INGENIERIA DE MINAS
ABANCAY – APURIMAC -PERU
TRABAJO MONOGRAFICO
SISTEMAS DE IZAJE EN MINERÍA
SERVICIOS SERV ICIOS AUXILIARES MINEROS
ABANCAY APURIMAC – AÑO 2013
ÍNDICE Temas
Pág.
INTRODUCCIÓN
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I. Generalidades
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1.1.Concepto 1..!actores para s" constr"cci#n 1.3.Consideraciones de dise$o 1.4.%in .%inc&es de I'a(e 1.4.1 De)inicion de "n %inc&e de I'a(e 1.4. Componentes de "n %inc&e de I'a(e 1.4 1.4.3 Tipos de %inc&e de I'a(e a(e
4 4 *
II. +istem +istemas as , Normas Normas de +eg" +eg"rid ridad ad de de los los %inc& %inc&es es de de I'a(e I'a(e -Primer -Primera a Parte Parte
/
II. +istemas +istemas , Normas de +eg"ridad +eg"ridad de los %inc&es %inc&es de I'a(e -+eg"nda -+eg"nda Parte Parte
0
III. III. Compon Component entes es del +istem +istema a de I'a(e I'a(e
3.1. Tam2ora 3.. 3.. otor otor 3.3. +istemas Preentios de Control5 6ill 6ill,, Contr Control ol77 )reno )renos7 s7 etc. etc. 3.4. Palancas de Control 3.*. Ca2les de I'a(e. Tipos Tipos de Ca2les5 Ca2les5 Reg"lar Reg"lar , Tipo Tipo 6ang.
18 18 18 11
I9. I9. Comp Compon onent entes es del del +ist +istem ema a de I'a( I'a(e e -da -da Part Parte e
11
4.1. 4.1. :str"ct :str"ct"ra "ra de los Ca2les Ca2les 4.1.1. N;cleo o
aldes o +?ips 4.3. 4.3. Polea Polea 4.4. Castillo o :str"ct"ra de Despla'amiento
11 11 1 1 1 13
9. Conc Concl" l"si sione oness , Reco Recome menda ndaci cion ones es 9I. >i2liogra)@a 9II.
14 1/ 10
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INTRODUCCIÓN
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 tamao de los sistemas de izaje. Esta elección, facilita que una !ran, mediana y pequea
miner"a y miner"a
artesanal decidan por las soluciones de los problemas de transporte vertical. Lo importante es que, se evita el sobre esfuerzo humano, al utilizar estas maquinarias; que permiten mejorar la productividad y la velocidad de extracción vertical o inclinada. En necesario comentar tambi#n que, adem$s de las excavaciones subterr$neas para la explotación de yacimientos o para la apertura de c$maras de !randes dimensiones, existen labores como son los piques o pozos y las chimeneas verticales o inclinadas que se caracterizan por el trazado lineal y las dificultades de perforación; las cuales, han sido superadas en estos últimos tiempos, mejorando los avances y el control preventivo de ries!os, superación de los peli!ros propios de la construcción de este tipo de infraestructuras, que son sinónimos de alta se!uridad en %inches y piques o pozos subterr$neos.
3
I.
GENERALIDADES
1.1. C!"#$% &# I'()# &uando una mina opera con pozos o piques, es decir cuando el encampe de la mina no es favorable para hacer niveles principales de extracción se establece el izaje o movimiento de mineral por el pique. Los piques son labores verticales que sirven de comunicación entre la mina subterr$nea y la superficie exterior con la finalidad subir o bajar al personal, material, equipos y el mineral, y esto se realiza mediante el sistema de izaje.
