CARGUIO Y TRANSPORTE MANEJO DE MINERALES La etapa de carguío y transporte corresponde a la extracción y desplazamiento del material previamente fragmentado de la frente de trabajo. Este material puede ser: Mineral que será tratado en la planta. Mineral de baja ley que será depositado en stock para su posterior tratamiento.
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Lastre que se está removiendo para acceder al mineral (durante desarrollos, por ejemplo). En algunos casos, el material es directamente el producto comercial (carbón, fosfatos, minerales industriales).
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El carguío y transporte queda definido por el requerimiento de producción, dado por el plan minero (ton/año). Distintas combinaciones de equipos y secuencias de operación pueden satisfacer el requerimiento de producción. Los principales factores en la definición de los equipos para realizar esta labor son: • •
Capacidad de los equipos Tiempo requerido para completar un ciclo de operación
PROPIEDADES DE LOS MINERALES Existen una serie de propiedades físicas que son relevantes para el manejo de materiales: Abrasión Adhesión Cohesión Ángulo de reposo Compresibilidad Densidad del material Densidad de las partículas Friabilidad Contenido de humedad Higroscopicidad Tamaño de fragmentos Forma de fragmentos Razón de esponjamiento
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CONCEPTOS PREVIOS TRACCION HORIZONTAL Es la fuerza de empuje que se opone a los esfuerzos resistentes debido al movimiento en función a una velocidad.
Los Esfuerzos Resistentes •
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Los esfuerzos resistentes son una composición de esfuerzos para un tren (locomotora + material remolcado) producida a una velocidad constante. Esta composición se da de la siguiente manera: La suma de resistencias de cualquier naturaleza que, en línea recta y horizontal, se oponen al movimiento del tren (resistencia normal al movimiento). La resistencia ocasional debido a curvas y la gradiente.
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Los esfuerzos de inercia de las grandes masas (en los arranques y aceleraciones). ESFUERZO RESISTENTE
rN = Resistencia normal especifica [Kg/Ton]. p = Peso por eje del vehículo [Ton]. P = Peso total del vehículo [Ton]. A = Área de la sección frontal del vehículo [m2]. V = Velocidad [km/h].
RESISTENCIA POR GRADIENTE En la figura están representados los componentes de las fuerzas que se tomaran en consideración para cálculo de la resistencia por gradiente, los que estarán en función de la gravedad. Rg = G. sen ! Rg = Resistencia total en gradiente debida al peso. = ! =
Angulo que el camino hace con el plano horizontal.
G = Peso del tren. •
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Una vez realizada la voladura es necesario que el material resultante de la misma debe ser limpiado y trasladado a algún lugar para continuar con el desarrollo de la labor minera. Existen dos posibilidades de limpiar la carga: o En forma manual o En forma mecanizada
Para realizar este trabajo son necesarias dos personas, un maestro y un ayudante. LIMPIEZA Y TRANSPORTE
MANUAL
Para la limpieza manual del material disparado se requieren las siguientes herramientas: Pala. Picota. Combo 8 lb. Carro Minero Z20 o U35. Carretilla. Barretas.
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Los esfuerzos de inercia de las grandes masas (en los arranques y aceleraciones). ESFUERZO RESISTENTE
rN = Resistencia normal especifica [Kg/Ton]. p = Peso por eje del vehículo [Ton]. P = Peso total del vehículo [Ton]. A = Área de la sección frontal del vehículo [m2]. V = Velocidad [km/h].
RESISTENCIA POR GRADIENTE En la figura están representados los componentes de las fuerzas que se tomaran en consideración para cálculo de la resistencia por gradiente, los que estarán en función de la gravedad. Rg = G. sen ! Rg = Resistencia total en gradiente debida al peso. = ! =
Angulo que el camino hace con el plano horizontal.
G = Peso del tren. •
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Una vez realizada la voladura es necesario que el material resultante de la misma debe ser limpiado y trasladado a algún lugar para continuar con el desarrollo de la labor minera. Existen dos posibilidades de limpiar la carga: o En forma manual o En forma mecanizada
Para realizar este trabajo son necesarias dos personas, un maestro y un ayudante. LIMPIEZA Y TRANSPORTE
MANUAL
Para la limpieza manual del material disparado se requieren las siguientes herramientas: Pala. Picota. Combo 8 lb. Carro Minero Z20 o U35. Carretilla. Barretas.
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Encarrilador.
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PREPARACION DEL LUGAR DE TRABAJO • • •
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Conectar la manguera de "” al sistema de distribución de agua. Abrir la válvula y proceder al lavado del techo y paredes del frente de trabajo. Revisar si hay tiros quedados o fallados. En caso de existir, proceder a su eliminación. Para ello lavar completamente los taladros quedados o fallados, recargarlos y volar nuevamente. Una vez eliminado el peligro de los tiros fallados o quedados, se lava nuevamente el frente y se procede a humedecer la carga para evitar que se genere polvo, una vez iniciada la limpieza. Proceder a la cámara de Producción y zona de trabajo.
PROCESO DE TRANSPORTE •
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En el caso de la carretilla uno de los operarios traslada el material hasta un paso de caja (waste pass), en caso de ser caja, o a un paso de mineral (ore pass), en caso de ser mineral. En caso de tener a disposición dos carretillas, el otro operario continuará con el carguío de la nueva carretilla y así sucesivamente hasta concluir de limpiar toda la carga del disparo. En caso de tener carros metaleros a disposición, ambos operarios llenan el carro. Una vez lleno el carro ambos operarios empujan el carro hasta el paso de mineral, si es mineral, o hasta el paso de caja, si es caja. Nuevamente se lleva el carro hasta el frente de trabajo y se inicia nuevamente el ciclo hasta concluir la carga del disparo. En caso de que se tenga que sacar hasta superficie, la caja será depositada en el desmonte y el mineral en la parrilla del ingenio.
LIMPIEZA Y TRANSPORTE MECANIZADO Para la limpieza y transporte mecanizado se requiere el siguiente equipo y herramientas: • • • • • • • •
Locomotora a batería de 1-1/2 t. (Fig. 1) Seis carros mineros V-30 o U-35 (Fig. 2) Una pala Eimco 12B o similar (Fig. 3) Un encarrilador (Fig. 4) Llave crescent de 12” Dos piezas rieles de 4’ o dos piezas canales de 7.5’ Dos barretas Cuatro durmientes de fierro o madera
Locomotoras a Batería
Diferentes Tipos De Carros Mineros
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PREPARACION DEL LUGAR DE TRABAJO • • •
Conectar la manguera de "” al sistema de distribución de agua. Abrir la válvula y proceder al lavado del techo y paredes del frente de trabajo Revisar si hay tiros quedados o fallados. En caso de existir, proceder a su eliminación.
Para ello lavar completamente los taladros quedados o fallados, recargarlos y volar nuevamente. •
Una vez eliminado el peligro de los tiros fallados o quedados, lavar nuevamente el frente y proceder a humedecer la carga para evitar generar polvo en el proceso de limpieza del material disparado.
PREPARACION DEL EQUIPO DE LIMPIEZA Para tener el equipo en condiciones de iniciar el trabajo de limpieza, se deben seguir los siguientes pasos: •
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Verificar si la pala neumática está limpia, con su plataforma y la barra de protección. Caso contrario dar parte de inmediato al supervisor y no operar la pala. Verificar los niveles de aceite de los motores de la pala. Limpiar el filtro. Revisar el estado de los cables y regularlos en caso necesario. Verificar que los seguros de los mandos estén en buen estado. Conectar la manguera de 1” al sistema de distribución de aire comprimido. Abrir la válvula, hacer soplar y estar seguro que no hay partículas sólidas que puedan entrar a la pala. Cerrar la válvula y acoplar la manguera a la pala.
