Equipo de Acarreo en Mineria Superficial

ACARREO – CARGUIO EN MINERIA SUPERFICIAL

TRANSPORTE MINERO

UNIVERSIDAD NACIONAL NACIONAL DE PIURA FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS

TRABAJO ENCARGADO

Curso:

Mineria superficial

Docente:

Ing.

Tema:

Equipo de Acarreo en minería superficial

Semestre:

2010 - II

Integrantes: Vasquez Garcia Luis Javier.

Piura, Diciembre del 2012


TRANSPORTE MINERO

INDICE I. INTRODUCCION ............................................ .................................................................. ............................................ ............................. ....... 1 II. OBJETIVOS ............................................. .................................................................... ............................................. .................................... .............. 2 III. MARCO TEORICO .......................................... ................................................................ ............................................ ......................... ... 3 ACARREO Y CARGUIO EN MINERIA A CIELO ABERTO............................. ............................. 3 Algunas relaciones específicas entre proveedores y clientes para el proceso .................................................................................................. ................................. 7 productivo de Acarreo Acarreo. ................................................................. .................................................................................................................... ........................................................ 7 Perforación: ............................................................ ......................................................................................................................... ....................................................... 7 Voladura:..................................................................

Parámetros Geométricos y Geomecánicos: Geomecánicos: ............................................................. 8 Características del material: .................................................................. ........................................................................................ ...................... 8 Servicios Mina: ................................................................... ............................................................................................................... ............................................ 8 ......................................................................... ........... 9 Seguridad, Salud y Medio Ambiente: .............................................................. ...................................................................................................................... ........................................................ 9 Chancado: ..............................................................

Botaderos: .......................................... ................................................................ ............................................ ............................................ ...................... 9

DIMENSIONAMIENTO DE UNA FLOTA DE EQUIPOS PARA LA ....................................... 10 EXPLOTACIÓN DE UNA MINA A CIELO ABIERTO .......................................

Índices de operación. ............................................ ................................................................... ............................................. ........................ 11 1)

........................................................................................... ............................... 11 Índices Mecánicos: ............................................................

2)

Índices de Insumos: .......................................................... ......................................................................................... ............................... 11

3)

Índices Mineros: ................................................................. ................................................................................................ ............................... 11

4)

.................................................................................... .................... 12 Índices de Resultados: ................................................................

Tiempo Cronológico o Calendario (TCR): ............................................................... 12 Tiempo de Operación u Horas de Operación (HOP): ............................................ 13 Tiempo de Reserva u Horas de Reserva (HRE): ................................................... 14 Tiempo de Mantenimiento u Horas de Mantención (HMT): .................................. 14

Horas operacionales .......................................... ................................................................ ............................................ ........................... ..... 15


TRANSPORTE MINERO

INDICE I. INTRODUCCION ............................................ .................................................................. ............................................ ............................. ....... 1 II. OBJETIVOS ............................................. .................................................................... ............................................. .................................... .............. 2 III. MARCO TEORICO .......................................... ................................................................ ............................................ ......................... ... 3 ACARREO Y CARGUIO EN MINERIA A CIELO ABERTO............................. ............................. 3 Algunas relaciones específicas entre proveedores y clientes para el proceso .................................................................................................. ................................. 7 productivo de Acarreo Acarreo. ................................................................. .................................................................................................................... ........................................................ 7 Perforación: ............................................................ ......................................................................................................................... ....................................................... 7 Voladura:..................................................................

Parámetros Geométricos y Geomecánicos: Geomecánicos: ............................................................. 8 Características del material: .................................................................. ........................................................................................ ...................... 8 Servicios Mina: ................................................................... ............................................................................................................... ............................................ 8 ......................................................................... ........... 9 Seguridad, Salud y Medio Ambiente: .............................................................. ...................................................................................................................... ........................................................ 9 Chancado: ..............................................................

Botaderos: .......................................... ................................................................ ............................................ ............................................ ...................... 9

DIMENSIONAMIENTO DE UNA FLOTA DE EQUIPOS PARA LA ....................................... 10 EXPLOTACIÓN DE UNA MINA A CIELO ABIERTO .......................................