1.2. F("%*#+ $(*( +, "!+%*,""! a' (ecesidades de extracción del mineral b' )educción de los costos de producción c' *rofundización de los niveles de extracción
1.3. C!+&#*("!#+ &# &+#/ a' +n$lisis de costo. b' El $rea debe ser favorable y suficientemente !rande para las instalaciones desde la superficie. c' La naturaleza del suelo debe ser adecuada para las cimentaciones, realizando para ello estudios de !eotecnia conduncentes a la clasificación del macizo en el $rea destinada para el diseo del pique. 1.. T$+ &# I'()# Los sistemas de izaje se dividen principalmente en dos tipos -zaje no balance ado. Es aquel que se realiza a trav#s de un pique de un 4
solo compartimiento, donde no hay un peso descendiente producto de un carro minero, s/ip o jaula que ayude a izar a los carros o jaulas ascendentes. Es la forma m$s simple de izaje. -zaje balance ado.0e realiza en un pique de dos compartimientos, donde el peso ascendente del carro minero, s/ip o jaula es compensado por otro de #stos que desciende pero vac"o por el otro compartimiento. *ara el caso del presente trabajo, el sistema de izaje es no balanceado, debido a que este es el m$s óptimo para minas de pequea producción. *or lo tanto, el pique inclinado contar$ con un solo compartimiento, por donde se realizar$ el izaje de los carros mineros. 1.. C" &# I'()# Es el ciclo del izado de mineral y desmonte del nivel inferior hacia el superior, es decir lo podemos dividir en las si!uientes actividades a' 1escenso de carros mineros vac"os b' 2anipuleo de los carros vac"os y preparación de carros llenos para el izado por el pique 3(v. -nferior' c' +scenso de carros mineros llenos d' 2anipuleo de los carros mineros llenos y preparación de carros vac"os para que desciendan por el pique 3(v. 0uperior'
1.. 4!"5#+ &# '()# 1..1 D#6!"! &# 4!"5# &# I'()#7 El 4inche de izaje, es una maquinaria utilizada para levantar, bajar, empujar o tirar la car!a; el 4inche de izaje, es utilizado tambi#n para bajar e izar personal del interior de la mina; siempre que cumpla con exi!encias m"nimas de se!uridad. En otras palabras el sistema de izaje a trav#s de los *iques de una mina, tiene semejanza a los ascensores de los edificios; en las minas importantes 5
del *erú, se utiliza el 4inche como maquinaria principal de transporte vertical 3para el arrastre de mineral, se utilizan los %inches de rastrillaje'. Equipos similares de izaje
son los elevadores el#ctricos de aire o
hidr$ulicos, !rúas móviles, puentes!rúa y teclees. 1..2 C8$!#!%#+ &# ,! 4!"5# &# I'()#7 1ependiendo de las dimensiones y necesidades, un 4inche de izaje tiene los si!uientes componentes
5ambora 3una o dos';
2otor;
0istema de se!uridad Lilly control, frenos, etc.;
*alancas de control;
&ables;
6aula, baldes o s/ips;
*oleas;
Estructura de desplazamiento o castillo.
1..3. T$+ &# 4!"5# &# I'()#7 a. 4inches de tamboras; b. 4inches de fricción; Los *equeos *roductores 2ineros y 2ineros +rtesanales, utilizan %inches de izaje de tamboras, por ser maquinarias que se adaptan a su infraestructura y requerimientos de izaje. Ejemplos resaltantes de %inches de izaje de fricción tenemos en las minas de &asapalca 37auliyacu 8 9lencord' y &erro de *asco 3*ara!sha 8 :olc$n &"a. 2inera'
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II. SISTEMAS Y NORMAS DE SEGURIDAD DE LOS 4INC9ES DE
IZAJE P*8#*( P(*%#7
La construcción, operación y mantenimiento de todos los equipos y accesorios deben estar de acuerdo a las normas t#cnicas establecidas por los fabricantes.
&ada equipo de izaje y accesorios debe tener claramente indicado la capacidad m$xima y una tabla de $n!ulos de izaje; la misma que debe ser pe!ada en un lu!ar adecuado y f$cilmente visible para el operador.
La inspección de equipos, componentes y accesorios, es esencial para ase!urar que el sistema de izaje se encuentre en buenas condiciones de operación y funcionamiento.
Los titulares ser$n responsables del mantenimiento, as" como de las inspecciones periódicas a la que deben estar sujetos los sistemas de izaje.
