Dimensionamiento de Flota Dimensionamiento de Flota. Gran Importancia por su incidencia en los costos. Se busca optimizar el manejo de recursos involucrados. Decisión en base a información del fabricante y la evaluación comparativa.
PARÁMETROS CLAVES • • •
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Envergadura del Proyecto (Vida útil, Reservas). Programa de producción (Plan minero). Plan de diseño (Malla de perforación, Perfiles de transporte, altura de bancos, anchos operacionales). Tecnología disponible (Equipos y Maquinarias). Factores operacionales (Días de trabajo, Sistema de turnos, Índices operacionales). Costos estimados.
RESERVAS Determinando las Reservas Una vez identificado el yacimiento, se procede a determinar el volumen de mineral que se podría obtener del mismo. Reservas probadas. Volumen de mineral que se calcula usando como base los resultados obtenidos de los trabajos de muestreo y sondajes. Los estudios permiten establecer matemáticamente la
geometría de la reserva, su volumen y la ley del mineral, por lo que se indica que se tiene certeza de su continuidad.
Reservas probables. ¿El costo de construir una mina y operarla será justificable económicamente, dada las !
características del yacimiento? ¿El volumen de mineral que hemos identificado será suficiente? Es dec ir, ¿este volumen de mineral identificado como reserva tendrá valor !
!
económico? Planeamiento de Minado El Planeamiento de Minado es una actividad orientada al futuro, cuyo propósito fundamental es proyectar la vida de una mina a lo largo del tiempo; no solo en una dirección, si no buscando nuevos caminos y adaptando su existencia a la de los sistemas de los cuales vive.
¿Por qué debe hacerse? Advierte al planificador que debe tener cuidado de no incluir actividades innecesarias para cumplir con el objetivo. Una planificación eficiente debe satisfacer una necesidad técnica, operacional o económica mediante la combinación de sus elementos. Consideraciones del Plan EQUIPO •
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Productividad de Equipos o Perforadoras Palas – Volquetes – Trenes o Factores de carga
MINA • • • •
Fragmentación del Material Humedad del Material Pendiente en rampas Condiciones Climáticas
GEOLÓGICAS • • • •
Tipo de Material Work Index (Índice de trabajo) Presencia de agua Estabilidad de Taludes
Índices Operacionales Tiempo Cronológico • •
Horas Inhábiles (HI) Horas Hábiles (HH) Horas Mantención (HMT) o
o o
Horas Reserva (HRE) Horas Operación (HOP) Horas Operacionales Efectivas (HEF) Horas de Pérdida Operacional (HPE) ! !
Indicadores Mecánicos
Movimientos de Tierras Se denomina movimiento de tierras al conjunto de operaciones que se realizan con los terrenos naturales, a fin de modificar las formas de la naturaleza o de aportar materiales útiles en obras públicas, minería o industria.
PROPIEDAD DE LOS SUELOS MATERIALES Estos pueden ser Rocas, Tierra o mezcla de ambos Las características y propiedades de los materiales afectan directamente la producción y el desempeño de las maquinas.
Granular (no cohesivo)
Cohesivo
DENSIDAD Es el peso del material por unidad de volumen: kg/m3 Densidad en banco Es el peso del material en su estado natural: kg/m3 en banco Densidad del material suelto Es el peso del material fuera de su estado natural: kg/m3 suelto Volumen del Material Material in-situ después de la tronadura aumenta de volumen. Este material puede ser compactado y disminuye el volumen y por ende aumenta su densidad. (Alcanzar la misma densidad que tenia in-situ es muy difícil) El Factor de Contracción. Se calcula dividiendo la densidad del material compactado por la densidad del mismo In-situ. PROBLEMA •
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Una mina a cielo abierto debe mover diariamente un total de 400000 t de material (mineral y estéril) desde el tajo. Se pide dimensionar los equipos necesarios (palas, camiones y perforadoras) considerando los siguientes parámetros: Se trabajan dos turnos por día de 12 horas cada uno.