CAMBIO Y CARGUIO DE CARROS MINERO •
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Una vez lleno el carro 1, el operador pisa la palanca de desacople con su pie derecho y el ayudante acopla el carro a la locomotora. El operador sube a la locomotora y traslada el carro 1 hasta pasar el desvío hacia un desquinche de unos 3 m de largo, donde se encuentra un carro metalero 2 vacío. El ayudante empuja el carro vacío 2 hasta acoplar al convoy, delante del carro cargado 1. (fig. 5 ) El operador mueve la locomotora con los dos carros hacia delante, entra al desquinche y deja el carro vacío 3 y se va al tope para proceder al carguío del carro 2 De esta manera se continúa hasta llenar todos los carros del convoy y luego el operador y su ayudante trasladan el convoy hasta un paso de mineral (ore pass), si el material que se traslada es mineral, o hasta un paso de caja (waste pass), el material es caja o hasta la parrilla del ingenio. Estos desvíos, para el cambio de carros, no deben estar situados a más de 50 m del frente de trabajo. Posteriormente estos desquinches pueden ser utilizados para refugios o para acopio de materiales.
HERRAMIENTAS A continuación podemos apreciar algunas herramientas que se deben tener y usar en el trabajo con rieles
Accesorios De Vía
LOCOMOTORAS Y CARROS MINEROS PARA TRANSPORTE EN MINERÍA SUBTERRÁNEA Esto está basado en un Curso de entrenamiento y capacitación para OPERADORES Y TRABAJADORES de mina donde veremos la mejor forma de combinar la eficiencia, rendimiento y control de accidentes, sin afectar el CAPITAL HUMANO. Para eliminar o prevenir los accidentes, debemos disponer solamente de dos criterios: • •
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Capacitar al Personal; Elevar el grado de identificación con la Industria Minera.
Capacitar al Personal Significa, aprender la parte teórica del funcionamiento de las Locomotoras, sus ventajas, desventajas, elementos peligros, sus estándares, procedimientos y prácticas. No sólo basta con tener la práctica; es importante saber la teoría y estos cursos efectivamente son para ese aspecto. Elevar el grado de identificación con la Industria Minera.
En este aspecto, no basta con identificarse con la empresa en la que uno viene trabajando; sino la IDENTIFICACIÓN ES CON LA INDUSTRIA MINERA, de tal modo que en todo momento y en todo lugar, trabajemos con entusiasmo, dedicación y mucho criterio; respetándonos y respetando a los demás; poniendo en todo momento elevar nuestra Auto-Estima. Las Locomotoras eléctricas de mina Las Locomotoras eléctricas de mina son equipos fundamentales en el proceso de extracción de minerales, realizando múltiplos funciones, tales como: Transportes personal, de maquinarias y equipos, de materiales y principalmente el transporte de mineral.
Dada la importancia de sus acciones dentro de la mina es necesario que los “mecánicos- electricistas” y “motoristas” coordinen estrechamente, es decir, que reparadores y operadores debemos estar convencidos que se puede lograr eficiencia, productividad y seguridad, con estos equipos, a base de un mantenimiento oportuno y de una operación adecuada. Corriente Continua para Locomotoras
El desplazamiento de las locomotoras, es por medio de dos motores de Corriente Continua (CC), que hacen girar las ruedas metálicas, para que formen la tracción en las líneas de riel. También existen Locomotoras a Batería, que funcionan con una fuente de corriente electro-química, que acumula, mantiene y suministra energía. LA LOCOMOTORA Las locomotoras eléctricas son maquinas que arrastran carros de un tren (carros mineros) y son impulsados por medio de motores que funcionan con C. C., constituidos por equipos y accesorios eléctricos y mecánicos. •
LOCOMOTORA CERRADA (Foto superior) LOCOMOTORA SEMIABIERTA
LOCOMOTORA ABIERTA
DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS DE UNA LOCOMOTORA Dos Motores de corriente continua; Un Controlador de marcha hacia delante y hacia atrás; Dos Faros y un Interruptor; Una Bocina (Corneta); Un Contacto Móvil; Resistencia
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El Contacto Móvil El Contacto Móvil, es el dispositivo que los operadores de Locomotoras/ Motoristas, debemos tener muy en cuenta; es considerado el más importante o de mayor cuidado para evitar los accidentes con locomotoras. También debe tenerse en cuenta dispositivos que excedan las dimensiones normales de la locomotora; así por ejemplo los dispositivos de enganche, que también son móviles. OPERACION DE LOCOMOTORAS DE MINA MOTORISTA: Es la persona autorizada para el manejo de las locomotoras de mina. Posee una Identificación especial. El motorista es el responsable de las maniobras del convoy, además, es quien debe reportar al personal de mantenimiento Eléctrico – mecánico toda falla que sabe del equipo. OPERACION DE LOCOMOTORAS DE MINA Dentro De Las Operaciones De Locomotoras Tenemos: •
Preparación antes de la Operación: Colocar la manilla de control en OFF o Levantar el palo para conectar la rondana a la línea trolley o o Poner en circuito con los “Interruptores del control” o Soltar la manilla de frenos
USO DE CONTROLES DE LA LOCOMOTORA El controlador de mano puede colocarse en distintas posiciones así la locomotora General Electric tiene 6 posiciones a cada lado del OFF; dichas posiciones son: 0, 1, 2, 3, 4 y 5. MANEJO CORRECTO DE UNA LOCOMOTORA •
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Dirigir la manivela de control avanzando adelante o atrás en forma progresiva escalón por escalón o punto por punto. Un escalonamiento brusco causa pérdida potencia. Cuando las ruedas resbalan, hacer regresar la manivela a los primeros escalones. Si continúa resbalando, echar arena a la línea de riel, si persiste es porque está sobrecargada, por lo que debe reducirse el número de carros. Operar la locomotora en la posición 5, excepto durante el proceso de aceleración. Siempre cortar la energía eléctrica antes de aplicar los frenos, es decir, debemos regresar paulatinamente la manivela de control a OFF. No cambiar el sentido de marcha mientras se encuentra en movimiento No sobrecargar las locomotoras tratando de jalar muchos carros cargados. Jamás cambie la dirección del palo de trolley mientras la locomotora se encuentra en movimiento.
PRECAUCIONES DESPUÉS DE LA OPERACIÓN: • • • •
Volver a la posición OFF (PARE) la manivela los interruptores. Retirar la roldana de la línea de trolley Fijar los frenos Reportar cualquier indicación de falla o avería.
MANIOBRAS INCORRECTAS Las malas operaciones, destacadas en la siguiente relación, causan fallas eléctricas: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Arranques bruscos; Inversión intempestiva de marcha; Paradas con marcha invertida; Sobrecargas; Cambios violentos de marcha; Cambios lentos de marcha; Tiempos largos en “punto neutro”; Conducir por galería inundadas; y Eliminar sistemas de protección “amarrar” o “puentear”
Consecuencias del uso incorrecto de la pértiga o palo de trolley 1. Rotura del cable o línea de Trolley 2. Desgaste de la Roldana y de la línea. (Producción de chispas, que dañan la vista del Motorista) 3. Rotura del palo o pértiga. (En esta situación estará más latente que se produzca un accidente). ¿CÓMO SE GENERA UNA ACCIDENTE? •
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Una forma general de ocurrencia de accidentes es por llevar el palo de Trolley en el mismo sentido de la dirección de avance de la locomotor Otra forma de accidentarse, es girando el palo de trolley en pleno movimiento de la locomotora También se generan accidentes, al querer reemplazar la pértiga con una extensión y conectar directamente al circuito eléctrico. De hacer esta maniobra, debe realizarse; pero, a través de una pértiga auxiliar y sólo en puntos pre-definidos. ¿CÓMO SE EVITA UN ACCIDENTE?
