tiempo cuando todas las eficiencias y factores de gestión se han considerado (tons/hombre-turno)
Eficiencia: Es el porcentaje de la tasa de producción teórica que se alcanza con la maquina. Reducciones se deben a: Problemas con la maquina Personal Condiciones de trabajo
Se puede expresar como:
Tiempo medio de minutos a capacidad plena en una hora 60 minutos
Disponibilidad: % de horas hábiles que el equipo esta listo
para operar mecánicamente. Utilización: es la porción de tiempo disponible que la
maquina esta cumpliendo la labor para la cual fue diseñada
Capacidad: es el volumen de material que una maquina puede manejar en cualquier instante de tiempo Capacidad al ras: es el volumen de material en una unidad de carguío
o transporte sin material que sobresalga, a ras.
Capacidad con pila: máxima capacidad con el equipo lleno y con
formación de una pila. Esta depende del diseño del equipo para contener el material a que se desplace en sus bordes
Capacidad de diseño (rated capacity): es la capacidad en
términos de peso.
Importante determinar la densidad del material a cargar
Esponjamiento: el porcentaje de aumento en volumen
que ocurre cuando la roca es fragmentada y removida desde su posición inicial. Se puede expresar como porcentaje
Factor de llenado de la pala: es un ajuste al factor de llenado de la pala. Se debe a correcciones por: Angulo de reposo del material (variable y depende del tipo de material a manejar) Capacidad de formar una pila en la pala
Habilidad del operador a cargar la pala
Selección de equipos 1. 2. 3.
Elegir tipo de equipo Tamaño del equipo Numero de unidades para alcanzar un cierto objetivo
Sistemas de carguío Cargadoras: Scoop - Rendimiento sistema - Estimación costos de operación Sistemas de transporte Camiones: Dámper - Rendimiento sistema - Estimación costos de operación
RENDIMIENTO DE SCOOP
El rendimiento de un Scoop está afectado por numerosos factores, entre los que destacan por su importancia los siguientes: 1.- Clase de material 2.- Angulo de giro 3.- Habilidad del operador 4.- Condiciones de la labor 5.- Mantenimiento del equipo 6.-Tiempo de ciclo
Selección de un Scoop- Cargador
Para elegir un Scoop LHD - Cargador en necesario determinar el trabajo que esta va a realizar y el tiempo que se espera para que el trabajo este realizado, además es importante considerar los siguientes puntos: •Producción, entre más grande sea este, justifica una maquina mayor. •Espacio del área de trabajo donde laborará la máquina.
Calculo de rendimiento del LHD Datos de entrada: •Capacidad del balde, Cb: depende del equipo •Densidad in situ de la roca, d •Esponjamiento e (depende de la fragmentación y material)
•Factor de llenado del balde FLL •Tiempo de carga, T1 (min): equipo cargador •Tiempo viaje equipo cargado, T2 (min)
•Tiempo de descarga, T3 (min) •Tiempo de vuelta vacío T4 (min)
Rendimiento LHD Numero de ciclos por hora(60 min)
Nc
60 T1 T2 T3 T4
Ccuchara (ton)= Cb
x FLL x
= Ciclos/hora
d = capacidad de la cuchara/ciclo
1+ε
Rendimiento horario
Reff = Nc x Cb x FLL x d (1 + ε)
=Tonelada/hora
Rendimiento Scoop = Reff x Factor Operacional x Disponibilidad Mecánica
Obviamente tendremos que elegir un camión compatible con el sistema de carguío que estamos utilizando. Los camiones pueden ser convencionales, articulados o de bajo perfil. Los datos de dichos equipos pueden ser obtenidos por medio de la información de catálogos o directamente de operaciones o fabricantes. Teniendo estos antecedentes el ciclo del camión se puede calcular a partir de los siguientes datos:
Rendimiento Scoop- Camión Dumper Datos de entrada:
•Capacidad del balde, Cb •Capacidad del camion, Cc •Densidad in situ de la roca, d
•Esponjamiento,
ε
•Factor de llenado del balde FLL (0.8 – 0.85) •Distancia cargado-vacio, Camión, D (metros) •Velocidad cargado, Vc •Velocidad equipo vacio, Vv
•Tiempo de carga, T1 (min) •Tiempo viaje equipo cargado, T2 (min)
•Tiempo de descarga, T3 (min) •Tiempo de vuelta vacío T4, (min)
Rendimiento Scoop - camión
CLHD = cb x Fll x d = Capacidad del Scoop (1 + ε)
Nc = Ccamión CLHD
= Número de ciclos para llenar el camión
Tllenado = T1 + T2 + T3 + T4
El tiempo de carguío del LHD se calcula con el número de pases por carga del camión y el ciclo del cargador dado por el fabricante o distancia de desplazamiento. El ciclo total del transportador se estima aplicando tablas de velocidades máximas permisibles en subida, bajada y a nivel para chequear en forma mecanizada, las velocidades medias y corrigiendo aquellas superiores a las permisibles. El ciclo total incluye tiempos de espera en la descarga y en el carguío.