DETERMINAR Número de: Perforadoras Camiones Palas Mecánicas
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PERFORADORAS
Conceptos básicos: PERFORACIÓN: En minería se entiende como la acción o acto que, a través de medios mecánicos, tiene como finalidad construir un agujero o taladro. Para que esto se logre debe extraerse todo el material destruido dentro del agujero mediante la utilización de aire comprimido o agua. En este punto es donde se produce la diferencia entre lo que es la perforación de exploración y la de producción. Tipos de Perforadoras: Martillos (Cabeza, fondo), Rotativo, Tricono, etc. VARIABLES DE PERFORACIÓN Las variables internas que intervienen en la perforación son: • • • • •
Empuje sobre la broca. Velocidad de rotación. Desgaste de la broca. Diámetro del taladro. Caudal de aire para la evacuación del detritus.
Las variables externas son las siguientes: • •
Características resistentes de la formación rocosa. Eficiencia del operador.
CRITERIO DE SELECCIÓN DE PERFORADORAS • • • • • •
Tamaño de la operación (Producción). Altura de banco. Fracturabilidad y Dureza de la roca (Desgaste de Broca) Densidad del material. Relación de estéril a mineral en el programa de remoción de materiales. Metraje de perforación requerido, por día, por mes, por año.
COSTO DE PERFORACIÓN CT=CA+CI+CM+CO+CE+CL+CB Costos indirectos CA: amortización. Cl: intereses y seguros. Costos directos • •
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CM: mantenimiento. CO: mano de obra. CE: energía. CL: engrase y lubricación CB: broca, estabilizador y barra.
DIMENSIONAMIENTO DE FLOTA PERFORACIÓN OBJETIVOS: Comprender a grandes rasgos como se dimensiona una flota de equipos de perforación para una mina a cielo abierto. Comprender como influyen las capacidades, disponibilidades, rendimientos en el número de equipos a utilizar. PARÁMETROS Tonelaje por Taladro (ton) •
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Tt = B*E*H*dens Tonelaje por Metro Barrenado (ton/mb) •
Tmb= Tt /(H+P) Metros Barrenados Requeridos por día (mb/día) •
MBD = TPD / Tmb Rendimiento Equipo de Perforación (mb/día) •
R = VPteo*DF*UT*FO*24*f(roca) Número de Equipos Necesarios •
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N = MBD/R
PROBLEMA Una mina a cielo abierto debe mover diariamente un total de 400000 ton de material (mineral y estéril) desde el tajo. Se pide dimensionar los equipos necesarios (perforadoras) considerando los siguientes parámetros: Se trabajan dos turnos por día de 9 horas cada uno. Perforadoras: burden 10m, espaciamiento 9.5m, altura de banco 15m, velocidad de perforación 60m/h, disponibilidad 85%. SOLUCIÓN •
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La perforación debe llevarse adelantada al proceso de carguío para que estos tengan cierta holgura e independencia, es por esto que los rendimientos de las perforadoras deben calcularse en unidades mensuales y no diarias. Para estimar el número necesario de perforadoras debe considerarse: Cada taladro de voladura remueve un total de 10*9.5*15*2.7 = 3848ton. Se perforan 17 metros por taladro => 226ton/m perforado. 400000tpd * 30d/mes => 12.000.000ton/mes (requerimiento de tonelaje mensual). 226ton/m, 12000000ton/mes =>12000000/226 = 53097 m/mes (necesidad de perforación).
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60m/h * 9h/turno * 2turnos/d * Disponibilidad 85% * 30d/mes => 27540 m/mes (rendimiento de perforación). 53097m/mes, 27540 m/mes (cada perforadora) => 53097/27540 = 1.9 ~ 2 perforadoras.