Con la posición correcta de la pértiga o palo; la misma que debe siempre avanzar en sentido contrario al movimiento de la locomotora. SEÑALES Las señales se dan con el silbato/ pito o con la luz que otra persona debe interpretar y entender en armonía
WINCHE DE IZAJE En un yacimiento minero donde el acceso a la mina no es posible por socavones de cortada o túneles; cuando se quiere profundizar una mina en plena operación o se quiere extraer mineral o desmonte; cuando se quiere introducir materiales, maquinarias y el mismo personal; y no se tiene socavones principales, se recurre a la utilización de infraestructura y maquinaria de izaje. La variedad de maquinarias de izaje, potencia del motor y necesidad de las operaciones, hacen la selección y elección del tamaño de los sistemas de izaje. Esta elección, facilita que una gran, mediana y pequeña minería y minería artesanal decidan por las soluciones de los problemas de transporte vertical. Lo importante es que, se evita el sobreesfuerzo humano, al utilizar estas maquinarias; que permiten mejorar la productividad y la velocidad de extracción vertical o inclinada. El Winche de izaje, es una maquinaria utilizada para levantar, bajar, empujar o tirar la carga; el Winche de izaje, es utilizado también para bajar e izar personal del interior de la mina; siempre que cumpla con exigencias mínimas de seguridad. En otras palabras el sistema de izaje a través de los Piques de una mina, tiene semejanza a los ascensores de los edificios; en las minas importantes del Mundo, se utiliza el Winche como maquinaria principal de transporte vertical (para el arrastre de mineral, se utilizan los winches de rastrillaje). Equipos similares de izaje son los elevadores eléctricos de aire o hidráulicos, grúas móviles, puentesgrúa y teclees. Componentes del Sistema de Izaje Los Componentes del Winche; cómo mencionamos, dependiendo de las dimensiones y necesidades, un Winche tiene los siguientes componentes:
Tambor (uno o dos); Motor; Sistema de seguridad: a. Lilly control, frenos, etc.; Palancas de control; Cables; Jaula, baldes o skips; Poleas; Estructura de desplazamiento o castillo
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Tipos de Winche de Izaje: • •
Winches de tambores; Winches de fricción; Los Pequeños Productores Mineros y Mineros Artesanales, utilizan winches de izaje de tambores, por ser maquinarias que se adaptan a su infraestructura y requerimientos de izaje. Sistemas y Normas de seguridad de los Winches de Izaje: La construcción, operación y mantenimiento de todos los equipos y accesorios deben estar de acuerdo a las normas técnicas establecidas por los fabricantes. Cada equipo de izaje y accesorios debe tener claramente indicado la capacidad máxima y una tabla de ángulos de izaje; la misma que debe ser pegada en un lugar adecuado y fácilmente visible para el operador.
La inspección de equipos, componentes y accesorios, es esencial para asegurar que el sistema de izaje se encuentre en buenas condiciones de operación y funcionamiento. Los titulares serán responsables del mantenimiento, así como de las inspecciones periódicas a la que deben estar sujetos los sistemas de izaje. •
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Las inspecciones al sistema de izaje, deben ser realizadas por personal competente, a fin de mantenerlos en condiciones seguras de trabajo; y mostrar en lugar visible, la constancia de dichas inspecciones. El supervisor responsable del área de trabajo, es quien autoriza el uso del equipo de izaje sólo al personal calificado y certificado por terceros. La capacitación, entrenamiento y certificación al personal, únicamente lo debe hacer una empresa de servicios de entrenamiento y capacitación, calificada y certificada, en armonía con el Reglamento de Seguridad e Higiene Minera.
Tambor (una o dos): Son cilindros metálicos donde se enrolla el cable. Podríamos hablar del enrollado activo que es el cable que verdaderamente trabaja y el enrollado de reserva para los cortes reglamentarios que dispone la ley de seguridad y para reducir el esfuerzo ejercido por el cable, a la unión con el tambor.
Motor: Es el propulsor de la acción mecánica, es el que realiza el trabajo de izaje. Las características del motor se eligen de acuerdo al requerimiento y la capacidad de la carga que se quiere izar y a las dimensiones y modelo del pique. Sistemas Preventivos de Control: Lilly Control, frenos, etc.: Es el dispositivo encargado de regular la velocidad, este actúa en caso de una súbita aceleración o desaceleración de la velocidad, ocasionado por una posible falla mecánica, el Lilly control, acciona el dispositivo de emergencia del sistema de izaje. Cables de Izaje
Dependiendo del tipo de izaje en los winches; ya sea por fricción o enrollamiento; los cables de izaje pueden ser fabricados de aluminio o de alambre de acero; los mismos que, son colocados ordenadamente para desempeñar el trabajo de izar los skip o las jaulas. Para formar cables, se arrolla un gran número de hilos de aluminio o acero de alta resistencia (entre 130 y 180 kg/mm2). Estos hilos se disponen en cordones y torones, según sea el caso. Componentes del Sistema de Izaje TIPOS DE CABLES: De acuerdo a su torcido pueden ser : • •
Regular; Tipo Lang.
Regular: Los alambres del torón, están torcidos en dirección opuesta a la dirección de los torones del cable.
ESTRUCTURA DE LOS CABLES Los cables se componen de: a. Núcleo o alma; b. Torones. Núcleo o alma: El alma del cable sirve como soporte a los torones que están enrollados a su alrededor. El alma se fabrica de diversos materiales, dependiendo del trabajo al cual se va a destinar el cable, siendo lo más usual el de alambre de acero o el alma de torón que está formado, como su nombre lo indica, por un torón igual a los demás que componen el cable; hay alma de fibra que puede ser de fibras vegetales o fibras sintéticas. El alma de acero se utiliza para zonas donde el cable está sujeto a severos aplastamientos o cuando el cable trabaja en lugares donde existen temperaturas muy elevadas que ocasionen que el alma de fibra se dañe con el calor. También este tipo de alma proporciona una resistencia adicional a la ruptura, de aproximadamente un 10%, dependiendo de la construcción del cable. Torones o Cordones: Un cable está formado por un conjunto de torones o enrollados. Cada torón, está formado por un conjunto de hilos. La mayoría de hilos utilizados en la construcción de cables son redondos y de diámetro comprendido corrientemente entre 2 y 3 mm. El alma de acero se utiliza para zonas donde el cable está sujeto a severos aplastamientos o cuando el cable trabaja en lugares donde existen temperaturas muy elevadas que ocasionen que el alma de
fibra se dañe con el calor. También este tipo de alma proporciona una resistencia adicional a la ruptura, de aproximadamente un 10%, dependiendo de la construcción del cable.
Jaula, baldes o skips Es uno de los componentes esenciales del sistema de izaje; las jaulas, baldes y skips, cumplen la función de transportar en su interior al personal y/o mineral según los requerimientos de producción, respetando las condiciones establecidas en el reglamento de seguridad minera. Polea: Es una rueda acanalada que gira alrededor de un eje central por el que pasa el cable en un extremo se encuentra la jaula o skip (resistencia) y en otro el winche o tambor (potencia).