Las inspecciones al sistema de izaje, deben ser realizadas por personal competente, a fin de mantenerlos en condiciones se!uras de trabajo; y mostrar en lu!ar visible, la constancia de dichas inspecciones.
El supervisor responsable del $rea de trabajo, es quien autoriza el uso del equipo de izaje sólo al personal calificado y certificado por terceros.
La capacitación, entrenamiento y certificación al personal, únicamente lo debe hacer una empresa de servicios de entrenamiento y capacitación, calificada y certificada, en armon"a con la modificación del )e!lamento de 0e!uridad e i!iene 2inera.
S#:,!&( P(*%#7
*ara ase!urar el uso correcto del sistema de izaje, se requiere la capacitación del personal.
7
&ualquier trabajo con movimientos de car!a en altura, debe sealizarse en los niveles inferiores con avisos o barreras advirtiendo la probabilidad de ca"das de objetos.
1urante las operaciones de izaje con %inches, sólo debe usarse seales est$ndares; ya sea de sonido, de iluminación o micrófonointercomunicador.
+l comenzar el levante, la persona responsable de las seales o 5imbrero, debe estar adecuadamente identificada y coordinar con el 4inchero cualquier tipo de movimiento.
La única excepción a la re!la, es una ;+#/( &# #8#*:#!"(< para detener la marcha; esta seal, puede ser ejecutada por otra persona que no sea el sealero o 5imbrero.
El equipo de izaje debe ser usado para el propósito diseado.
(o debe exceder la capacidad de car!a.
1ebe brindarse acceso se!uro, libre, ordenado y limpio a las estaciones de izaje.
Los equipos de izaje motorizados deben estar provistos de interruptores l"mites de se!uridad, tanto para la acción de traslado como de levante m$ximo; as" como limitadores de velocidad, ruptura de cable 3leonas', etc.
En todo equipo de izaje accionado el#ctricamente, se debe ase!urar que los conductores no sean atrapados por efectos de la acción de izaje. El sistema debe poseer todas las protecciones del caso, incluyendo la conexión a tierra.
El número de hilos rotos en el tramo de 3<' dos metros del cable, no debe exceder del diez por ciento 3=>?' de la cantidad total de hilos; de darse el caso, dicho cable, deber$ ser retirado y reemplazado inmediatamente por otro nuevo.
El cable deber$ ser remplazado tambi#n, cuando ha sufrido dobleces o presenta &@&+1+0.
En el caso de tambores de enrollado de cables, se debe ase!urar que, permanezcan en el tambor por lo menos tres vueltas del referido cable.
El pique 3infraestructura principal del 4inche', debe estar ubicado se!ún diseo y *lanos; y debe tener acceso con los niveles principales para el 8
transporte de personal, herramientas, materiales, explosivos, mineral y desmonte.
El 4inche jalar$ uno o dos jaulas de transporte de personal, pero cuando se trate de acarreo del mineral, nunca se debe transportar personal. Las horas de izaje de mineral o desmonte, deben ser independientes de las horas de izaje de personal.
(o est$ permitido llevar material y personal juntos en una misma jaula.
5ampoco est$ permitido llevar personal en los baldes de mineral ni en los 0/ips
La operación del 4inche requiere de alta responsabilidad y mucha personalidad en la coordinación y el cumplimiento de las ordenes. La comunicación entre el 5imbrero y el 4inchero debe ser clara y precisa, en cumplimiento del E05+(1+), *)@&E1-2-E(5@ 7 *)A&5-&+0 del 0istema de -zaje
1iariamente o cuando el sistema a dejado de funcionar por una hora o m$s,
se debe hacer un chequeo !eneral denominado ;P*,#=( #! >("?<@ y verificar el funcionamiento del tablero de control, las luces que indiquen al!ún desperfecto en el sistema de izaje; y fundamentalmente ase!urarse de que el *ique y las 9u"as, est#n libres de obstrucciones, presencia de cuerpos extraos y otros motivos que induzcan a un posible accidente.
0emanalmente debe realizarse la limpieza, en!rase, chequeo del estado del cable de un compartimiento del *ique y el respectivo mantenimiento a los componentes de todo el sistema de izaje.