CARGADOR FRONTAL Los cargadores frontales son equipos capacitados para realizar labores descarga de camiones, vagones o tolvas; carga y transporte para distancias cortas, ya sea a un chancador o al stock pile, y constituye una máquina auxiliar y/o de empuje en labores de limpieza o preparación de rampas. Componentes: Chasis. Trasero y Delantero. Cabina. Cuchara. Neumáticos Lonas Sesgadas. o o Radiales. o Beadless. Sistema de Transmisión. Sistema Hidráulico.
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Datos Sobre su Uso. • • • •
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Mediana y gran minería Acarreo mínimo Alternativa a las palas Son equipos que operan sobre neumáticos y son Diesel por lo que tienen autonomía y buen rendimiento. Movilidad alta Manejan grandes volúmenes Requiere maniobra durante la carga (no sólo rotación) Acarreo debe ser mínimo para
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optimizar el proceso Menor productividad que una pala.
Costos Sistema Cargador Frontal Costo mano de obra Costos operación o Consumo combustible o Consumo de insumos (cuchara, neumáticos) Costos adquisición o Equipo o Vida útil Costos mantención y reparación Mantenciones menores o Mantenciones mayores o Costo operación Total = costo operación + costo mantención y reparación + costo mano de obra Calculo de Producción En función de la capacidad de la máquina. • •
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Producción Teórica (hr) = Capacidad Máquina m3 / Ciclo * Número de Ciclos / h Producción Real (hr) = Capacidad Máquina m3/ciclo * Números de Ciclos / h *
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Factores de Corrección.
Factor de Llenado. o Eficiencias. Disponibilidad Mecánica. o Otros factores. o Ejemplos de Factor de Llenado o
Características de los Materiales Factores de llenado de acuerdo al tamaño de los materiales para cargadores frontales
Ejemplo: •
Un cargador CAT 994D está equipado con un cucharón de 20m3. Esta cargado con roca bien Fragmentada con d =1540kg/m3.
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¿Cual es el Factor de Llenado del cucharón (FLL) y cual será el peso en el
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cucharón? Respuesta:
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FLL = 80-95% Carga = 20 m3 X .87 BFF = 17.4m3 Peso =17.4m3s x 1540 kg/m3 = 26796 kg
Dimensionamiento de Flota Carguío. Ejemplo. Una mina a cielo abierto debe mover diariamente un total de 120000 ton de material (mineral y estéril) desde el tajo. Se pide dimensionar los equipos necesarios (carguío) considerando los siguientes parámetros: • • • • • • • • •
Se trabajan dos turnos por día de 9 horas cada uno. Uso de cargador Frontal. Ciclo =1 min Densidad de material = 2.7ton/m3. Volumen de cuchara= 25m3 UT (%) = 82 DF (%) = 87 FO (%) = 85 Factor de roca= 1.2
Solución: •
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Tonelaje x Pase = (Vol. De cuchara * De. del Material * F. de llenado)/ (F. esponjamiento). =(25m3*2.7ton/m3*80/100)/(1+30/100) =41.5ton/pase. Rendimiento x día = (Ton x pase*UT*DF*FO*No de Pases*Factor de Roca) = 41.5*0.82*0.87*0.85*1080*1.2 =27178.4ton/día
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No de Cargadores (teórico) = Req. x día/ Rend. x día = 120000ton/27178 = 4.4+1 = 5.4 Cargadores
No de Cargadores (Real) = 6 Cargadores Cargadores •
Modelo: 988H
Modelo 990H
Capacidad de Cucharones 6.3 m3 – 7.0 m3 (8.2 – 9.2 yd3)
8.4 – 9.2 m3 (11 – 12 yd3)
15.3 m3 – 31.0 m3 (19.5 – 41 yd3)
PALAS EXCAVADORAS Y CARGADORAS Son máquinas compuestas de un bastidor montado sobre orugas o neumáticos y una superestructura giratoria dotada de un brazo con cuchara, accionado por mando hidráulico o por cables. Se utilizan para excavar en frentes de trabajo de cierta altura y realizan los movimientos siguientes: excavación de abajo hacia arriba, giro horizontal y descarga de la cuchara, giro horizontal de regreso al frente de trabajo. SELECCIÓN DE LAS EXCAVADORAS
POR EL COSTO Cuando se relaciona el costo, se debe estimar el costo por metro cúbico manipulado por la excavadora. En este cálculo hay que considerar aspectos como la dimensión del trabajo. Si éste involucra la manipulación de grandes cantidades de material, puede justificarse el uso de una excavadora de gran dimensión. Otro aspecto es el transporte del equipo a la obra, puesto que los costos de movilización y desmovilización pueden ser mayores cuanto más grande sea el equipo. POR LAS CONDICIONES DE TRABAJO •
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Las excavadoras tienen la posibilidad de combinar un rango de capacidades de cucharones para un mismo modelo. La selección de la capacidad del cucharón depende de la facilidad con que se puede manipular el material
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Si se tiene roca bien fragmentada o material fácilmente excavable, los cucharones pequeños podrán manipular el material y no necesitarán ejercer mucha fuerza para excavar el material.