Índices de operación. ............................................ ................................................................... ............................................. ........................ 11 1)

........................................................................................... ............................... 11 Índices Mecánicos: ............................................................

2)

Índices de Insumos: .......................................................... ......................................................................................... ............................... 11

3)

Índices Mineros: ................................................................. ................................................................................................ ............................... 11

4)

.................................................................................... .................... 12 Índices de Resultados: ................................................................

Tiempo Cronológico o Calendario (TCR): ............................................................... 12 Tiempo de Operación u Horas de Operación (HOP): ............................................ 13 Tiempo de Reserva u Horas de Reserva (HRE): ................................................... 14 Tiempo de Mantenimiento u Horas de Mantención (HMT): .................................. 14

Horas operacionales .......................................... ................................................................ ............................................ ........................... ..... 15


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Índices operacionales operacionales .................................................................. ................................................................................................. ............................... 15 DIMENSIONAMIENTO DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS PARA OPERACIONES DE ACARREO CARGUIO ............................................ ................................................................... ............................................. ............................................ ........................ 18 COSTOS DE OPERACIÓN DE ACARREO - CARGUIO C ARGUIO ............................................ .............................................. 21

CLASIFICACIÓN DE EQUIPOS DE ACARREO - CARGUÍO ........................ ........................ 24 Descripción de equipos de carguío sin acarreo ................................................... 25 ...................................................................................... .................... 25 Palas electricas o de cables ..................................................................

Retroexcavadoras ............................................................ ....................................................................................................... ........................................... 28 Palas hidráulicas ............................................................... .......................................................................................................... ........................................... 30 Palas neumáticas ............................................................. ........................................................................................................ ........................................... 39

Descripción de equipos de carguío con acarreo mínimo................................... 42 ........................................................................................................... .......................................... 42 Cargador frontal .................................................................

Descripción de equipos de carguío de flujo continúo......................................... 47 Excavador de baldes ................................................................... .................................................................................................. ............................... 47 Dragadoras ............................................................. ................................................................................................................... ...................................................... 47 ............................................................................ ...... 51 Equipos de mixtos o combinados ...................................................................... .......................................................................................................................... 51 Scraper ..........................................................................................................................

Dozer (wheeldozer y bulldozer)

................................................................................52

IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES ................................... ................................... 56 V. BIBLIOGRAFIA .......................................... ................................................................ ............................................ ............................... ......... 57


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I. INTRODUCCION El acarreo y carguío es parte del proceso de retirar el material volado del frente de trabajo hacia un equipo de transporte, para poderlo transportar adecuadamente

a

su

lugar

de

destino

(planta,

botadero,

stock).

Alternativamente, estos equipos de carguío pueden depositar directamente el material removido en un punto definido. En minería superficial como en minería subterránea se realiza este proceso. Dentro del proceso productivo de una mina es el de mayor costo conjuntamente con el transporte de material, debido a que es el proceso con mayor cantidad de equipos involucrados (flota), alto grado de mecanización, menor rendimiento productivo por equipo y se constituye como un proceso de operación prácticamente continuo y lento. El acarreo y carguío, además del 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. Las combinaciones de equipos y secuencias de operación están ligadas directamente con la capacidad del equipo y el tiempo requerido para completar un ciclo de operación, teniendo en cuenta factores como eficiencia, disponibilidad, costos, etc. Los equipos de carguío pueden separarse 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).

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II. OBJETIVOS 

Conocer en forma detallada los equipos que se utilizan o participan en el acarreo de material en minería superficial.



Determinar el dimensionamiento de una flota de equipos a través de sus índices de operación y especificaciones técnicas básicas.



Determinar el costo de operación a través de un análisis de costos eligiendo la mejor alternativa.



Relacionar el presente trabajo directamente con los conocimientos recibidos en clase, reforzando información sobre la variedad de estos equipos que se pueden utilizar en el acarreo en minería superficial.