Polea de izaje minera de 72” Las poleas se pueden construir de 3 formas : • • •
Por fundición; Por acero moldeado; Por construcción soldada.
Las poleas soldadas son menos pesadas y las más resistentes y son las más empleadas en la construcción de piques. La polea de izaje debe ser hecha y mantenida para acomodar adecuadamente el cable. El diámetro de la polea está establecido por reglas de seguridad para piques
Castillo o Estructura de Desplazamiento Es la cúspide de la estructura del pique donde se encuentra la polea que dirige el movimiento del cable. Es una estructura vertical que se levanta por encima del collar del pique. De la cúspide de la torre o del castillo baja una estructura inclinada que sirve de sostén a toda la torre y contrarresta la tensión de los cables. Componentes del Sistema de Izaje La torre vertical y la estructura inclinada son las partes fundamentales del castillo y soportan en su cima la caseta de las poleas. La estructura del castillo puede ser de madera o de acero y se debe construir respetando los reglamentos de seguridad. Hay una escalera de servicio que sube a lo largo del pique. Junto al pique hay una tolva donde se descarga el mineral para luego transportarse a la planta concentradora. MANEJO DE MINERALES La etapa de carguío y transporte corresponde a la extracción y desplazamiento del material previamente fragmentado de la frente de trabajo. Este material puede ser: • • • •
Mineral que será tratado en la planta. Mineral de baja ley que será depositado en stock para su posterior tratamiento. !
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Lastre que se está removiendo para acceder al mineral (durante desarrollos, por ejemplo). En algunos casos, el material es directamente el producto comercial (carbón, fosfatos, minerales industriales). !
El carguío y transporte queda definido por el requerimiento de producción, dado por el plan minero (ton/año). Distintas combinaciones de equipos y secuencias de operación pueden satisfacer el requerimiento de producción. Los principales factores en la definición de los equipos para realizar esta labor son: • •
Capacidad de los equipos Tiempo requerido para completar un ciclo de operación
PROPIEDADES DE LOS MINERALES Existen una serie de propiedades físicas que son relevantes para el manejo de materiales: •
Abrasión
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Adhesión
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Cohesión
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Ángulo de reposo
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Compresibilidad
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Densidad del material
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Densidad de las partículas
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Friabilidad
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Contenido de humedad
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Higroscopicidad
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Tamaño de fragmentos
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Forma de fragmentos
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Razón de esponjamiento
DEFINICIONES El objetivo del proceso de selección de equipos para manejo de materiales es bastante sencillo: se trata de seleccionar un equipo o una combinación de equipos que sea capaz de mover un volumen específico de material sobre una distancia conocida en un determinado periodo de tiempo. •
Producción: Volumen o peso total de material que debe manejarse en una operación especifica. Puede referirse tanto al mineral con valor económico que se extrae, como al estéril que debe ser removido para acceder al primero. A menudo, la producción de mineral se define en unidades de peso, mientras que el movimiento de estéril se expresa en volumen.
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Tasa de producción: Corresponde al volumen o peso de producción teórico por unidad de tiempo de un equipo determinado. Generalmente se expresa en términos de producción por hora, pero puede también utilizarse la tasa por turno o día.
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Productividad: La producción real por unidad de tiempo, cuando todas las consideraciones de eficiencia y administración han sido consideradas. También puede llamarse tasa neta de producción, o tasa de producción por unidad de trabajo y tiempo (por ejemplo, toneladas/hombre turno).
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Eficiencia: El porcentaje de la tasa de producción estimada que es efectivamente utilizado por el equipo. Reducciones en la tasa de producción pueden deberse al equipo mismo, o condiciones del personal o del trabajo. El factor de eficiencia puede expresarse como el número de minutos promedio que se trabajan a producción máxima en una hora dividido por 60 minutos.
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Disponibilidad: La porción del tiempo de operación programado que un equipo está mecánicamente preparado para trabajar.
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Utilización: La porción del tiempo disponible que el equipo realmente está trabajando.
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Factor de esponjamiento: El incremento fraccional del volume n del material que ocurre cuando está fragmentado y ha sido sacado de su estado natural (volumen in situ) y
depositado en un sitio no confinado (volumen no confinado). Puede expresarse como una fracción decimal o como un porcentaje •
Capacidad: Se refiere al volumen de material que una unidad de carguío o transporte puede contener en un momento dado (por ejemplo, el volumen del balde de una pala o de la tolva de un camión). La capacidad se puede expresar de dos maneras: Capacidad rasa: El volumen de material en una unidad de carguío o transporte o cuando es llenado hasta el tope, pero sin material sobre los lados o llevado en algún accesorio externo del balde. Capacidad colmada: Máximo volumen de material que una unidad de carguío o o transporte puede manejar cuando el material es acumulado sobre los lados del contenedor. Mientras que la capacidad rasa es una constante para un equipo dado, la capacidad colmada depende del material transportado y de sus propiedades (tamaño de granos, ángulo de reposo, etc.).
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Capacidad nominal (fabrica): capacidad de un determinado equipo, en términos del peso máximo que puede manejar. La mayoría de los equipos están diseñados para movilizar un determinado peso, en lugar de un volumen máximo. Por lo tanto, el volumen de material manejado dependerá de la densidad del material, y variará con la densidad para un mismo equipo, mientras que el peso máximo es constante y es una función de la resistencia de los componentes del equipo. !
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Factor de llenado de balde: Ajuste de capacidad de llenado del balde de equipo de carguío. Se expresa generalmente como una fracción decimal y corrige la capacidad del balde al volumen que realmente mueve, depende de las características del material y su ángulo de reposo, y habilidad del operador del equipo para efectuar la maniobra de llenado del balde.
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Ciclo: Al igual como la explotación de minas se describe generalmente como un ciclo de operaciones unitarias, cada operación tiene también una naturaleza cíclica. Las operaciones unitarias de carguío y transporte pueden dividirse en 1 secuencia ordenada suboperaciones. Por ejemplo, los componentes más comunes de un ciclo de carguío con unidad discreta son: cargar, transportar, vaciar y retorno. En la selección de equipos o planificación de la producción, la duración de cada componente es de primordial importancia. La suma de los tiempos considerados para completar un ciclo corresponde al tiempo del ciclo.
PROCESO DE SELECCIÓN DE EQUIPOS
Los pasos básicos de selección de equipos de carguío y transporte son los siguientes:
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Determinar la producción requerida.
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Determinar alcance o recorridos de transporte.
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Calcular el tiempo del ciclo
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Calcular capacidad
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Iterar para mejorar la productividad
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Calcular el tamaño de la flota de equipos Determinar la producción requerida
Los requerimientos de producción totales pueden verse afectados por una serie de factores externos al proyecto. Estos pueden incluir proyecciones de ventas, contratos, cantidad de reservas disponibles y otras operaciones de la compañía. En base a estos antecedentes se debe definir la cantidad total de mineral a producir. Requerimientos de producción se establecen, generalmente, para periodos de un año. La producción total anual debe entonces convertirse en tasas de producción diaria u horaria para cada operación. La tasa de producción de ciertas operaciones unitarias se verá afectada por variables como el porcentaje de recuperación, ley del mineral y razón de sobrecarga. Por ejemplo, en la medida que la razón de sobrecarga aumenta en una mina de carbón, la remoción de la sobrecarga debe aumentar proporcionalmente de manera de asegurar una producción constante de mineral. Por lo tanto, las tasas de producción de carguío y transporte deben considerar el mineral de interés, así como el estéril que es necesario remover para acceder a dicho mineral. •
Determinar alcance o recorridos de transporte.