ESTRUCTURA DE OPERACIÓN •
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Mecanismo de elevación: trabaja mediante el cable de elevación, que se enrolla en su correspondiente tambor. Mecanismo de empuje / retroceso: se realiza por medio de un mecanismo piñón y cremallera instalado en la pluma o también mediante cables y un tambor montados en la superestructura, todos accionados por motores eléctricos. La descarga: se realiza una vez que la superestructura ha girado hasta situarse sobre la unidad de transporte (camión). En ese momento, un motor eléctrico ubicado en la pluma acciona, mediante un cable, el cerrojo de la compuerta para descargar el material.
FUNCIONAMIENTO
PALAS DE CABLE
SERIE 182M
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Capacidad de carga de 18 toneladas métricas (20 ton) •El cucharón varía de 7 a 18 m3 (de 9 a 23 yd3) Camiones de transporte de 55 toneladas métricas (60 ton), de carga en tres pasos Camiones de transporte de 91 toneladas métricas (100 ton), de carga en cinco pasos Empuje de cremallera y piñón de doble palanca con embrague neumático ajustable para proteger contra cargas de impacto excesivo
SERIE 395 • • • •
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Capacidad de carga de 63.5 toneladas métricas (70 ton) El cucharón varía de 19.1 a 56 m3 (de 25 a 73 yd3) Camiones de transporte de 181 toneladas métricas (200 ton), de carga en tres pasos. Camiones de transporte de 220-245 toneladas métricas (240-270 ton) de carga en cuatro pasos. Espacio aislado de control eléctrico para el sistema de accionamiento AC-IGBT Cuerda de avance
SERIE 795 • • •
Capacidad de carga 122.5 toneladas métricas (135 ton) Camiones de transporte de 363 toneladas métricas (400 ton), de carga en tres pasos. Camiones de transporte de 454 toneladas métricas (500 ton) de carga en cuatro pasos.
SERIE 295 HR • • •
Capacidad de carga de 45 toneladas métricas (50 ton) El cucharón varía de 18.4 a 39 m3 (de 24 a 51 yd3) Camiones de transporte de 136 toneladas métricas (150 ton), de carga en tres pasos
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Camiones de transporte de 181 toneladas métricas (200 ton), de carga en cuatro pasos Cuerda de avance con geometría optimizada en el extremo frontal
SERIE 295 HD • • • • •
Capacidad de carga útil de 38 toneladas métricas (42 ton) El cucharón varía de 14 a 31 m3 (de 18 a 40 yd3) Camiones de transporte de 109 toneladas métricas (120 ton), de carga en tres pasos Camiones de transporte de 154 toneladas métricas (170 ton), de carga en cuatro pasos Empuje de cremallera y piñón con mango de diseño sencillo de caja profunda con respaldo integral del cucharón
PALAS HIDRÁULICAS
Existen dos tipos de palas hidráulicas: las palas frontales y las retros. La diferencia entre éstas se refiere al sentido de movimiento de los baldes y a la geometría de los equipos, distinguiéndose, por lo tanto, en la acción de carga. PALAS HIDRÁULICAS • • • •
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Mayor movilidad Menor inversión que pala eléctrica Costo operacional levemente mayor Baldes hasta 30 yd3 Cuchara frontal o inversa
EQUIPO DE TRABAJO •
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El equipo de trabajo está constituido por diferentes elementos, dependiendo de si la
forma de descarga es frontal o de retroexcavadora: En sistemas frontales: El equipo de trabajo lo constituye la pluma y el brazo con el balde en su extremo. La fuerza de penetración se consigue mediante uno o dos cilindros hidráulicos del brazo, y la fuerza de excavación por medio de otros dos
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cilindros en el balde. El movimiento vertical se realiza gracias al accionamiento hidráulico de la pluma. En sistema de retroexcavadora: El equipo de trabajo lo compone la pluma, el brazo y el balde, articul ados entre sí y accionados mediante sistemas hidráulicos.
