PALAS CARGADORAS. Las palas mecánicas aparecieron en los años 30 y su mayor desarrollo lo alcanzaron en los años 70. Inicialmente las palas eran sistemas de carguío montados sobre rieles u orugas, hoy en día dichas palas se pueden observar en la pequeña y escasamente en la mediana minería, ya que la aparición del sistema LHD (Load Haul Dump) prácticamente las desplazó.
Ventajas y Desventajas:
-
Bajos costos. No contamina. Contaminación auditiva.
Existen varios tipos; dependiendo del trabajo que realizarán se escogerá el adecuado.
2.1. TIPOS DE PALA CARGADORA
-
Existen: Palas cargadoras montadas sobre rieles. Palas cargadoras montadas sobre orugas.
2.2. TIPOS DE ACCIONAMIENTO. Estas palas cargadoras son accionadas mediante:
-
Energía eléctrica. Energía neumática (aire comprimido). Energía producida por un motor diésel.
PALA CARGADORA MONTADA SOBRE RIELES CON ACCIONAMIENTO NEUMÁTICO Son equipos de volteo posterior muy simples y robustos que van sobre rieles durante la operación, para su funcionamiento es accionado por energía neumática, son fáciles de operar, son utilizadas en limpieza de mineral, escombros y desmontes en túneles, galerías y cruceros, etc. Estas palas están diseñadas para cargar a los vagones mineros jalados por locomotoras sobre vías cuya trocha varía de 460 mm a 750 mm. Esta pala cargadora tiene un giro de 30° a 40° en forma horizontal durante la operación, haciendo posible un buen carguío mineral. La sección de la labor donde opera esta pala varía de 2 x 2.30 metros hasta 2.40 x 3.20 metros que corresponde a palas de menor capacidad a máxima capacidad respectivamente.
PARTES PRINCIPALES DE UNA PALA NEUMÁTICA SOBRE RIELES Los componentes de toda pala cargadora son desmontables en partes, lo cual hace posible su traslado, por los diferentes componentes de la mina como piques, galerías, cruceros, etc. Estas partes son:
-
Cuerpo giratorio y mecánico de oscilación (30° a 40° respecto al eje del equipo). Ruedas motrices (4). Sistema de energía (aire comprimido). Palanca de accionamiento (1 para traslado adelante, atrás), 1 para el balde o cuchara. Winche incorporado. Brazo cicloidal y pala (permite que la carga no caiga de la pala mientras carga al carro). Compartimiento del operador (de pie a un costado de la pala).
FOTO.- Vista de la pala neumática Eimco 12B capacidad 0.35 yd3 con estribo, ubicado en la Gl 760E del Nv 1750 – Mina Austria Duvaz.
EXIGENCIAS LEGALES DE SEGURIDAD PARA CARGA, ACARREO Y DESCARGA EN MINERIA CON RIELES Artículo 293.- Para carga, acarreo y descarga en labores donde se utilice rieles, el titular de actividad minera cumplirá lo siguiente: a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
Las locomotoras y automotores estarán provistos de faros delanteros y posteriores, frenos y bocina; además de señales portátiles o dispositivos de material altamente reflexivo de color rojo en el último carro del convoy. Las dimensiones de los rieles, así como sus empalmes y soportes, se ajustarán a las especificaciones de fábrica dadas a esa clase de material para el peso y velocidad de los vehículos que transitan sobre ellos. En las labores de acarreo con locomotoras se dejará un espacio no menor de setenta (70) centímetros entre los puntos más salientes d e los vehículos, cuando menos a uno de los costados de la galería, para permitir la circulación del personal. La pendiente máxima permisible en las galerías y demás labores horizontales en donde haya que utilizar acarreo mecánico sobre rieles será de seis por mil (6 x 1000). Los enganches de los carros en planos inclinados deberán tener sistemas de engrapes adecuados para evitar que puedan desprenderse durante la marcha. Durante la limpieza del mineral derribado se deberá usar siempre los estribos de las palas mecánicas. Se tomará las precauciones de seguridad necesarias para evitar que los carros o vagonetas puedan trasladarse más allá del límite fijado, colocando barreras
h)
i)
j)
delante de dicho límite. Cuando por las galerías se realice el tránsito mecanizado de vagonetas, se establecerá refugios a distancias no mayores de cincuenta (50) metros. Estos refugios tendrán dimensiones mínimas de un (1) metro de ancho por un (1) metro de profundidad y uno punto ochenta (1.80) metros de altura y se conservarán siempre libres de materiales y de escombros. El cable de troley en las instalaciones subterráneas estará instalado de manera tal que quede perfectamente aislado de todo material combustible y con los dispositivos de seguridad convenientes al caso. Los cables de troley deberán estar instalados a una altura no menor de uno punto ochenta (1.80) metros sobre los rieles y estarán protegidos en las zonas de circulación intensa de trabajadores para evitar contactos con ellos o con las herramientas. La velocidad máxima de las locomotoras en i nterior mina no debe ser mayor de diez (10) kilómetros por hora. En túneles y socavones principales, se permitirá velocidades mayores, sustentados en un informe técnico elaborado por el titular de actividad minera, sujeto a fiscalización por la autoridad competente.