0e debe respetar el manual de funciones, el códi!o de seales y el códi!o de colores establecido.
III. COMPONENTES DEL SISTEMA DE IZAJE En el punto =.B.<., se habló de los &omponentes del 4inche; donde mencionamos que, dependiendo de las dimensiones y necesidades, un 4inche tiene los si!uientes componentes
5ambora 3una o dos'; 9
2otor;
0istema de se!uridad Lilly control, frenos, etc.;
*alancas de control;
&ables;
6aula, baldes o s/ips;
*oleas;
Estructura de desplazamiento o castillo.
3.1. T(8=*( ,!( &+ 0on cilindros met$licos donde se enrolla el cable. *odr"amos hablar del enrollado activo que es el cable que verdaderamente trabaja y el enrollado de reserva para los cortes re!lamentarios que dispone la ley de se!uridad y para reducir el esfuerzo ejercido por el cable, a la unión con el tambor.
3.2. M%* Es el propulsor de la acción mec$nica, es el que realiza el trabajo de izaje. Las caracter"sticas del motor se eli!e de acuerdo al requerimiento y la capacidad de la car!a que se quiere izar y a las dimensiones y modelo del pique.
3.3. S+%#8( P*##!%+ &# C!%*7 L C!%* 6*#!+ #%". Es el dispositivo encar!ado de re!ular la velocidad, este actúa en caso de una súbita aceleración o desaceleración de la velocidad, ocasionado por una posible falla mec$nica, el Lilly control, acciona el dispositivo de emer!encia del sistema de izaje. 3.. P((!"(+ &# "!%* 0on los dispositivos de control y manejo del 4inche. Estos deben ser manipulados sólo por el operador o maquinista autorizado.
3.. C(=#+ &# I'()#7 10
1ependiendo del tipo de izaje en los %inches; 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 desempear
el
trabajo
de
izar
los
s/ip
o
las
jaulas.
*ara formar cables, se arrolla un !ran numero de hilos de aluminio o acero de alta resistencia 3entre =C> y =D> /!mm<'. Estos hilos se disponen en cordones y torones, se!ún sea el caso. ---. &omponentes del 0istema de -zaje 3..1.
T$+ &# "(=#+7
1e acuerdo a su torcido pueden ser a. )e!ular. b. 5ipo Lan!. a. R#:,(*7 Los alambres del torón, est$n torcidos en dirección opuesta a la dirección de los torones del cable. b. T$ L(!:7 Los torones en un cable tipo Lan!, est$n torcidos en la misma dirección 3lan! derecho o lan! izquierdo'. Los cables con torcido lan! son li!eramente m$s flexibles y muy resistentes a la abrasión y fati!a, pero tiene el inconveniente de tener tendencia a destorcerse por lo que únicamente deber$n utilizarse en aquellas aplicaciones en que ambos extremos del cable est$n fijos y no le permitan !irar sobre si mismo.
I>. COMPONENTES DEL SISTEMA DE IZAJE 2&(. PARTE7 .1. E+%*,"%,*( &# + "(=#+7 Los cables se componen de a. (úcleo o alma; 11
b. 5orones. .1.1. N"# (8(7 El alma del cable sirve como soporte a los torones que est$n enrollados a su alrededor. El alma se fabrica de diversos materiales, dependiendo del trabajo al cual se va a destinar el cable, siendo lo m$s usual el de alambre de acero o el alma de torón que est$ formado, como su nombre lo indica, por un torón i!ual a los dem$s que componen el cable; hay alma de fibra que puede ser de fibras ve!etales o fibras sint#ticas. El alma de acero se utiliza para zonas donde el cable esta sujeto a severos aplastamientos o cuando el cable trabaja en lu!ares donde existen temperaturas muy elevadas que ocasionen que el alma de fibra se daen con el calor. 5ambi#n este tipo de alma proporciona una resistencia adicional a la ruptura, de aproximadamente un =>?, dependiendo de la construcción del cable.