PLUMA, BALANCINES Y CUCHARAS
CURVAS DE EXTRACCIÓN RETRO Y FRONTAL
(presentadas en otro PDF)
PRODUCTIVIDAD
CÁLCULO DE LA PRODUCCIÓN
RENDIMIENTO DE LAS PALAS
DIMENSIONAMIENTO INDICES OPERACIONALES • • •
Tiempo Cronológico – Horas Inhábiles (HI) – Horas Hábiles (HH) Horas Mantención (HMT) • Horas Reserva (HRE) Horas Operación (HOP) Horas Operacionales Efectivas (HEF) o Horas de Perdida Operacional (HPE) o
INDICADORES MECÁNICOS
Disponibilidad Física o DF=(HOP+HRE)/HH Índice de Utilización UT = HOP/(HOP+HRE) o Factor Operacional FO = HEF/HOP o Rendimiento Efectivo o Ref = Rteo*UT*DF*FO DIMENSIONAMIENTO •
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TONELAJE POR PALADA (TON/PALADA) o Cp = Vbalde*Fllenado*dens /(1 + %esponjamiento) RENDIMIENTO EQUIPO DE CARGUÍO (TON/DÍA)
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R = Cp*DF*UT*FO*24*f(roca)/TCcarguío NÚMERO DE EQUIPOS DE CARGUÍO
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o
o
N = TPD/R
PROBLEMA Una mina a cielo abierto debe mover diariamente un total de 400000 t de material (mineral y estéril) desde el Tajo. Se pide dimensionar los equipos necesarios (palas, camiones y perforadoras) considerando los siguientes parámetros: Se trabajan dos turnos por día de 10 horas cada uno. Palas mecánicas: capacidad del balde de 44yd3, factor de llenado de 90%, densidad del material 2.7t/m3, disponibilidad 90%, utilización 95%, tiempo por baldada 1min. SOLUCION •
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Primeramente se debe estimar el rendimiento de la pala de cables en toneladas por día, suponiendo que siempre tiene material para cargar (lo que depende de la perforación y voladura) y camión para recibir. Para lo que se debe considerar lo siguiente: 44yd3 = 33.6m3. Densidad 2.7t/m3 => 90.8t. Llenado 90% => 81.7 t/balde. Tiempo por baldada 1min => 4903 t/h. 10 horas trabajadas por turno => 49030 tpt.
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2 turnos por día. Utilización 95% => 83841 tpd (corresponde al rendimiento efectivo del equipo). Si necesito mover 400000tpd y cada pala mueve 83841 tpd calculo el número de palas requeridas como: 400000/83841= 4.7 ~ 5 palas de 44 yd3.
CAMIÓN • •
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Un camión es un vehículo motorizado para el transporte de bienes. Hay camiones de muchos tamaños y de todo tipo, desde camiones pequeños hasta los trenes de carretera, pasando por los camiones todo terreno de 200 toneladas usados en minería. Los camiones se han ido especializando y tomando una serie de características propias del trabajo a realizar. En una evolución de una simple caja a la forma más adecuada a la materia a transportar; peligrosas, líquidas, refrigeradas, en continuo movimiento que impida el fraguado, abiertos, cerrados, con grúa etc .