2


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III. MARCO TEORICO ACARREO Y CARGUIO EN MINERIA A CIELO ABERTO

Dentro de los procesos productivos de mayor costo se encuentra el carguío y transporte de material, debido a que es el proceso con mayor cantidad de equipos involucrados (flota), alto grado de mecanización, menor rendimiento productivo por equipo y constituye un proceso de operación prácticamente continuo y lento. El objetivo del proceso es “Retirar el material volado de la frente y transportarlo adecuadamente a su lugar de destino”, lo cual se puede resumir en la siguiente

secuencia: 

Preparación de la zona de trabajo,



Posicionamiento de equipos,



Retirar el material tronado desde la frente de trabajo (Carguío),



Traspaso del material al equipo de transporte dispuesto para el traslado,



Transporte del material a su lugar de destino (Planta, acopio, botaderos, etc.),



Descarga del material,



Retorno del equipo de transporte al punto de carguío (si es que se requiere su retorno).

Esta secuencia se cumple hasta que haya sido retirado el material requerido de la frente. 3


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Como lo mencionamos anteriormente, este proceso productivo es el más influyente en los costos de operación (45% al 65% del costo mina), por lo que es de gran importancia garantizar un ambiente de operación apto para lograr los mejores rendimientos de los equipos involucrados, tanto en la parte física (material, equipos, mantención, disponibilidad, insumos, etc.), como en la parte humana (operadores, mantenedores, jefes de turno, etc.). El proceso productivo de Acarreo - Carguío y transporte se puede esquematizar de la siguiente forma:

¿Cuándo se lleva a cabo? Una vez que el material ha sido volado y que se ha revisado el área verificando que la operación será segura (tiros quedados, colpas muy grandes, derrumbes, etc.), se procede a preparar la zona de carguío (sello), para lo cual se requerirá (si es necesario) de equipos de apoyo como bulldozers, wheeldozers, cargadores de servicio, camiones de riego, que dejen expedito el sector para la operación de los equipos de carguío y transporte. Cumplido con esto se posiciona el equipo de acarreo con su correspondiente flota de equipos de transporte para iniciar la operación. En minas de rajo abierto la preparación del sello no constituye una operación unitaria para el ciclo de carguío y transporte, ya que por lo general es más de una la zona a cargar y mientras los equipos de carguío y transporte operan en un sector, los equipos de apoyo están preparando otro.

¿Qué se hace? Fundamentalmente lo que se hace es extraer el material quebrado (volado) desde la frente de operación por el equipo de carguío, para luego ser depositado en el equipo de transporte, lo cual se logra posicionando el equipo (cargador frontal o pala) frente al material cargado, en un área donde tanto el equipo de carguío como los equipos de transportes puedan operar sin problemas. El equipo de carguío penetra el material tronado con su balde, llenándolo y desplazándolo hacia el punto de descarga, donde el balde es vaciado sobre la tolva del equipo de transporte (o recipiente). Esto se repite 4


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hasta que el equipo de transporte alcance su llenado operacional y sea reemplazado por otro equipo de transporte para continuar cíclicamente hasta agotar el material de la frente de trabajo. Los equipos de transporte trasladarán el material a su destino parcial o final, ya sea a botaderos (estéril), acopios de mineral con baja ley, acopios de lixiviación, acopios de mineral de alta ley, chancado, etc., donde procederán a descargar el material y retornar a la operación (carguío, reserva o mantención).

¿Con qué se hace? La operación de realiza con equipos adecuados, según la descripción del proceso, es decir dependiendo de la continuidad del proceso y los equipos involucrados. Para el carguío se cuenta con variados equipos como Cargadores frontales, Palas hidráulicas de excavación frontal o retro excavadoras, Palas cable, Dragalinas, Rotopalas, etc., para el caso del transporte se cuenta con equipos como Camiones convencionales (carreteros), Camiones articulados, Camiones fuera de carretera, Ferrocarriles, Correas transportadoras, Mototraillas (auto cargadoras), etc. La flota seleccionada tendrá relación directa con las características de la mina, tanto físicas, geométricas y operacionales (rendimientos exigidos). (Ver texto Maquinarias y Equipos Mineros para la Explotación de un Rajo Abierto).