Equipos de base fija cargan en un punto y luego rotan en torno a su centro para descargar en otro punto. La máxima distancia horizontal sobre la cual un equipo puede cargar o botar el material se define como su alcance. La geometría del depósito a excavar es el factor primario para determinar el alcance requerido por el equipo. Los recorridos de transporte se refieren a las distancias y pendientes que deben recorrer equipos móviles. Tanto para las unidades de transporte como para aquellas que combinan el carguío con el transporte, hay cierta distancia que debe ser recorrida para llegar al punto de descarga. Sin embargo, esta distancia no es necesariamente una línea recta. En el caso de una mina subterránea, la configuración espacial de las excavaciones determinará la distancia total a recorrer, aunque esto también puede ser afectado por factores como la ventilación y la disponibilidad de energía eléctrica, mientras que en una mina a cielo abierto, la principal consideración es la topografía. Límites de propiedad y el derecho a vía legal pueden también afectar las distancias. •
Calcular tiempo de ciclo
El tiempo de ciclo para una operación unitaria puede dividirse en dos componentes principales. La primera componente la constituyen todas aquellas operaciones que tienen una duración relativamente constante de una aplicación a la próxima: Cargar, virar, cambiar de posición y descargar. Valores estimados del tiempo necesario para realizar cada una de estas funciones pueden obtenerse generalmente de la documentación del fabricante del equipo. La componente variable del ciclo, está asociada con el tiempo de viaje para equipos móviles y con el tiempo de giro en el caso de equipos de base fija. •
Calcular capacidad.
La relación general entre tasa de producción, duración del ciclo y capacidad es bastante simple y puede establecerse como: tasa de producción = capacidad x (no. de ciclos / unidad de tiempo)
Cuando se han considerado todos los factores de eficiencia: productividad = tasa de producción x factores de eficiencia
El cálculo de la capacidad requerida es bastante directo cuando los requerimientos de producción han sido establecidos y se han estimado los tiempos de ciclo y los factores de eficiencia. Es importante recordar que los equipos están diseñados para manejar un cierto peso, por lo que en los cálculos
finales se debe considerar la densidad del material, así como su esponjamiento, para asegurarse de que tiene la capacidad de manejar el material requerido. CLASIFICACIÓN DE EQUIPOS DE CARGUÍO Y TRANSPORTE
Los equipos se clasifican según la función que pueden satisfacer. Es equipos de carguío, equipos de transporte y equipos mixtos.
así como !
se distingue entre
Los primeros realizan principalmente la labor de carga del material desde la frente de trabajo hacia un equipo de transporte que llevará el material a un determinad o destino (planta, botadero, stock).
Alternativamente, estos equipos de carguío pueden depositar directamente el material removido en un punto definido. Este es el caso de las dragadoras en minería de carbón, donde el equipo remueve la sobrecarga y la util iza para construir la superficie sobre la cual se emplazará en un futuro cercano. Los equipos de carguío pueden separarse a su vez en unidades discretas de carguío, como es el caso de palas y cargadores, o bien, como equipos de carguío de flujo continuo, como es el caso de excavadores de balde que realizan una operación continua de extracción de material. Otra forma de diferenciar los equipos de carguío considera si éstos se desplazan o no, por lo que se distingue entre equipos sin acarreo (en general su base no se desplaza en cada operación de carguío) y equipos con acarreo mínimo (pueden desplazarse cortas distancias). Los equipos de transporte tienen por principal función desplazar el material extraído por el equipo de carguío hacia un punto de destino definido por el plan minero. Pueden tener un camino fijo como es el caso de trenes que requieren el tendido de líneas férreas, o bien pueden desplazarse libremente por cualquier camino, como es el caso de los camiones. Además, se pueden dividir en unidades discretas, como es el caso de camiones y trenes, o equipos de transporte de flujo continuo. En esta última categoría califican las correas transportadoras, las que pueden trasladar material de granulometría bastante gruesa dentro de la mina. Finalmente, se pueden definir los equipos mixtos, que pueden realizar en una sola operación el carguío y transporte del material. El equipo de mayor interés en esta categoría corresponde al LHD, que es una pala de bajo perfil para minería subterránea, que tiene autonomía para realizar eficientemente traslados de hasta 300 metros de material. EQUIPOS DE CARGUÍO
Tal como se señaló antes, estos equipos se clasifican según si consideran o no acarreo
Palas P/H Descripción de equipos de carguío sin acarreo Entre los equipos de este tipo están: palas mineras, retroexcavadoras, excavadoras hidráulicas y pequeñas palas neumáticas.
PALAS MECÁNICAS/ELÉCTRICAS (eléctricas o de cables) Se utilizan principalmente en mediana y gran minería a cielo abierto. Tienen un bajo costo por unidad de producción y pueden manejar grandes volúmenes. Cada modelo puede combinarse con varios modelos de camiones, lo que les otorga cierta flexibilidad. Son equipos caros y críticos en la producción que requieren de mantenimiento preventivo para evitar interrupciones en la producción. Tienen poca movilidad para trabajar en varias frentes al mismo tiempo. Para una misma producción, la energía eléctrica que consumen estos equipos resulta más económica que el consumo de combustible de una pala hidráulica. Sin embargo, el costo de inversión requerido es considerablemente mayor en el caso de una pala eléctrica. Las palas de la minería, son maquinarias modernas de gran tamaño y peso, cuyos baldes son capaces de mover entre 23 y 40 metros cúbicos, (entre 70 y 100 toneladas) de una sola vez. Estas palas son eléctricas y su potencia la obtienen conectándose al tendido de alta tensión. Las palas constan de 3 unidades principales: la maquinaria inferior, el puente giratorio y el equipo frontal. La maquinaria inferior es la base del bastidor rotatorio y contiene el equipo para propulsar la pala. El puente giratorio incluye, el bastidor rotatorio, el depósito de lastre y la casa de maquinas, conteniendo esta última, toda la maquinaria necesaria para las funciones de levante, giro y empuje, como asimismo, los controles para comandar las operaciones mecánicas. La casa de máquinas dispone de una sistema de filtrado de aire que reducir al mínimo la calor y el polvo en su interior. La cabina del operador va montada en posición elevada sobre la casa de máquinas y tiene todos los controles operacionales. El equipo frontal, ubicado en la parte delantera de la pala, comprende el caballete "A", el balde excavador, el brazo del balde, la pluma, los cables móviles y los tirantes estructurales de la pluma. Las palas electromecánicas están compuestas de varias maquinarias o transmisiones mayores, donde cada una de éstas se podría describir como una gran caja reductora. La configuración de varios engranajes, reducen la velocidad de giro que entrega un motor eléctrico, que transmite la potencia a unos tambores que enrollan unos cables o a los ejes motrices para el desplazamiento. Estas maquinarias mayores dan las funciones de levante, giro, empuje y propulsión. RENDIMIENTO DE PALAS MECANICAS. El rendimiento de una pala mecánica está afectado por numerosos factores, entre los que destacan por su importancia los siguientes: •
Clase de material
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Profundidad de corte
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Angulo de giro
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Habilidad del operador
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Condiciones de la obra
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Mantenimiento del equipo
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Tiempo de ciclo
SELECCION DE UNA PALA MECANICA Para elegir una pala mecánica en necesario determinar el trabajo que va a realizar y el tiempo que se espera para que el trabajo este realizado, es importante considerar los siguientes puntos:
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Tamaño del trabajo, entre más grande sea este, justifica una maquina mayor. El costo de transportar una maquina grande es mayor que el de una chica. La depreciación de una pala grande es mayor a la de una chica y al final de la obra es más fácil vender una chica. Una pala grande tiene capacidad para manejar rocas de mayores tamaños, por lo tanto, el costo por metro cubico y los costos de explosivos se reducen.