PARÁMETROS PARA EL CÁLCULO DE CAPACIDAD DE PALAS NEUMÁTICAS SOBRE RIELES A. Rendimiento del Equipo ( R ): Para poder calcular utilizamos la siguiente relación.
= 60
; , ℎ ℎ
Donde: Vc = Volumen o capacidad de la cuchara. K1 = Grado de llenado de la cuchara (depende del tamaño de material a cargar). Kd = Coeficiente de dificultad de carga. Para material fino y liviano = 1, para material grueso y pesado = 0.2. Ku = Coeficiente de utilización del equipo. T 1 = Tiempo de operación del ciclo. El coeficiente de utilización del equipo (Ku), lo podemos calcular mediante la siguiente relación.
= + /
Donde: Vv = Volumen de tolva del vagón minero. Vc = Volumen o capacidad de la cuchara (m3, Yd3). K1 = Grado de llenado de la cuchara. T 2 = Tiempo utilizado durante el cambio de una vagoneta (Minutos). T 3 = Tiempo de cambio de comboy cargado por un comboy vacío (minutos). N = N° de carros mineros del comboy.
Tiempo de carguío de un Vagón Minero (T).
= . + Tiempo para cargar un comboy (Tcom)
= . + + CARACTERÍSTICAS DE LAS PALAS CARGADORAS NEUMÁTICAS SOBRE RIELES
MODELO DE PALA LM36/H
LM56/H
LM70/H
LM250/H
0.14
0.26
0.40
0.60
Motor de Tracción (HP)
8.70
13.40
13.40
25.00
Motor de Cuchara (HP)
9.80
25.00
18.00
25.00
60.00
60.00
60.00
60.00
460/900
460/900
600/900
600/900
200.00
280.00
355.00
425.00
1.5/1.8
2.0/2.7
3.5/4.0
5.0/5.6
23.00
37.00
50.00
60.00
2.00x2.70
2.10X2.50
2.30x2.80
2.40x3.20
87.00
87.00
87.00
87.00
Capacidad de Cuchara
(m 3)
Velocidad de Marcha (m/min) Ancho de Vía (mm) Consumo de Aire (CFM) Capacidad del Vagón
(m 3)
Peso de Riel (Lb/yd) Sección Trabajo (hxa) (m 2) Presión de Trabajo (PSI)
CAPITULO III MAQUINARIA DE CARGUÍO Y TRANSPORTE EN EL SISTEMA TRACKLESS MINING 1.1. Trackless Underground Mining (minería subterránea en rieles) En el Sistema trackless, se aplican equipos mecanizados de bajo perfil que se movilizan sobre neumáticos los cuales están diseñados especialmente para su uso en minería subterránea. Trackless significa todas las operaciones de minado pero mecanizado, desde las fases de minería: exploración, desarrollo, preparación y explotación, pasando por las operaciones unitarias de minado, servicios auxiliares hasta la puesta del mineral en planta concentradora (transporte), el cual significa perforación mecanizada, carguío mecanizado de explosivos, relleno mecanizado, sostenimiento mecanizado, sistema de ventilación forzado, equipos de servicio mecanizados (transporte de materiales, personal y equipos), equipos de drenaje y bombeo, desatadores de rocas sueltas, equipos para colocar pernos de anclaje, etc. El sistema trackless mining ha mejorado todos los servicios de mina mediante la agilización de los mismos es decir un minado mediante el sistema trackless es más rápido. Lo cual contribuye al aumento de productividad y a la disminución de los costos de operación y producción.
1.1.1. Aplicación del sistema trackless. Este sistema es aplicable a cualquier tipo de mina, la interrogante es la forma de su aplicación. Es decir se aplica a cualquier tipo de yacimiento sean vetas angostas, cuerpos y mantos, no tienen limitaciones, minas de carbón, metálica y no metálicas, minas que se encuentran en operación pues su aplicación puede ser parcial y paulatina, en minas nuevas su aplicación puede ser integral. En minas nuevas se debe considerar la aplicación del sistema trackless sobre otros sistemas por sus notables ventajas com o son menor inversión en viviendas e infraestructura, alta productividad, mejores rendimientos y eficiencia en el trabajo con gran flexibilidad en la operación, este sistema es adaptable f ácilmente a los métodos convencionales de minado.