¿Cuál es el costo de cargar y transportar? En función de los rendimientos exigidos y alcanzados, las características de la explotación, los equipos, la operación y el mercado, se pueden obtener costos de operación que fluctúan entre un 45 a un 65% del costo global de la operación de la mina, pudiendo ser mayores o menores dependiendo de las condiciones de operación en la faena. El carguío oscila entre un 10 y un 20% del costo y el transporte entre un 35 y un 45%. En cuanto a inversiones, también podemos apreciar que los montos involucrados respecto a las otras operaciones unitarias, son mucho mayores ya que un camión de 240 Ton cortas cuesta más de US$ 2.000.000, un cargador frontal adecuado para este camión tiene un valor similar y una pala hidráulica 5


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para este tipo de camiones tiene un valor superior a los US$ 5.000.000. Existen otros equipos de carguío y transporte de menores capacidades, lo cual se verá reflejado en un valor menor. Debemos notar que la capacidad de los equipos incide directamente en el rendimiento de éstos.

Esquema Particular Proveedores - Entradas - Carguío y Transporte Salidas - Clientes. PROVEEDORES

ENTRADAS

Perforación (Malla

Granulometría

SALIDAS

CLIENTES

Mineral

Chancado

Estéril

Botaderos

Material de

Acopios

y operación) Tronadura

Granulometría y

TRANSPORTE

geometría del material tronado

Geometría Geomecánica

y Características del

baja ley

Rendimientos Equipos Carguío y

material

Transporte

Características de Abasividad, material

costos

Planificación

Organización la operación

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CARGUÍO Y

en

Información

Perforación

Información

Tronadura


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Algunas relaciones específicas entre proveedores y clientes para el proceso productivo de Acarreo. Perforación: La perforación de una malla determinada influirá fuertemente en el buen desarrollo del proceso de acarreo y transporte, ya que la granulometría esperada del material dependerá del diseño de la malla (relacionado a la vez con las propiedades físicas de la roca a perforar). Una buena malla de perforación, así como una buena perforación (tiros bien perforados según las especificaciones técnicas) garantizará primeramente la buena operación del equipo de carguío (factores de llenado adecuados, frecuencia de aparición de colpas menor, menor desgaste de los baldes, menor sometimiento a sobre esfuerzos de los equipos por choques o arranque de material, etc.), y garantizará una mejor operación del transporte (menor daño por impactos de colpas en la tolva, mejores factores de llenado, mejor descarga de materiales, etc.). Como cliente, la perforación requerirá que las zonas abandonadas por el carguío queden expeditas, para continuar después las actividades de perforación, es decir que sus accesos y superficies a perforar en el futuro cumplan con los mínimos requerimientos para que los equipos de perforación puedan realizar sus actividades.

Voladura: Similar importancia tiene el buen resultado de la voladura, ya que la granulometría también dependerá de los factores de carga aplicados (u obtenidos) en los distintos sectores a tronar, podríamos pensar que mientras mayor sea el factor de carga, menor será la granulometría y más fácil se haría la operación de carguío, lo cual no es necesariamente cierto, ya que existe otro factor importante en el resultado de la voladura que es la proyección del material (ola de material tronado), la cual se incrementa con el factor de carga. Para cada tipo de equipo de carguío existe una proyección de material adecuada (para los cargadores la ola deberá ser de poca altura y de mayor extensión, para palas cable lo ideal es una ola alta y de poca extensión). El rendimiento de los equipos de carguío mejorará según la geometría de la ola

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de material a cargar, lo cual significará menores actividades de preparación de la zona de carguío y con ello iniciar la operación en un menor tiempo. Como cliente, la voladura requerirá que el material tronado anteriormente efectivamente haya sido retirado, de modo de garantizar que la cara libre sea la adecuada (sin material que amortigüe la voladura y baje su efectividad, además de necesitar acceso expedito para cargar los pozos.