RETROEXCAVADORAS y EXCAVADORAS. Se denomina pala excavadora o pala mecánica a una maquina autopropulsada con una estructura capaz de girar 360º en ambos sentidos que puede excavar terrenos, cargar, elevar y descargar desde una pala de carácter similar a las palas anteriores. Se utilizan principalmente en canteras y en algunos casos en pequeña y mediana minería. Permiten el manejo de producciones pequeñas. Pueden estar montadas sobre neumáticos u orugas. Las capacidades de los baldes alcanzan 40 yd3, con motores de hasta 450 HP.
Estas palas presentan una mejor movilidad que las palas de cable, aunque no están diseñadas para cambiar de posición de manera frecuente. Con una menor inversión y un costo operacional levemente más alto que en el caso de las palas eléctricas, las palas hidráulicas poseen un rango de capacidades de balde menores (hasta 40 yd 3). La cuchara de la pala puede estar instalada de manera frontal o inversa (como una retroexcavadora). El alcance del brazo de la pala durante su operación se muestra en la figura, además se especifican algunos modelos de palas Demag en la Tabla. Como se mencionaba anteriormente, estos equipos también pueden trabajar como una retroexcavadora. El balde, con un diseño diferente, se monta en el brazo. Se produce un leve cambio en las capacidades de carga. TIPOS DE EXCAVADORAS Según accionamiento •
De cable o mecánicas
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Hidráulicas
Según Traslación •
De cadenas y
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Neumáticas
Según manera de trabajo •
Cuchara Frontal
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Equipo Retro
Descripción de equipos de carguío con acarreo mínimo
Cargador Frontal . Los cargadores frontales ofrecen una alternativa al uso de palas eléctricas o
hidráulicas. Presentan grandes ventajas, tales como su movilidad y la posibilidad de manejar grandes volúmenes de material (los más grandes superan las 40 yd3). Estos equipos deben maniobrar para descargar en el camión y para acceder a la frente de trabajo, a diferencia de las palas con base fija, que rotan en torno a la misma. Los cargadores permiten mayor flexibilidad en la producción pues pueden desplazarse con relativa facilidad y rapidez de una frente de trabajo a otra. Óptimamente, sin embargo, el acarreo debe ser mínimo. Se utilizan en mediana y gran minería, tanto para minerales industriales como metálicos. El cargador frontal es un equipo tractor, montado en orugas o en ruedas, que tiene un cuchara de gran tamaño en su extremo frontal. Los cargadores son equipos de carga, acarreo y eventualmente excavación en el caso de acarreo solo se recomienda realizarlo en distancias cortas. El uso de cargadores da soluciones modernas a un problema de acarreo y carga de materiales, con la finalidad de reducir los costos y aumentar la producción. En el caso de excavaciones con explosivos, la buena movilidad de este le permite moverse fuera de la voladura fácilmente y con seguridad; y antes de que el polvo de la explosión se disipe, el cargador puede estar recogiendo la roca regada y preparándose para la entrega del material. Los cucharones del cargador frontal varía en tamaño desde 0.19 m 3 hasta más de 30 m 3 de capacidad, colmado. El tamaño del cucharón está estrictamente relacionado con el tamaño de la máquina.
Clasificación De acuerdo a la forma de efectuar la descarga:
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Descarga Frontal Descarga Lateral Descarga Trasera
De acuerdo a la forma de rodado:
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De Neumáticos (Bastidor rígido o articulado) De Orugas
Load Haul Dump (LHD) Los LHD (load-haul-dump) corresponden a palas de bajo perfil que pueden clasificarse tanto como equipos de carguío con acarreo mínimo o como equipo combinado de carguío y transporte. Estos equipos poseen una alta eficiencia para distancias de acarreo de no más de 300 m. Tienen la particularidad de poseer un balde (o cuchara, de ahí que también se denominen scoops) de gran tamaño, el cual puede ser elevado para cargar un equipo de transporte, tal como un camión de bajo perfil o un camión convencional. Poseen una gran versatilidad y por ende son equipos de alta productividad a un bajo costo operacional. El balde puede tener de 1 a más 15 yd 3
Pala Neumática Las palas auto-cargadoras son pequeños equipos montados sobre llantas metálicas o neumáticos que permiten el carguío de material en vagones de tren que se ubican inmediatamente tras la pala. La pala recoge el material de la frente de trabajo y lo vuelca hacia atrás del mismo, tras pasarlo por sobre el equipo.
EQUIPO DE ARRANQUE CONTINUO ROTOPALAS : Las rotopalas, excavadoras de rodete, son equipos dotados de un dispositivo tipo
noria, cuyos cangilones realizan las funciones de arranque y carga. El material fragmentado se vierte sobre un sistema de cintas que lo transporta a su destino. Estos equipos comenzaran a utilizarse en Alemania, a principios de siglo, sobre materiales poco consolidado, dando su uso en minería a cielo abierto al denominado Método Alemán. MINADORES : Son equipos de arranque selectivo dotados de un cabezal cilíndrico cuya periferia
realiza el arranque de la roca por acción de una serie de herramientas de corte distribuida sobre la misma. Los diferentes diseños de la cabeza dan lugar a los siguientes equipos MINADORES HORIZONTALES, Son los más usados actualmente y se pueden denominar minadores
continuos de ataques horizontal. En esencia consisten en un chasis sobre oruga provistos de un tambor o helicoide portopicas, que realiza la excavación del material mediante rozado en profundidades variables, de los dispositivos de recogida, evacuación de transferencia sobre caminos o sistemas de cintas. El accionamiento es de tipo diesel-hidráulico con potencias de hasta 900kw. MINADORES DE RODETE , este equipo es un híbrido entre rotopala y minador horizontal, monte en un lateral o rodete de eje horizontal, con cangilones distribuidos en su per iferia, que arranca el material por pasadas sucesivas. El sistema de recogida, evacuación y transferencia es similar al descrito en el equipo anterior, así como su accionamiento de tipo diesel-hidráulico y potencias de hasta 1200kw. !
MINADORES DE CABEZA MOVIL, son una adaptación al cielo abierto de los minadores
subterráneos, consiste en un chasis sobre orugas, con uno o varios brazos, de orientación y alcance variable con cuyo extremo se sitúa el cabezal de corte. El material fragmentado desliza por gravedad sobre un sistema de carga y evacuación, con transferencia final sobre camiones pueden girar en línea con el eje del brazo o perpendicularmente a este. Su accionamiento es electro- hidráulico. MONITOR HIDRAULICO : El monitor hidráulico consiste en un cañón de agua cuyo efecto sobre el
material a arrancar es su disgregación y posterior arrastre hacia zonas predeterminadas. Se aplica en materiales escasamente consolidados, como los que caracterizan los depósitos aluviales y suelos de recubrimiento. El monitor consiste en un cañón orientado con movimiento automático en los planos horizontales y verticales, dispuestos sobre patines para facilitar su traslado y conexión general de suministro de agua.