.1.2. T*!#+ C*&!#+7 Fn cable est$ formado por un conjunto de torones o enrollados. &ada torón, est$ formado por un conjunto de hilos. La mayor"a de hilos utilizados en la construcción de cables son redondos y de di$metro comprendido corrientemente entre < y C mm. El alma de acero se utiliza para zonas donde el cable esta sujeto a severos aplastamientos o cuando el cable trabaja en lu!ares donde existen temperaturas muy elevadas que ocasionen que el alma de fibra se dae con el calor. 5ambi#n este tipo de alma proporciona una resistencia adicional a la ruptura, de aproximadamente un =>?, dependiendo de la construcción del cable. 12
.2. J(,( =(&#+ +$+7 Es uno de los componentes esenciales del sistema de izaje; las jaulas, baldes y s/ips, cumplen la función de transportar en su interior al personal yo mineral se!ún los requerimientos de producción, respetando
las
condiciones establecidas en el re!lamento de se!uridad minera.
.3. P#(7 Es una rueda acanalada que !ira alrededor de un eje central por el que pasa el cable en cuyos extremos se encuentra la jaula o s/ip 3resistencia' y en la otra el %inche o tambora 3potencia'. L(+ $#(+ +# $,#&#! "!+%*,* &# 3 6*8(+7 =. *or fundición; <. *or acero moldeado; C. *or construcción soldada. Las poleas soldadas son menos pesadas y las m$s resistentes y son las m$s empleadas en la construcción de piques. La polea de izaje debe ser hecha y mantenida para acomodar adecuadamente el cable. El di$metro de la polea est$ establecido por re!las de se!uridad para piques. III. comp.
.. C(+% E+%*,"%,*( &# D#+$('(8#!%7 Es la cúspide de la estructura del pique donde se encuentra la polea que diri!e el movimiento del cable.
13
Es una estructura vertical que se levanta por encima del collar del pique. 1e la cúspide de la torre o del castillo baja una estructura inclinada que sirve de sost#n a toda la torre y contrarresta la tensión de los cables. ---. &omponentes del 0istema de -zaje La torre vertical y la estructura inclinada son las partes fundamentales del castillo y soportan en su cima la caseta de las poleas. La estructura del castillo puede ser de madera o de acero y se debe construir respetando el re!lamento de se!uridad existente. ay una escalera de servicio que sube a lo lar!o del pique. 6unto al pique hay una tolva donde se descar!a el mineral para lue!o transportarse a la planta concentradora.
14
>. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .1. CONCLUSIONES
El sistema de izaje es indispensable para trabajos de miner"a subterr$nea donde exista piques, chimeneas.
El uso de maquinaria para el sistema de izaje reducen el costo de producción y rendimiento.
0on m$quinas vers$tiles ya que se usa como medio de transporte de personal, de maquinaria y mineral
Este sistema es muy usado en la explotación de yacimientos petrol"feros.
&on este tipo de trabajos mono!r$ficos se incentiva al estudiante a poner en practica la investi!ación relacionada al entorno profesional.
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.2. RECOMENDACIONES
&ontrol constante del trabajo del %inche de izaje para evitar accidentes.
*ara el manejo de maquinaria de izaje se debe requerir personal altamente capacitado.
2antenimiento y supervisión de los componentes del %inche de izaje.
acer un estudio anticipado !eot#cnico del suelo donde se instalaran los equipos de izaje.
16
>I. BIBLIOGRAFIA
)obert *eele 3=GB=' 8 H2inin! En!ineers handboo/I, tercera edición. (orman Jroo/ 3=GK=' 8 2echanics of Jul/ 2aterials andlin!I. &ap"tulo K, 0ociety for 2inin!, 2etallur!y and Exploration, -nc. 302E', *arte - &ap"tulo :, p$!s. =>D' 8 H+puntes del curso de miner a subterr$neaI 2ario &edrón Lassus, *ontificia Fniversidad &atólica del *erú 8 0ección -n!enier"a de minas 3<>>D' 8 H+puntes del curso de 5ransporte en minasI 0ilvia )osas Liz$rra!a, *ontificia Fniversidad &atólica del *erú 8 0ección -n!enier"a de minas 3<>>K' 8 H+puntes de clase de !eolo! a de minasI Nernando 9ala 0oldevilla, *ontificia Fniversidad &atólica del *erú -n!enier"a de minas 3<>>D' 8 H+puntes de clase de valorización de minasI &at$lo!o t#cnico de cables de izaje 4ire O )ope 0trand, +. (oble O 0on L51. &at$lo!o t#cnico de locomotora de <52, modelo 4)K, 0erminsa. )e!lamento de 0e!uridad y 0alud @cupacional en 2iner"a, 10 ><>=>. Ley de re!al"a minera, (ro.