Parámetros Geométricos y Geomecánicos: Si por razones geomecánicas deberá variar el ángulo de talud, necesariamente variarán los perfiles de transporte en la operación, por ende los costos. La posibilidad de construir bancos dobles o de mayor altura también influirá en la operación del carguío (equipos y costos), el ancho de caminos y accesos, pendientes y otros parámetros influirán en la operación y el rendimiento de los equipos. Como cliente, algunos parámetros dependerán de la operación de carguío y transporte, diseño de rampas, accesos, pendientes, etc.

Características del material: La geología del yacimiento influirá en lo que es selectividad del material en el carguío, es muy diferente operar en un yacimiento con vetas de alta ley o con mayores exigencias de selectividad, que operar en un yacimiento masivo. La dureza y abrasividad del material influirá en los costos por el desgaste de los aceros de los equipos. La densidad del material también hará variar los costos y la capacidad de los equipos.

Servicios Mina: Fundamental resulta que los equipos de servicios mina actúen conforme a las necesidades de la operación, por ejemplo un camino bien mantenido sin mucho polvo en suspensión permitirá desarrollar mejores maniobras a los equipos de carguío y transporte, por lo tanto mejorará su rendimiento, además de disminuir el desgaste de neumáticos de los camiones (baja el costo), la adecuada preparación de la zona de carguío permitirá una maniobrabilidad óptima de los equipos y garantizará la buena operación mecánica de ellos (menor probabilidad de daños en los equipos).

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Seguridad, Salud y Medio Ambiente: En estas operaciones por lo general se producen algunos problemas como el levantamiento de polvo en la carga, descarga y transporte de los materiales, lo cual puede significar una disminución de los rendimientos en los equipos al disminuir la visibilidad y con el consiguiente riesgo que implica no disponer de una buena visibilidad.

Chancado: El cliente directo de la mina es el proceso del mineral, ya que el producto final debe pasar por otras etapas de producción, en este caso podemos mencionar al chancado como primer paso para el restos del proceso de depuración del producto final. El chancado viene a ser un cliente de la operación global de la mina, principalmente por la granulometría con que llega el mineral, ya que una buena granulometría evitará problemas de reducción de tamaño previamente al chancado. La selectividad con que se realice la operación de carguío influirá en la ley con que llegue el mineral a planta y en el aprovechamiento de los recursos energéticos y de proceso (no resulta conveniente esperar en planta leyes determinadas y recibir menores, gastando energía e insumos en procesar material estéril). Como proveedor el chancado entregará información a la operación mina acerca de las características del material que está recibiendo y de las necesidades reales de dicho material.

Botaderos: Fundamentalmente la operación y ubicación de botaderos necesita un tratamiento adecuado, la mina entregará el material a ser depositado en ellos y se encargará de su mantención (con equipos y personal), la tasa de crecimiento en volumen de dichos botaderos dependerá de la apropiada mantención, lo cual influirá en el transporte, ya que si agotamos nuestros botaderos cercanos antes de tiempo inevitablemente introduciremos un incremento en el costo de transporte (la ubicación influirá en los costos de transporte) y generará una baja en el rendimiento de la flota de carguío y transporte.

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DIMENSIONAMIENTO DE UNA FLOTA DE EQUIPOS PARA LA EXPLOTACIÓN DE UNA MINA A CIELO ABIERTO

Una de las etapas más relevantes en un proyecto es la adecuada selección de los equipos industriales involucrados en el proceso productivo, ya que los costos estimados para el proyecto pueden diferir en gran medida con respecto a los reales en función de la selección de la maquinaria a utilizar. Es así que en la explotación de un yacimiento el dimensionamiento de los equipos resultará del análisis de gran cantidad de información, tanto tecnológica como práctica, las cuales permitirán determinar las mejores alternativas para la extracción y el manejo de los recursos involucrados. La información tecnológica proviene de las distintas fábricas y distribuidores de equipos y maquinarias mineras disponibles en el mercado, y la información práctica la obtendremos de la experiencia en faenas mineras similares o no a nuestro proyecto, estadísticas y también de los estudios que se realicen respecto al comportamiento de las variables involucradas en el proceso de selección de la flota. Para el proceso de dimensionamiento de equipos debemos definir los siguientes puntos:

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

Envergadura de nuestro proyecto (vida de la mina, reservas, etc.) .