El ciclo del sistema permite calcular el número de camiones.
Con estos resultados se calcula las capacidades horarias de los equipos de acarreo y carguío y las horas de operación de los cargadores y transportadores para mover los tonelajes programados. El costo total de operación de la flota es la suma de los costos totales parciales del cargador y de los camiones los cuales se obtienen de sus costos horarios totales y de sus horas netas operadas.
TABLA 1
CARACTERÍSTICAS APROXIMADO MATERIALES Factor de esponjamiento
Libras. Por
yd3 Banco in situ
Material
% de Esponjamiento
Ej:1/1+0.4=0.72 = Fc Libras. Por Factor Carga
yd3esponjado
Arcilla, cama natural
2960
40
0.72
2130
Arcilla, grava, seca
2290
40
0.72
1940
2620
40
0.72
2220
Arcilla, cama natural, Anthrecite
2700
35
0.74
2000
Bituminoso
2160
35
0.74
1600
2620
25
0.80
2100
3380
25
0.80
2700
3180
12
0.89
2840
3790
12
0.89
3380
Yeso
4720
74
0.57
2700
Mineral de hierro, magnetita
5520
33
0.75
4680
Pirita
5120
33
0.75
4340
Hematita
4900
33
0.75
4150
Piedra caliza
4400
67
0.60
2620
Arena, seco, floja
2690
12
0.89
2400
3490
12
0.89
3120
Piedra arenisca
4300
54
0.65
2550
Roca de la trampa
4420
65
0.61
2590
Mojado
Tierra, marga, seca Mojado Grava, ¼ " - 2 ". Seco Mojado
Mojado, embalado
Tciclo= T1 + T2 + T3 + T4 Vv=velocidad balde lleno T2= L (m) Vv(m/s)
L=longitud trayecto
T1: carguío de la cuchara
T2: desplazamiento cargado T3: descarga T4: vuelta al punto inicial vacío.
Ejemplo de aplicación: determinación del Scoop En un Tajeo se tiene una pila de mineral roto acumulada que será evacuada al echadero por medio de un Scoop a un ritmo de producción de 2000 TPD Determinar el equipo de carguío a utilizar si la distancia media medida desde la pila al punto de vaciado es de 50 metros. Realice un análisis para distintas opciones de capacidad de equipos, y concluya sobre la mejor opción técnica-económica.
mineral hematita: ε = 33% Densidad = 2.8 ton/m3
Alimentación
Sección
echadero 70º a 80º Quiebre
Buzón
50 m
Con un Scoop de 3.80 m3 Según estándar el T1 de carguío = 1.5 min T2 de descarga = 0.5 min Distancia: 50 m Tiempo de Acarreo: Velocidad cargado -------------- 8 km/Hr ------------ 8,000 m/60min = 133.3 m/min Velocidad retorno --------------- 12 km/Hr -------- 12,000 m/60min = 200 m/min
Tiempo de ida = T3 = E/V -------- 50 m/ 133.3m/min = 0.375 min Tiempo de retorno = ---------------------- 50 m/ 200 m/min = 0.25 min Total = 0.625 min Ttotal = 1.5 + 0.5 + 0.625 = 2.625 min Rciclo/Hr = 60 min/Hora = 22.86 ciclos/Hr = Nc 2.625 min/ciclo
Cscoop = 3.80 m3
Reff = Nc x Cb x FLL x d = 22.86 ciclos/Hr x 3.80 m3 x 0.85 x 2.8 ton/m3 (1 + ε) 1 + 0.33
= 155.45 ton/Hr
Rendimiento del Scoop = 155.45 ton/Hr x FU x FO = 94.4 ton/Hr x 0.9 x 0.8 = 112 ton/Hr No consideramos la DM porque si se malogra se reemplaza con otro. Producción diaria = 2,000 ton/día = 115.7 ton/Hr hrs 17.28Hrs/día
24hr x 0.9 x 0.8 = 17.28
Luego tenemos: # de cargadores = 115.7 ton/Hr = 1.03 cargadores 112 ton/Hr La pala cubre la producción.
