Fundamentos carguío y transporte minería cielo abierto Prof. Raúl Castro
Contenidos •
Antecedentes
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Descripciones de maquinas excavadoras excavadoras –
Palas Hidráulicas
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Palas Eléctricas
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Dragas
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Calculo de productividad
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Calculo de flota
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Saturar pala
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Método probabilístico probabilístico
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Simulaciones
Criterios de selección de equipos mineros
Operación minera a rajo abierto 1. Retiro de la capa superficial superficial (tierra) (tierra) utilizando utilizando tractores tractores 2. Retiro del subsuelo subsuelo utilizando utilizando pala hidraulicahidraulica-camión camión 3. Perforació Perforación n y tronadur tronadura a de esteril esteril (roca), (roca), este este se extrae extrae luego luego por por medio de palas a camiones que se dirigen al botadero 4. Dragas Dragas retiran retiran la ultima capa de desmont desmonte e (caso mineria mineria del del carbon) 5. El carbon carbon es es extraido extraido media mediante nte palas palas a camione camiones s (caso minería minería del del carbon que no requiere tronadura) 6. Reclamación Reclamación : tractores tractores y motos motos nivelan nivelan las las pilas pilas de esteril esteril.. Para completar el proceso de reclamación se plantan pastos, matorrales y arboles
Frente excavación rajo
Palas hidráulicas Es una maquina especialmente diseñada para excavación en superficie Utiliza motores diesel o eléctricos Capacidades 28- 46 yd3 Vida útil 7 años Costo aprox. $7.000.000
Veloc 2.3 km/h Marcas: Hitachi, Komatsu,Liebherr, TerexO&K
Palas hidráulicas
Palas hidráulicas- sala de maquinas Los motores hidraulicos accionan las trasmisiones de hacen rotar los piñones de giro engranados en la corona de giro. El ciclo de giro va de 25-45 s.
Fuerzas de excavación La pala hidraulica genera fuerzas de excavación a través del cilindro del brazo (rompimiento) y los cilindros de inclinación del balde (empuje) Un tercer componente de la fuerza de la excavación es la fuerza de la pluma La fuerza neta disminuye a la mitad del banco porque parte de la fuerza esta dirigida a soportar el peso del aditamiento.
Pala hidráulica-camión
Generalmente se usan 3 pasadas para cargar un camión
Pala eléctrica minera •
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Se conocen también como pala de cable para minería Utiliza motores eléctricos, reductores de engranaje, tambores y cables, chasis superior y aditamiento
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Marcas: P&H, Bucyrus
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Precio US$10.000.000 – MUS$ 12
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Vida útil 20 años o mas
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Velocidad 1.6 km/h
Pala eléctrica
Pala eléctrica-camión
3-5 pasadas por camión
Ciclo de trabajo •
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Fase de excavación: mover el balde en el banco llenándola para levantarlo y liberar el banco Fase de giro: comienza cuando el balde esta lleno hasta llegar a la posición del camión. Esta comprende acelerar suavemente-marcha de inercia y desaceleración (60% del tiempo) Fase de descarga de balde: comienza desde que el balde pasa sobre el extremo del camión y termina cuando el movimiento de giro para regresar al banco. Fase de retorno: incluye girar la estructura superior de regreso al banco y bajar el balde a la posición de excavación Fase de posicionamiento: involucra el uso de la función de propulsión para mover la maquina mas cerca del frente de trabajo para mejorar la posición de excavación.
Excavación- palas hidráulicas A: Posición de excavación B: balde a nivel de piso C: orientación del balde D: balde en ángulo de excavación E: balde se mueve hacia arriba por levante de la pluma F:balde se mueve hacia dentro G: Sube la pluma hasta la altura de carguío del camión
Características de palas hidráulicas y eléctricas
Excavación – palas electricas A: baja el balde B: se mueve el balde hacia delante usando el empuje (piñon) C: sube el balde y extiende el empuje D: Sube el balde sacándolo del banco hasta llegar a la altura de carguío del camión
Tiempo de ciclo •
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Típicamente el tiempo total es de 25-45 s por ciclo El tiempo en la fase de giro representa el mayor tiempo completo del ciclo. A menor arco de giro mayor es el rendimiento de la pala.
Dificultad de carga y factor de llenado
Facilidad de carga
Ejemplo
Factor de llenado
Excavación facil
Granulares
1.05-1.2
Excavación media
Tierra seca y barro, grava de barro, carbón
1.0-1.15
Excavación dificil
Materiales que requieren tronadura liviana: piedra caliza, gipsita, arcilla y grava cementada
0.9-1
Excavación muy dificil
Materiales que requieren tronadura pesada: taconita, granito, desmonte conglomerado
0.8-0.9
Calculo de productividad Peso material in-situ (1 m3): 1492 kg Factor de esponjamiento (1- ): 0,77 Peso material suelto: 1148 kg Tamaño balde: 13 m3 Excavación muy difícil: Factor de llenado: 0,85 Tiempo ciclo: 28 s Rendimiento teórico: (3600/28)x13x0.85x(1148/1000)= 1630 ton/h Disponibilidad = 0,83 Eficiencia carguío a camiones: 0,8 Rendimiento real pala = 1082 ton/h
Carguío a camiones
Sistemas mineros de manejo de materiales
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Un sistema de manejo de materiales en una mina esta conformado por carguío, transporte y vaciado En análisis de sistemas se ve una aproximación integrada de los procesos: –
El manejo de materiales se considera como un sistema formado de componentes que forman una entidad.