Programa de producción (movimiento de materiales).




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Parámetros de diseño (malla de perforación, perfiles de transporte, restricciones en dimensiones generales de operación, altura de bancos, pendientes, etc.).



Tecnología disponible (equipos y maquinarias).



Factores operacionales (días de trabajo, sistemas de turnos, índices operacionales, etc.).



Factores de relación Mina-Equipos (resistencia a la rodadura, abrasividad del material, etc.).



Rendimientos y costos estimados.

En función de estos puntos se definirán las mejores alternativas, las cuales serán evaluadas según criterios de selección que permitirá definir nuestra mejor flota para nuestro proyecto.

ÍNDICES DE OPERACIÓN. (ASARCO) De modo genérico y en función de su representatividad y contenido, estos índices operacionales mineros se pueden clasificar en cuatro grandes grupos:

1)

Índices Mecánicos: Los que informan sobre la disponibilidad física de equipos e instalaciones y sus rendimientos o producciones por unidad de tiempo.

2)

Índices de Insumos: Los que señalan magnitudes de los elementos consumidos para lograr una unidad de producto comercial o el rendimiento del insumo expresado en unidades de producto por unidad de elemento consumido (ejemplo Kg.explosivo/ tonelada, ton-Km/lt combustible).

3)

Índices Mineros: Los que muestran las relaciones y/o proporciones que toma la materia prima mineral y sus leyes al fluir por las distintas etapas del proceso de extracción y beneficio (ejemplo razón estéril/mineral).

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4)

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Índices de Resultados: Los que indican logros planeados y reales para el período reportado (por ejemplo, ton Cu fino/mes). Limitándonos a nuestro tema, solo abordaremos los índices mecánicos, los cuales provienen de la información obtenida por un sistema desarrollado y aplicado, a objeto de lograr la optimización de los siguientes aspectos relacionados con equipos e instalaciones: 

Uso, funcionamiento y operación.



Mantención electromecánica.



Reemplazo oportuno y adecuado.

La optimización debe entenderse como máxima disponibilidad operativa y rendimiento al mínimo costo de inversión, operación y mantención. A continuación definiremos los parámetros a utilizar en la obtención de los índices, estos parámetros dicen relación con la distribución temporal de la máquina en cada tarea en un período dado.

Tiempo Cronológico o Calendario (TCR): Son las horas correspondientes al tiempo calendario natural como días, meses, años, etc., y se divide en dos tiempos que corresponden a:

I Tiempo Hábil. II Tiempo Inhábil. Tiempo Hábil u Horas Hábiles (HH): Son las horas en que la faena está en actividad productiva y/ o en tareas de mantención de sus elementos de producción y/ o infraestructura, en estas horas cada instalación o unidad está en:

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

Operación.



Reserva.



Mantención.


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Tiempo Inhábil u Horas Inhábiles (HIN): Son las horas en que la faena suspende sus actividades productivas y/o mantención de sus elementos y o infraestructura por razones como: 

Paralizaciones programadas: Domingos, festivos, vacaciones colectivas, colaciones etc..



Imprevistos: Originadas y obligadas por causas naturales como lluvias, temblores, nieve, etc., u otras ajenas al control de la faena como la falta de energía eléctrica, atrasos en la llegada del transporte de personal, ausentismo colectivo por epidemias.

Cuando en horas o tiempo programado como inhábil un equipo o instalación es operado y/o sometido a mantención y/o reparación, el tiempo real es computado como tiempo hábil y clasificado en una de sus tres condiciones.

Tiempo de Operación u Horas de Operación (HOP): Son las horas en que la unidad o instalación se encuentra entregada a su(s) operador(es), en condiciones electromecánicas de cumplir su objetivo o función de diseño y con una tarea o cometido asignado. Este tiempo se divide en: 

Tiempo Efectivo.