1.1.2. Alcances de sistema. Una de las razones para que muchas minas usen el sistema trackless es debido a que con este sistema el tiempo para pagar la inversión total de un proyecto minero se reduce a la mitad que usando el sistema con rieles. El sistema trackless permite mejorar la velocidad y flexibilidad en las operaciones de minado en reemplazo a la lenta y rígida minería tradicional por lo que es un ejemplo claro de optimización de costos.
Los menores costos de operación permiten reducir la ley de cabeza del mineral explotado.
1.2.
SISTEMA LOAD, HAUL, DUMP (LHD).
En la evolución de los equipos de carguío para m inería subterránea aparecen los LHD que basados en el concepto de cargar, transportar y descargar surge como la solución más efectiva para compatibilizar el tema rendimiento – capacidad – maniobrabilidad principalmente a la necesidad de minimizar el desarrollo de infraestructura y por ende el costo que implica construir accesos a labores subterráneas.
Campo de aplicación de los equipos de bajo perfil. En la minería sin rieles que utilizan equipos de bajo perfil es aplicado a todos los métodos de explotación convencional, siendo utilizados en minería metálica, no metálica y del carbón, los resultados obtenidos con estos equipos son satisfactorias, ya que aumentan la productividad y mejoran las condiciones laborales del personal minero.
Equipos de bajo perfil según el tipo de energía de accionamiento. a) Con equipo Diésel.- Los campos de aplicación son para trabajos a largas distancias en labores donde no se tienen problemas de ventilación, cuando se requiere de gran movilidad y flexibilidad en el trabajo y en labores con abundante agua.
b) Con equipos Eléctricos.-Son empleados cuando las labores presentan problemas de ventilación, en minas profundas donde la temperatura del ambiente subterráneo es alto. Cuando se requieren mejores condiciones ambientales en el trabajo.
Ventajas y Desventajas de Equipos de Bajo Perfil. Ventajas:
- Menor costo de instalación. - Adaptabilidad de los equipos a los diferentes métodos de explotación. - Alto grado de utilización de los equi pos. - Se requiere un bajo número de equipos, ya que los equipos LHD cumplen la función de carguío, transporte y descarga. - Buena flexibilidad, maniobrabilidad y versatilidad. - Alta productividad en comparación con equipos convencionales entre un 200 y 500% (duplica, quintuplica). - Se puede trabajar con eficiencia en caminos con gradientes de 2.5% en el acarreo con scooptram y con camiones mineros (volquetes) cargados se puede acarrear en rampas con gradientes de hasta 12% en subida. - A distancias menores de 250m los rendimientos de carguío y acarreo son más altos.
- Cuando la distancia son mayores a 300m los scooptram ofrecen la posibilidad de -
cargar el mineral a volquetes mineros. El requerimiento de mano de obra es mínima por tonelada transportada. Menor costo de operación por tonelada extraída, mejora la disposición de la mina.
Desventajas:
- Alto costo de inversión inicial. - Escaso personal especializado. - Mantenimiento y reparación costosos. - Disponibilidad baja de repuestos. - No operan eficazmente en minas profundas que tengan altas temperaturas. - Aumento en los requisitos en cuanto a ventil ación.
SCOOPTRAM Son equipos de bajo perfil utilizados para el carguío, acarreo y descarga del mineral derribado (volado) desde los frentes de ataque y/o tajeos hasta los echaderos. También estos equipos se pueden usar para el carguío directo a los camiones (volquetes) mineros.
Partes del scooptram Las partes principales varían de acuerdo al tipo de energía de accionamiento y de acuerdo al modelo, siendo las partes principales las siguientes:
a) Cuchara.-El cambio de posición de la cuchara con el brazo facilita un buen ángulo de recogimiento de la carga e impide la salida del material transportado.
b) Sistema hidráulico.- Contiene el cilindro de vuelco con inversión de fuerza. c) Motor.- (Diésel o Eléctrico). d) Sistema de Iluminación.- Transmitida por baterías tanto anterior como de retroceso.
e) Articulación central.- Esta articulación es altamente resistente al desgaste proporciona al cargador mayor maniobrabilidad debido a su gran ángulo de flexión.
f) Purificador de gases.- Los equipos diésel poseen purificador de gases adicionales para mejorar la calidad de los gases de escape, se emplea los oxidadores catalíticos, diluidores o lavaderos.
g) Cable de suministro o carrete para cables (Scoop Eléctrico).- Los equipos de accionamiento eléctrico requieren de cables tipo GGC N° 2/3C. El carrete contiene en promedio 100m de cable y la tensión normal transportadora por el cable es de 575 voltios. El carrete para el cable es auto enrollable.
h) Cabina de control.- Lugar donde el operador se acomoda en un confortable asiento probado clínicamente, el cual es ajustable en la amortiguación.
i) Ruedas.- Varían de acuerdo de la capacidad, modelo y marca.