Optimización sistemas de carguío transporte Variables controlables: -Método de transporte
-Tipo de equipos
MinZ f ( xi, yj ) Z medida _ efectividad xi
var iables _ controlabl es
yi
var iables _ no _ controlabl es
-Ubicación de infraestructura (botaderos, silos, pilas, piques) -Dificultad de carga (fragmentación)
f operador Variables endógenas -Ubicación del yacimiento
- Leyes / mineralización -Tipo de mineral
Simulación de sistemas mineros •
Modelos matemáticos – – –
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Determinísticos: relaciones entre causa – efecto Estadísticos: se tiene una medida de la incerteza en los datos. Simulación: se simula el escenario para tener una idea de la realidad considerando alguna medida estadística.
En minería el carguío y transporte es un sistema complejo y por lo tanto se usa generalmente simulación ya que existe incerteza en las diversas componentes y como estas interactúan entre si. En simulación no se busca optimizar el sistema mas bien usar el computador como un laboratorio (what if?)
Modelo de ciclo TCT TPP TC TVC TPV TV TVV R TCT=tiempo ciclo unidad de transporte, min TPP= tiempo para posicionarse frente a la unidad de carguío, min TC= tiempo carguio, min TVC=tiempo viaje cargado, min TPV=tiempo posicionamiento en lugar de descarga, min TV= tiempo vaciado, min
TVV=tiempo viaje vacío, min R= retrasos, min
Tiempos de ciclo CUT= capacidad unidad de transporte, ton TC
TVC TVV
CUT
CUC= capacidad unidad de carguío, ton
*
CUC
TCC
DV V c arg ado DV V vacio
TCC=tiempo ciclo carguío
DV= distancia viaje Vi= velocidad en estado i
Pala- N camiones N
N
TCT
*
TPP TC t _ ciclo _ tpe t _ posicionarse t _ c arg a
*entero _ sup erior
*
Ejercicio •
Considere un sistema de carguío y transporte en minería a cielo abierto, con las siguientes características: –
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1. 2.
Capacidad equipo carguío (pala) Tiempo ciclo pala Tiempo posicionamiento carguío Tiempo posicionamiento descarga Tiempo vaciado Capacidad eq. Transporte (camión) Distancia viaje Velocidad equipo cargado Velocidad equipo vacio
= 57 yd3 = 0,5 min = 0,2 min = 0,2 min = 0,35 min = 290 ton = 5000 m = 36 km/hr = 45 km/hr
Calcule el numero de camiones requeridos para saturar a la pala Determine el tiempo medio de espera de camiones
Cálculo de flota de camiones n _ camiones
n _ camiones _ req disponibil idad
Usualmente este numero no es suficiente
Disponibilidad
horas _ effectivas horas _ mant & rep horas _ eff
Cálculo de flota de camiones Probabilidad que hay exactamente n camiones disponibles de una flota de N camiones:
Pn
N n
n
Pa P na
N n
N=flota
n= camiones disponibles Pa= probabilidad de n camiones disponibles Pna= probabilidad de N-n camiones no disponibles
Cálculo de flota de camiones Probabilidad que halla al menos n camiones disponibles de una flota de N camiones: N
P1,n x n
N x
Pa x P na N
x
N=flota n= camiones disponibles Pa= probabilidad de n camiones disponibles Pna= probabilidad de N-n camiones no disponibles
Criterios en la selección de palas •
Criterios técnicos –
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Fuerza de excavación Presión sobre el terreno Peso de la maquina Movilidad Requerimientos de alimentación Tiempo de armado de maquina Adaptabilidad a cambios tecnológicos Cable de alimentación eléctrica
Criterios en la selección de equipos •
Operación de la maquina –
Visibilidad del operador
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Controles en la fase de excavación
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Ergonomía
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Uso de la función de propulsión para maximizar el factor de llenado
Criterios en la selección de equipos •
Geología y caracterización de yacimiento –
Altura del banco
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Requisitos de perforación y tronadura
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Abrasividad del material
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Excavación selectiva
Criterios en la selección de palas •
Excavación y carguío – – – – – – – – –
Tiempo de ciclo Factores de llenado Alcance de excavación a nivel de piso Descarga de material Proximidad a la frente de trabajo Alcance Compatibilidad con el camión Carguío con camiones- holgura Dimensiones de trabajo (dimensiones de la frente)
Criterios de selección •
Productividad –
Disponibilidad
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Capacidad
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Confiabilidad
Criterios de selección •
Mantención –
Facilidad de mantención
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Abastecimiento de combustible
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Recambio planeado de componentes
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Programa de mantención preventiva
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Indicadores de confiabilidad
Criterios de selección •
Impacto al medio ambiente –
Limpieza
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Desecho de fluidos
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Emisiones de gases causantes del efecto invernadero Derrames
Criterios a considerar •
Económicos –
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Costo de capital/ disponibilidad de capital Costo por unidad cargada Costo del combustible Costo de seguros Vida útil de las maquinas Duración y riesgo del proyecto Traslado Valor de reventa Infraestructura de apoyo Conocimientos de tecnología
Calcule el costo de capital • •
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Precio fob: MUS$ 6.0 Embarque, contrapeso, instalación (10% precio fob) Costo de inversión Depreciación a 20 años (lineal) Seguros, impuestos (20% /año) –
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(20+1)/(2x20)x 6.000.000 x 0.2 (US$/año)
Calcule costo por tonelada Calcule costo por hora de operación
Costos de operación •
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Mano de obra Energía Insumos operacionales Mano de obra mantención mecánica Componentes mecánicas Mano de obra mantención eléctrica Componentes eléctricas