Tiempo de Pérdida Operacional.

Tiempo Efectivo u Horas Efectivas (HEF): Son las horas en que la unidad de equipo o instalación está funcionando y cumpliendo su objetivo de diseño.

Tiempo de Pérdida Operacional u Horas de Pérdidas (HPE): Son las horas en que la unidad de equipo o instalación, estando en condiciones electromecánicas de cumplir su objetivo de diseño, a cargo de su(s) operador(es) y con una tarea asignada, no puede realizarla por motivos ajenos a su funcionamiento intrínseco, como son los traslados, esperas de equipo complementario y en general por razones originadas en la coordinación de las operaciones.

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Tiempo de Reserva u Horas de Reserva (HRE): Son las horas hábiles en que la unidad de equipo o instalación, estando en condiciones electro-mecánicas de cumplir su función u objetivo de diseño, no lo realiza por motivos originados en una o más de las siguientes razones: 

Falta de operador (si es en la hora de colación se toma como tiempo inhábil, si el equipo sigue funcionando y hay cambio de operador se considera tiempo de operación).



Falta de capacidad prevista de equipo complementario o accesorio.



No requerirlo el programa o plan de trabajo.



No permitirlo el área donde debería cumplir su función.

Tiempo de Mantenimiento u Horas de Mantención (HMT): Son las horas hábiles comprendidas desde el momento que la unidad de equipo o instalación no es operable en su función objetiva o de diseño por defecto o falla en sus sistemas electro-mecánicos o por haber sido entregada a reparación y /o mantención, hasta que ha terminado dicha mantención y/ o reparación y el equipo está en su área de trabajo o estacionamiento en condiciones físicas de operación normal. El tiempo de mantención se divide en: 

Esperas de personal y/ o equipos de apoyo y/ o repuestos.



Traslados hacia y desde talleres o estación de mantención o reparación.



Tiempo real de mantención y/ o reparación.



Movimientos y/ o esperas de estos en lugares de reparación y/ o mantención.

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TIEMPO CRONOLÓGICO (TCR) TIEMPO HÁBIL (HH)

TIEMPO INHÁBIL (HI)

HORAS DE HORAS DE RESERVA MANTENCIÓN (HRE) (HMT)

horas operacionales

(HOP) HORAS HORAS DE OPERACIONALES PÉRDIDAS EFECTIVAS OPERACIONALES (HEF) (HPE)

Igualdades: TCR = HH + HIN HH = HOP + HRE + HMT HOP = HEF + HPE

Ahora veremos la utilización de estos parámetros temporales en la definición de los índices mecánicos.

ÍNDICES OPERACIONALES OPERACIONALES Disponibilidad Física: Es la fracción del total de horas hábiles, expresada en porcentaje, en la cual el equipo se encuentra en condiciones físicas de cumplir su objetivo de diseño.

DF = (HOP + HRE) x 100 % HH Este indicador es directamente proporcional a la calidad del equipo y a la eficiencia de su mantención y/ o reparación, e inversamente proporcional a su antigüedad y a las condiciones adversas existentes en su operación y/ o manejo. 15


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Índice de Mantenimiento: Es el tiempo en horas que el equipo es operado por cada hora invertida en su mantención y /o reparación.

IM = HOP / HMT = (HEF + HPE) / HMT El valor de este índice es proporcional a la calidad del equipo controlado y a la eficiencia de su mantención y/ o reparación, e inversamente proporcional a su antigüedad y a las condiciones adversas en su operación o manejo.

Índice de Utilización: Es la fracción del tiempo, expresada en porcentaje, en la cual el equipo es operado por cada hora en que este está en condiciones de cumplir su objetivo de diseño o físicamente disponible.

UT = (HOP x 100) / (HOP + HRE) % Es directamente proporcional a la demanda o necesidad de la operación de utilizar el equipo, e inversamente proporcional a su disponibilidad física y a su rendimiento.