VOLQUETES O CAMIONES DE BAJO PERFIL El avance de la tecnología en el transporte de mineral, desmonte y otros materiales de interior de mina a superficie es utilizando equipos o camiones de bajo perfil, cuya capacidad varía de 10 a 65 TM dando como consecuencia una alta producción mecanizada para distancias en el cual los equipos LHD no podrían desarrollar con eficiencia y rendimiento. Estos equipos son usados a gran escala para distancias mayores a 350m, donde los scooptram no son una solución económica. Los camiones mineros son accionados por motores diésel, entre estos vehículos tenemos los dumper, camiones GHH, camiones GETMAN, (Mulas); siendo la descarga del material por volteo posterior. Las características más resaltantes de estos equipos son:
a) Diseñados con poca tara y de gran carga útil. b) Son de pequeñas dimensiones y con radio de giro mínimo. c) Los motores son diésel, refrigerados por aire y cámaras turbulente, diseñado exclusivamente para uso subterráneo. d) Poseen purificadores de gases en el escape. e) Tiene tracción en las 4 ruedas. f) Trabajan en rampas con pisos resistentes a la rodadura del orden del 5%.
PARTES DEL CAMIÓN DE BAJO PEFIL.
RENDIMIENTO Y PRODUCTIVIDAD DEL SCOOPTRAM (TM/hr). Se determina mediante las siguientes relaciones:
= δ2 + 16.67 δ = + + Vv x Vc = δ2 + = 6 0 + ℎ % Donde: Cc = Capacidad de cuchara. δ = P.e del material roto. Fc = Factor de llenado de la cuchara. T = Tiempo efectivo de operación. D = Distancia de acarreo. Tf = Tiempo fijos de acarreo (cuchareo, descarga, maniobras). Vv = Velocidad sin carga o vacío. Vc = Velocidad con carga.
PRODUCTIVIDAD
= Distancia optima de acarreo
( + ) = 2(+) Distancia máxima de acarreo
=2
RENDIMIENTO Y PRODUCTIVIDAD DE CAMIONES DE BAJO PERFIL Se determina mediante las siguientes ecuaciones:
=
δ + ´+ + + Vv x Vc Vs x Vb
Donde: Ct = Capacidad de tolva. Ft = Factor de llenado de tolva. Tf´= Tiempos fijos de operación (carguío, descarga, maniobras, transporte). DR = Distancia de acarreo en rampa. DF = Distancia de acarreo en frente (hora) Vv = Velocidad con tolva vacía. Vc = Velocidad con tolva cargada. Nota.- Si no hay rampa D R se considera cero.
ANÁLISIS DE RENDIMIENTO Y PRODUCTIVIDAD Caso 1.- Cuando los tiempos del ciclo de limpieza son constantes a excepción del tiempo de carguío al camión, el rendimiento de productividad está en relación a la distancia de acarreo y el ciclo de limpieza queda definido por la siguiente relación.
= T´ + Ts´ Donde: Ts-c = Tiempo del ciclo Scoop – Camión T F´= Tiempo fijo del camión. N = N° de pasadas (cucharadas) para llenar el camión. Ts´= Tiempo del ciclo del scooptram.
Caso 2.- Si se considera el cargado al camión la distancia, los tiempos de descarga y maniobras constantes el ciclo de limpieza quedará definido con la siguiente relación.
+ − = + + + Vs x Vb Vv x Vc FACTORES DE OPERACIÓN Y TIEMPOS MUERTOS CON EQUIPO DE BAJO PERFIL EN TRABAJO SIMULTÁNEO. Se puede definir como una relación que existe entre el ciclo de limpieza y el tiempo necesario para mantener ocupado al scooptram durante un ciclo de limpieza, el factor de operación determina la diferencia de operación de acarreo.
´ 100% −= 1 1 + nts =( − 1) − ´ Donde: FOs-c = Factor de operación scooptram – camión. TM = Tiempo muerto N = N° de camiones en operación. n = N° de pasadas (cucharas) del scooptram.
Para valores del factor de operación cercano o iguales al 100% nos indica que el tiempo muerto tiende a cero, quiere decir que no existe tiempos muertos y la operación es eficiente. Si los valores del factor de operación fueran negativas nos indica que el tiempo de espera es del camión. Si los valores del factor de operación fueran positivos nos indica que el tiempo de espera es de scooptram.