17
+(EM@0
18
&omponentes del sistema de izaje
sistema de izaje
4inche&hacua:5 del *ique &hacua.
=a"las
Unidad de Prod"cci#n Uc&"cc&ac"aB>"enaent"ra.
&able con !rasa nueva
4inche despu#s de la lubricación
19
-ma!en del cable de izaje
&orte transversal del cable
-ma!en del nucleo del cable de izaje
&astillo del *ique Esperanza&hun!ar. :olc$n &"a. 2inera. &erro de *asco.
*olea usada en el sistema de izaje
4inche de -zaje
20
&able tipo re!ular
&able tipo lan!
*rueba con car!a sacos de arena
*rueba con car!a en ascenso y 1escenso
+rmado de ducto con 0e!mentos met$licos
+juste de pernos con sujeción entre se!mentos y entre anillos
21
*)@JLE2+ 1E +*L-&+&-Q( *)@JLE2+0 1E -R+6E En la instalacion de una extracción de mineral por un pique vertical de sección circular se emplea s/ip para las si!uientes condiciones de operación • • • • • • • • • •
*rofundidad de extracion =P>> pies. *rofundidad del pozo =D>> pies. 5onelaje diario a extraer =D>> 5m. 5iempo neto de extracción de =< hrdia. (S de cables de extracion <. :elocidad m$xima <> piesse!. +celeración m$xima =C.< piesse! <. 5ipo de cable terrones redondos. 5ipo de tambor canadiense. 5ipo de motor de inducción.
&+L&FL+) a' b' c' d' e' f' !'
La capacidad horaria 3Th'. La car!a útil de s/ip 3Ts'. El peso del s/ip 3*s'. 1i$metro del cable de izaje. 1imensiones del tambor del %inche. *eso del cable si es Px=G de acceso mejorado. Nuerza debido a la aceleración.
0@LF&-Q( a' &alculo de la capacidad horaria ThU
.
ThU => 5mdia b' &alculo útil del s/ip T0U
U
UB.=K5m
c' *E0@ 1EL 0V-* *0 U>.KT0U>.KWB.=K5mUC.=C5m d' EL 1-+2E5)@ 1E E6E 1EL &+JLE , V=UB=.D 22
V.>>>DB
dUX 3T0 Y *0 '3V= V<V<'Z=< ( dUX3B.=KYC.=C'3B=.DP.>.>>>DBW=P>>'Z>. < dU>.D*ul!UKDI e' 1-2E(&-@(E0 1E 5+2J@) 1E L+ 4-(&+ *+)+ E05E &+0@ 0E E05+(1+)-R+ 31'
dU>.D*ul!UKDI
1UPDdUPD3KD'IUG.I +LL+(1@ +- &@2@ E0 1@JLE 5+2J@)
0U=.>dU=.>W3KD'IU>.G=G
+-U30W1W 'WK0U +-U=>>.D*ul! L+0 1-2E(&-@(E0 1E 5+2J@)+ 0@( G.W=>>.D*ul!
f' *E0@ 1EL &+JLE 3*&+JLE' 5abla P x =G d KDI *cableU =.>pies U C< tc U >.GCP tm !' NFE)R+ 1EJ-1@ + L+ +&ELE)+&-Q( Na U mxa U 3*'a! U 3&2'a! 2U*s Y *m Y *cable 2UC.=C5m Y B.=K5m Y >.GCP5m 2UD.
23