Maquinarias de arranque directo
La máquina excavadora más grande del mundo: 95 metros de alto y 215 metros de largo (unos dos campos de fútbol). Pesa más de 45.000 toneladas. Se tardó cinco años en construir y costó 100 millones de dólares. Excava a una velocidad de unos 10 metros por minuto. Puede mover unos 76.000 metros cúbicos de carbón, piedra y arena cada día. Si te la encuentras en el campo de noche seguro que te parecerá vivir una especia de Guerra de los Mundos combinado con Encuentros en la Tercera fase. Esta enorme máquina se usa para la explotación minera (45.500 toneladas). El 2001 fue la última vez que esta fue movida fue a través de 22 kilómetros de campos, líneas ferroviarias, aldeas y carreteras. Como no podía circundar los obstáculos, sólo se movió en línea recta, así que los trabajadores prepararon de la mejor manera el trayecto llenando de amortiguadores y arena por encima de las carreteras y de las pistas del tren, para quitar energía a las superficies, también sembraron los campos con la hierba especial para hacer su más suave e recorrido.
Dragas de Arrastre CAMPOS DE APLICACIÓN
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Se utiliza sólo en excavaciones por debajo de la superficie de sustentación Es indicada para la excavaciones en terrenos inundados y dragados desde la orilla También se usa para abrir canales, pues conforma bien los taludes Maquinarias de arranque directo
Una draga es una embarcación utilizada para excavar material debajo del nivel del agua, y elevar el material extraído hasta la superficie. Estas operaciones se pueden realizar en canales navegables, puertos, dársenas o embalses. La selección de la draga está influenciada por el tipo de material a extraer, la cantidad, la profundidad del fondo, el acabado que se quiera conseguir y la economía. Existen dos grandes grupos, las mecánicas y las de succión:
Dragas mecánicas La draga de cuchara está compuesta por una grúa giratoria que va montada encima de un pontón. La grúa lleva una cuchara bivalva que puede alcanzar grandes profundidades (50mts) y extrae materiales con gran precisión en sitios reducidos. Tiene un sistema de fijación como pilares que se hincan al fondo o anclas. El terreno preferible es el suelo granular, suelto o algo cohesivos debido a la baja dilución que provocan. Sus inconvenientes es la baja productividad en comparación con otras dragas. La draga de pala de carga frontal está constituida por un fuerte brazo que puede realizar una excavación frontal, elevar la carga, girar el brazo y depositar el material sobre gánguil. Esta draga se fija al fondo con tres spuds, dos en proa y uno en popa. La capacidad oscila entre 3 y 5 m 3 cúbicos aunque en Estados Unidos se fabrican de 20 m 3. La ventaja es que draga muy bien rocas blandas y arcillas duras y que según se excava se va abriendo a sí misma un canal.
La draga retroexcavadora es en esencia una draga montada sobre un pontón que se fija al fondo y encima una retroexcavadora. Excavan bien materiales duros hasta profundidades de 24 metros. Los rendimientos son menores para excavaciones de arena. Inconveniente es la baja producción y el acabado irregular del fondo si el control es deficiente. Draga de rosario o draga de tolva continua está formada por una cadena de cangilones montada sobre un robusto castillete. La escala de Cangilones atraviesa el pontón y se hunde en el fondo para excavar el material, después lo eleva y vuelca sobre el mismo pontón. La ventaja de las dragas es que trabajan en forma continua y que la dilución que causan al dragar no es significante. La draga de remoción consiste en una embarcación que carga una cuchilla que va alisando el fondo. Se usan cuando el dragado ha dejado un fondo irregular para nivelar. Sin embargo son muy caras, ocupan demasiado espacio para extender los anclajes y no son apropiadas cuando el espesor a trabajar es pequeño. Todo ha hecho que las dragas están cayendo en desuso. CUCHARA BIVALVA Y DRAGA DE ARRASTRE Dragas de succión. Estacionaria consisten en una embarcación que porta una tubería conectada a una bomba que absorbe el material del fondo. Existen a su vez dos tipos: •
La impulsora simple que consiste en una embarcación que carga la bomba y que lleva la tubería que puede llegar hasta otro barco de transporte de material o algún sitio de destino como una playa.
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La autoportadora contiene la bomba y transporta además el material dragado hasta el destino. Es apropiada para dragar materiales granulares y el acabado del fondo es irregular.
La draga cortadora es igual que una draga succionadora estacionaria con la diferencia que lleva una cuchilla cortadora en la entrada de la tubería para disgregar el material. Se fija mediante spuds. Son capaces de cortar materiales con más de 500 kp/cm 2 de resistencia a compresión simple. Actualmente son muy usadas por tener muchas ventajas: Extracción de cualquier material, ser capaces de trabajar en aguas someras, dejar un fondo uniforme y tener una alta producción. Sin embargo tienen algunos inconvenientes como son su sensibilidad a las condiciones marinas, la limitada distancia de dragado y su alto costo. La draga de succión en marcha va succionando mientras se mueve a 3 nudos por la zona de dragado, el tubo a diferencia de las otras dragas de succión mira a popa. Pueden transportar entre 750 y 10.000 metros cúbicos y se hacen con bombas sumergidas para disminuir la longitud de la tubería de aspiración. Los materiales que succionan se limitan a arenas, si contienen algo de limo el rendimiento baja mucho. La draga recogedora de fangos está formada por un sistema de inyectores o lanzas de aguas que descomponen el material y son recogidos por una bomba de succión o se dejan en suspensión para que el movimiento del río transporte el material lejos de allí.