Método de Explotación Shirinkage
Tajeo relleno con mineral roto
Estocadas
Galería de transporte secundario
Punto de descarga a chimenea Chimenea de Traspaso
Descarga Buzón
Nivel de Transporte Principal con locomotora
Chimenea de Traspaso
Método Corte y Relleno
(la cual se encuentra fuera del Tajeo, en caja piso)
Relleno Hidráulico Estocada
Sector de descarga a chimenea o a camión
Chimenea de Traspaso Descarga Buzón
Galería de transporte secundario o principal Nivel de Transporte Principal
Chimenea de Traspaso
Accesos a Tajeos
Rampa
Conexión a rampa
Vista esquemática en Planta
Tajeos (Cut & Fill)
Futuro acceso Mineral
Chimenea de traspaso
Chimenea de ventilación
Sector del Tajeo en Operación
Rampa
Acceso al Tajeo
Relleno R/H Chimenea de ventilación Acceso relleno
Vista esquemática en Perfil
rellena
Accesos al Tajeo (Subniveles)
Mineral hundido
Chimenea de traspaso
Rampa Mineral a hundir
Vista esquemática en Perfil Sublevel Caving
En la explotación de Cámaras y pilares (Room & Pillar), el material es extraído por camiones vía rampa, o traspasado a chimeneas directamente por el equipo de carguío (pudiendo encontrarse dentro de la explotación o fuera de ella), o cargado a carros metaleros jalado por locomotoras eléctricas a trolley.
Límite de la
Manto a explotar
Explotación
Rampa
Transporte de Material
Chimeneas de traspaso Descarga directa (con camiones o equipos de carguío)
Ejemplo de aplicación: determinación de Scoop y la flota de camiones Si se tiene que producir 5,000 ton/día a la Planta ubicada a 1.5 km de distancia con un cargador de
5 m3
Cuantos camiones Dámper y de que tonelaje se necesita para cumplir. Considerar el trayecto plano, y el mismo mineral. Densidad : 2.8 ton/m3 SOLUCIÓN:
Ccuchara (ton)= Cb x FLL x d = capacidad de la cuchara/ciclo 1+ε
Cc = 5 m3 x 0.85 x 2.8 ton/ m3 = 12 ton/ciclo del cargador 1.33 Camiones DUMPER de 40 ton : 40 ton x UT x FLL x FO x DM = 40 ton x 0.80 x 0.85 x 0.83 x 0.90 =
20.3 ton = 1.7 pasadas= 2 pasadas 12 ton/ciclo
Tiempo de carguío del Scoop al Dámper= Según estándar el T1 de carguío = 1.0 min T2 desplazamiento = 0.5 min T3 de descarga = 0.5 min T4 de la vuelta = 0.5 min Ttotal = 2.0 min del Scoop
Tiempo de carguío = 2 min/pasada x 2pasadas = T1 = 4 min
Velocidad media: km/Hr Cargado -------- 0% grad. ---------- 18 km/Hr T2 = L = 1.5 km x 3600 seg/Hr = V 18 km/Hr T3 = descarga estándar de fábrica: Vacío ----------- 0% grad. ---------- 22 km/Hr T3 = 1.5 km x 3600 seg/Hr = 22 km/Hr
300seg
180 seg
245 seg 785 seg. x 1min/60seg= 13 min = Ttotal
Ttotal/ciclo = 13min + 4 min =17min/ciclo del camión
Tciclo/Hora = 60 min/Hr
= 3.53 ciclo/Hr
17min/ciclo
Reff
= 20.3 ton/ciclo x 3.53 ciclo/Hr = 71.7 ton/Hr por camión
Producción diaria = 5,000 ton/día = 348.67 ton/Hr 14.34 Hrs/día
las horas efectivas es: 24hr x 0.80 x 0.83 x 0.90
# camiones = 348.67 ton/Hr = 4.86 = 5 Camiones de 40 ton c/u + 1 en stan by 71.7 ton/Hr
TABLA CONVERSION DE UNIDADES PESO KILOGRAM TONELADA OS S
KILOGRAMOS
ONZAS
LIBRAS
1
0,001
35,3
2,2
1000
1
35.300
2.200
ONZAS
0,0283
0,0000283
1
0,0625
LIBRAS
0,454
0,000454
16
1
TONELADAS
VOLUMEN M3
LITRO
PIES3
1
1000
35,3
1,31
264
LITRO
0,0010
1
0,0353
0,00131
0,264
PIES3
0,0283
28,3
1
0,037
7,48
YARDAS3
0,765
765
27
1
202
GALONES
0,00379
3,79
0,134
0,00495
1
M3
YARDAS3 GALONES
Consideremos otro ejemplo:
Proyectado un tajeo con taladros largos de mineral con alto contenido de Ag con Zinc, se proyecta una producción de 1’270,000 de ton/año de mineral. Se requiere determinar el equipo de carguío y transporte de acuerdo al proyecto. La densidad del mineral: 2.70 ton/m3 Esponjamiento = 40% Un año = 365 días
-------------
1 día = 24 horas
Mineral = 1’270,000 ton/año = 3480 ton/día = 145 ton/hr de mineral 365 días/año 24 hrs/día
Después corregiremos las horas efectivas de trabajo/día en minería subterránea Primero consideremos un Scoop de 5 yd3
Balde (yd3) m3/yd3 Balde (m3) Densidad (ton/m3) Esponjamiento F. Llenado Cuchara (ton) UT FO DM
T ciclo (seg) N ciclos/hr Rend Ef. (ton/hr)
MINERAL
MINERAL
Scoop 5 0,7646 x 5 3.82
7 0,7646 x 7 5.35
2,70 40% (1/1 + 0.40 = 0.7143) 0,90 3.82 x 0.7143 x 2.7 x 0.90 6.63 0,85 0,83 0,90 4.21 ton/ciclo 120 3600/120=30 ciclos 30x 4.21 ton/ciclo 126
2.7 0.7143 0,90 9.29 0,85 0,83 0,90 5.9 ton/ciclo 120 3600/120=30 ciclos 30x 5.9 ton/ciclo 177
Con el rendimiento efectivo, se puede ver que los requerimientos de producción de mineral NO pueden verse satisfechos con un Scoop de 5 yd3 , CON UN Scoop de 7yd3= 177 Ton/hr Producción requerida = 145 ton/hr 145 ton/hr – 126 ton/hr = 19 ton/hr 145 ton/hr - 177 Ton/hr = - 32 ton/hr sí cumple con creces la producción.
Determinaremos el # de camiones para el Scoop. Para el transporte consideramos dámper de 30 toneladas: 600 m de rampa positiva y 900 m en plano hasta la chancadora
Tolva (ton)
F. Llenado UT FO DF
Dámper 30
Pasadas Pasadas Real
0,85 0,73 0,83 0,85 13.13 ton 1.41 2
T carguío (seg)
+240
Velocidad media (km/hr) Distancia 1: 600 m @ +10% Distancia 2: 900m @ 0% T transporte ida (seg)
18 22 267
T descarga (seg) estándar de fabrica
+180
Distancia 1: 900 m @ 0% Distancia 2: 600 m @ - 10% T transporte vuelta (seg)
28 22 217
T ciclo (seg) seg/hr N° ciclo/hr
904 3600 3.98
capacidad de tolva =
Rend Ef. (ton/hr)
52
Camión 40ton: Hallamos # de pasadas: Tolva= 13.13 ton/9.29 ton/pasada = = 1.41 pasadas = 2 pasadas
Tiempo de carguío : Scoop= 120 seg/pasad x 2pasad = = 240 seg Tiempo de todo el ciclo del camión:
T ciclo (hr) = 3600 seg/hr = 904seg/ciclo = 3.98 ciclos/hr Luego el Rendimiento. Ef. Del Dámper es: 13.13 ton/ciclo x 3.98 ciclo/hr = 52ton/hr
Hallamos los tiempos de recorrido de los camiones: Distancias: 1 ……600 m + 10% 18 km/hr (IDA) 2 …… 900 m 0% 22 km/hr b) D = 900 m
a) D= 600 m
10% V =18 km/hr
0% V =22 km/hr
IDA: T1 a) = D = 600 m x 1 km x 3600 seg = 120 seg V 18 km 1000 m 1 hr b) = 900 m x 1km x 3600 seg = 147 seg 22 km 1000m 1hr de ida cargado Ttotal = 267 seg VUELTA: T2
1 ……900 m 2 ……600 m
0% - 10%
a) = 900 m x 1km x 3600 seg = 28 km 1000m 1hr
28 km/hr 22 km/hr 119 seg
b) = 600 m x 1 km x 3600 seg = 98seg 22km 1000 m 1 hr vuelta vacío Ttotal = 217seg
Vuelta:
Calculando el # de Dámpers En minería subterránea se trabaja por sistemas o sea 1 operador por turno NOTA: 3480 ton/día es la producción requerida, si consideramos las horas reales en que trabajará el Scoop y los dámper tenemos: 24 hrs/día x 0.85 x 0.83 x 0.90 = 15.24 hr efectiva de trabajo , entonces Ton/hr = 3480ton/día = 228.35 ton/hr se requiere para cumplir en el día 15.24 hr/día Con el Scoop = 228.35 ton/hr = 4.39Dámpers 52 ton/hr/Dámper TOTAL CAMIONES EN MINERAL = 5 Dámpers En Tajo Abierto el relevo de operadores es en los equipos y la parada es mínima, considerándose las 24 horas por día.