Camión de Volteo.
Vehículo más robusto y reforzado para el movimiento de grandes volúmenes de áridos y rocas, que habitualmente se denominan DUMPER en inglés, provisto de una caja basculante para verter la carga en forma rápida.
Factores que afectan la Productividad y Costo Relación entre la capacidad del equipo de carguío con la capacidad del camión. El tamaño de la caja del volquete no debe ser ni muy pequeño, ni débil, en comparación con el tamaño del cucharón de la máquina de carga para no destrozarla
en poco tiempo o viceversa.
Factores que afectan la Productividad y Costo La disminución de la productividad del camión se reduce en promedio en 0.5% por cada aumento en 1% de la pendiente de la rampa principal. Los planificadores deben analizar alternativas de diseño teniendo en cuenta los efectos directos que significa un aumento o bien una disminución en la pendiente de una rampa.
Condiciones de trabajo de la obra en cuestión: • • •
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Naturaleza, disposición y grado de humedad del terreno. Accesos (pendiente, estado del firme Climatología (visibilidad, pluviometría, heladas) Altitud
Equilibrio entre el tamaño de los volquetes y los equipos de carga El número de baldes de material que debe de depositar el equipo de carga sobre la unidad de transporte debe estar comprendido entre 3-6. Esta relación de acoplamiento queda justificada por: •
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El tamaño de la caja no es demasiado reducido con respecto al del balde, resultando así menores derrames e intensidad de los impactos sobre la unidad El tiempo de carga no es demasiado pequeño, y por lo tanto, no se produce una mala saturación del equipo de carga
Términos •
Disponibilidad: es el porcentaje del tiempo total en que el equipo está disponible mecánicamente para ser utilizado para su labor principal.
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Utilización: porcentaje del tiempo disponible en el que el equipo está efectivamente siendo utilizado para su labor principal
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Rendimiento: es el grado de productividad que un equipo tiene en su labor principal, debe ser medido en unidades consecuentes a esta labor y el objetivo que tenga la medición de este. Por ejemplo: una pala de cables tiene una capacidad de mover 80000 toneladas por día de material
Datos • Capacidad del camion:240 ton/tolva • Distancia media de transporte:2.5 km • Velocidad media(cargado):10 km/h • Velocidad media(descargado):15 km/h • Tiempo de aculatamiento:1 minuto
Disponibilidad: 80% Utilización: 95% Solución • •
Para calcular el número de camiones necesario, se estima cuantos camiones necesito por pala, para que está este trabajando continuamente. Considerar lo siguiente: •
(240tn/tolva)/(81.7tn/balde)=> 3 baldes/tolva (número de baldadas para cargar un camión)
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3 baldes/tolva. 1min/balde => 3min/tolva (tiempo de carguío por camión).
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Velocidad cargado 10km/h. Distancia 2.5km => 0.25 hr. (tiempo de viaje cargado).
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Velocidad descargado 15km/h. Distancia 2.5km => 0.16 hr. (tiempo de viaje descargado). Tiempo descarga 1min Sumando los tiempos anteriores, se obtiene un total de 28.6 min para el ciclo del camión (cargar, transportar, descargar y volver al punto de carguío). En este tiempo, considerando que la pala demora 3min en cargar cada camión, ésta puede cargar un total de (28.6min.)/ (3min.camion) = 9.5 ~ 10 camiones. En consecuencia, cada pala tener 11 camiones para satisfacer la producción Disponibilidad 80%. Utilización 95%=>11/(0.8*0.95) = 14.4 ~15 camiones/pala (efectivamente).
• • • • • •
Como se calculó un total de
camiones de 240 ton.
5 palas, se tiene en consecuencia un total de 75