DIMESIONAMIENTO DE EQUIPOS Calcular el tamaño de la flota de equipos. Hasta ahora, la discusión se ha centrado principalmente en la selección de un equipo específico de carga-transporte o en un equipo de carga asociado a otro de transporte, aunque en la realidad, se dispone de una flota de equipos que deben realizar esta labor (ya sea porque una unidad de carguío y una de transporte pueden no satisfacer los requerimientos de producción, o bien, porque no se quiere tener toda la producción dependiente de un solo equipo). La posible economía de escala que se realiza al tener un solo equipo de gran tamaño debe sopesarse respecto a la incertidumbre asociada a la disponibilidad de este equipo. Mientras una flota de equipos puede seguir trabajando si alguno de sus componentes no estuviera disponible por razones mecánicas, la producción debe esperar si el único equipo de carguío o transporte sufre algún imprevisto y debe detener su operación para solucionar un problema mecánico. Existen varios algoritmos que permiten calcular la disponibilidad de equipos en una flota. Así, el número total de equipos necesarios para satisfacer una producción dada, puede calcularse en base a la disponibilidad. Iterar para reducir costos de capital y de operación La fase técnica del proceso de selección identificará cierto número de sistemas alternativos de carguío y transporte. Una comparación de costos debe realizarse, que considere el costo de capital, costo de operación y la vida de los equipos en años. Adicionalmente al análisis económico tradicional de ingeniería, se pueden realizar simulaciones de los distintos sistemas de carguío y transporte, lo que permiten verificar algunas de las hipótesis que se asumieron para su selección. Además, estos sistemas permiten a menudo identificar alternativas a las definidas por medio del sistema de selección determinista planteado anteriormente. Iterar para mejorar la productividad. El tipo de maquinaria considerado en el punto anterior puede no ser el adecuado y tras el cálculo de la capacidad requerida, puede ser necesario utilizar un tipo de maquinaria diferente. Al seleccionar un tipo diferente de equipos, los tiempos de ciclo deben ser re-estimados así como las capacidades y factores de eficiencia. El cálculo de la capacidad debe ser refinada nuevamente para determinar si el equipamiento propuesto puede satisfacerla. Varias iteraciones pueden ser necesarias antes de encontrar una solución satisfactoria. Sin embargo, puede haber más de una solución al problema de carguío y transporte. Sabiendo que la tasa de producción es directamente proporcional a la capacidad e inversamente proporcional al tiempo de ciclo de la maquinaria seleccionada, el ingeniero puede hacer varias iteraciones de manera de definir un número de flotas de carguío y transporte para hacer comparaciones de costos. Determinación de la Producción Requerida Existen varias fórmulas empíricas para determinar el ritmo óptimo de producción anual (en ton/año) o bien la vida óptima de la mina (en años) de una explotación, tanto a cielo abierto, como subterránea. La primera fórmula empírica denominada Regla de Taylor (1976) propone una vida óptima de explotación calculada como: VOE (años) = 6.5 x (Reservas (millones de ton))0.25 x (1 ± 0.2)
Equivalentemente, se puede calcular el ritmo óptimo de producción como: ROP (ton/año) = 0.15 x (Reservas (millones de ton)) 0.75 x (1 ± 0.2) Por ejemplo, para un depósito con reservas de 100 millones (MM) de toneladas, la VOE sería entre 16.44 y 24.66 años, dependiendo del factor que fluctúa entre 0.8 y 1.2. Utilizando la fórmula para el ROP, calculamos una producción anual entre 3.79 y 5.69 MM de ton/año. Alternativamente, se pueden
calcular las producciones dividiendo las reservas totales por el número de años, lo que da una producción anual entre 4.05 y 6.08 millones de toneladas, bastante bien aproximado por la fórmula de ROP antes mencionada. Algunos autores han propuesto fórmulas diferentes para minas a cielo abierto y para minas subterráneas. Por ejemplo, Mackenzie (1982) propone los siguientes ritmos óptimos de explotación: Minería Subterránea: (hasta 6 millones de ton/año) ROP (ton/año) = 4.22 x (Reservas (millones de ton)) 0.756
Minería a Rajo Abierto: (hasta 60 millones de ton/año) ROP (ton/año) = 5.63 x (Reservas (millones de ton)) 0.756
Otras fórmulas han sido entregadas en base a antecedentes recopilados en una gran cantidad de proyectos mineros, entregando las siguientes Vidas Óptimas de Explotación para distintos metales: Cobre: VOE (años) = 5.35 x (Reservas (millones de ton)) 0.273 Oro: VOE (años) = 5.08 x (Reservas (millones de ton)) 0.31 Plomo–Zinc: VOE (años) = 7.61 x (Reservas (millones de ton)) 0.276
Una aproximación alternativa propuesta por López Jimeno (1988) considera también la ley media equivalente del depósito: VOE (años) = 4.77 x Ley equivalente (%Cu)0.1 x (Reservas (millones de ton))0.3
Estas fórmulas pueden usarse, pero debe tenerse en consideración que los ritmos de producción cambiarán en función de la ley media, sobrecarga a remover, recuperaciones metalúrgicas y leyes de concentrados, además de otras consideraciones técnicas del depósito, inversiones requeridas y factores sociopolíticos externos. Determinación de alcances o recorridos de transporte: Los recorridos de transporte cambian en la medida que se desarrolla la explotación. En la práctica, se diseñan y calculan perfiles de transporte, donde se indican las distancias, pendientes y condiciones de operación de los recorridos de transporte. Los tiempos estimados de transporte para dichos perfiles se calculan en base a consideraciones técnicas del equipo de transporte, o bien en base a mediciones empíricas (hechas en terreno). El conocimiento de los perfiles de transporte permitirá, como se verá en las secciones siguientes, el cálculo de la productividad y de los ciclos de carguío y transporte, y su optimización. CLASIFICACIÓN DE EQUIPOS DE CARGUÍO Y TRANSPORTE Los equipos se clasifican según la función que pueden satisfacer. Es así como se distingue entre equipos de carguío, equipos de transporte y equipos mixtos. Los primeros realizan principalmente la labor de carga del material desde la frente de trabajo hacia un equipo de transporte que llevará el material a un determinado destino (planta, botadero, stock). Alternativamente, estos equipos de carguío pueden depositar directamente el material removido en un punto definido. Este es el caso de las dragadoras en minería de carbón, donde el equipo remueve la sobrecarga y la utiliza para construir la superficie sobre la cual se emplazará en un futuro cercano. Los equipos de carguío pueden separarse a su vez en unidades discretas de carguío, como es el caso de palas y cargadores, o bien, como equipos de carguío de flujo continuo, como es el caso de excavadores de balde que realizan una operación continua de extracción de material. Otra forma de diferenciar los equipos de carguío considera si éstos se desplazan o no, por lo que se distingue entre
equipos sin acarreo (en general su base no se desplaza en cada operación de carguío) y equipos con acarreo mínimo (pueden desplazarse cortas distancias). Los equipos de transporte tienen por principal función desplazar el material extraído por el equipo de carguío hacia un punto de destino definido por el plan minero. Pueden tener un camino fijo como es el caso de trenes que requieren el tendido de líneas férreas, o bien pueden desplazarse libremente por cualquier camino, como es el caso de los camiones. Además, se pueden dividir en unidades discretas, como es el caso de camiones y trenes, o equipos de transporte de flujo continuo. En esta última categoría califican las correas transportadoras, las que pueden trasladar material de granulometría bastante gruesa dentro de la mina. Finalmente, se pueden definir los equipos mixtos, que pueden realizar en una sola operación el carguío y transporte del material. El equipo de mayor interés en esta categoría corresponde al LHD, que es una pala de bajo perfil para minería subterránea, que tiene autonomía para realizar eficientemente traslados de hasta 300 metros de material. CONCEPTOS DE DESGLOSE DEL TIEMPO Algunos conceptos de desglose de tiempo importantes para calcular las productividades de los equipos en cada una de las operaciones unitarias son: •
Tiempo nominal : corresponde al tiempo total considerado en el periodo de producción. Por
ejemplo, el tiempo nominal en un turno es la duración del mismo (8 o 12 horas). •
Tiempo disponible : corresponde a la fracción del tiempo nominal en que el equipo está disponible
para ser operado, es decir, se debe descontar al tiempo nominal todos aquellos tiempos en que el equipo esté sujeto a mantenimiento y reparaciones. Tdisponible = Tnominal – Tmant & rep •
Tiempo operativo: corresponde al tiempo en que el equipo está entregado a su operador y en
condiciones de realizar la labor programada. Este tiempo se divide en: Tiempo efectivo: corresponde al tiempo en que el equipo está desarrollando sin o inconvenientes la labor programada. Tiempo de pérdidas operacionales : corresponde al tiempo en que el equipo, estando o operativo, realiza otras labores, tales como traslados, esperas de equipo complementario, etc. •
Tiempo de reserva: corresponde al tiempo en que el equipo, estando en condiciones de realizar la
labor productiva, no es utilizado, ya sea porque no hay un operador disponible, o bien, simplemente porque no se ha considerado su operación en los programas de producción para el período actual. Tdisponible = Toperativo + Treserva = Tefectivo + Tpérdidas + Treserva
Clasificación de equipos de carguío EQUIPOS DE CARGUÍO Tal como se señaló antes, estos equipos se clasifican según si consideran o no acarreo del material. Equipos de carguío sin acarreo
Entre los equipos de este tipo están: palas mineras, retroexcavadoras, excavadoras hidráulicas y pequeñas palas neumáticas. Palas (eléctricas o de cables)