Aprovechamiento: Es la fracción del total de horas hábiles, expresada en porcentaje, en que el equipo físicamente disponible es operado en su función de diseño incluyendo sus pérdidas operacionales.

A = HOP x 100 / HH % = DF x UT / 100 % Es directamente proporcional a la demanda o necesidad de la operación de utilizar el equipo, dentro del límite impuesto por la disponibilidad física del mismo, e inversamente proporcional al rendimiento del equipo.

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Factor Operacional: Es la fracción de tiempo, expresada en porcentaje, en que el equipo realiza efectivamente su función de diseño por cada hora en que es operado.

FO = HEF x 100 / HOP % Es inversamente proporcional al tiempo de pérdida operacional.

Rendimiento: Es el promedio de unidades de producción realizadas por el equipo por cada unidad de tiempo de operación.

R = UNIDADES DE PRODUCCIÓN PROMEDIO UNIDAD DE TIEMPO DE OPERACIÓN Es directamente proporcional a la velocidad de producción del equipo e inversamente proporcional al tiempo de pérdida operacional.

Rendimiento Efectivo: Es el promedio de unidades de producción realizadas por el equipo en cada unidad de tiempo Efectivo de operación.

R

=

UNIDADES DE PRODUCCIÓN PROMEDIO UNIDAD DE TIEMPO EFECTIVO DE OPERACIÓN

Teóricamente este valor debería ser el de diseño para el equipo, pero es alterado por las características físicas de donde se aplica su función, el medio ambiente, condiciones físicas del equipo y por las técnicas de su utilización. Con estos índices podemos llevar un control en el transcurso de la vida de cualquier equipo, debemos tener en claro que por sí solos cada índice no representa una herramienta útil para dar solución a problemas o detectar causas de problemas, sino que en conjunto deberán analizarse para poder enfocar cualquier tipo de investigación al respecto, y el éxito de ello dependerá 17


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directamente de la calidad de la información obtenida para el cálculo de cada uno de ellos, es decir solo nos serán de utilidad si es que han sido medidos con claridad, comprobablidad, constancia y responsabilidad, es la única manera para que la implementación de este sistema de control en una faena tenga buenos resultados.

DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS PARA OPERACIONES DE ACARREO - CARGUIO Definida la vida útil de la explotación y los movimientos de materiales a realizar durante ese tiempo, tenemos determinado el ritmo de explotación de la mina y con ello el rendimiento exigido por nuestra faena, por lo tanto tenemos nuestro punto de partida para la definición de las actividades a realizar para cumplir con dicho rendimiento

Dentro de las operaciones unitarias el carguío y transporte es la que abarca mayor cantidad de análisis, ya que se encuentran directamente ligadas entre sí, por lo tanto el dimensionamiento de la flota considera las dos operaciones unitarias como un conjunto, debiendo recurrir al análisis de distintas combinaciones de equipos compatibles entre sí y con la operación. Dependiendo de las características de la explotación, muchas alternativas de equipos quedarán fuera del análisis, lo cual representa el primer paso de nuestro dimensionamiento (definir límites técnicos y/ o económicos a los

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equipos a evaluar). Muchas veces sólo es posible descartar una alternativa después de haber evaluado económicamente la flota de carguío y transporte, lo cual introduce una dificultad adicional al requerir una evaluación más acabada de una flota que finalmente sería descartada. El rendimiento requerido por la explotación es el primer dato que permitirá diseñar la operación unitaria y definir el rendimiento de los equipos para cumplir con el plan del período. Junto con ello necesitamos las características básicas de la explotación (dimensiones de diseño, perfiles de transporte, pendientes, áreas disponibles, resistencia a la rodadura, limitantes de estabilidad por pesos máximos, otras limitantes, etc.). Antes de ser evaluada la flota de equipos para el carguío y transporte deberá cumplirse inicialmente con lo siguiente: 

Compatibilidad física entre los equipos de carguío y transporte con la explotación, es decir que la flota de equipos sea capaz de operar en la faena en condiciones normales de operación y seguridad (en función de la altura de bancos, dimensiones operacionales, selectividad, etc.).



Compatibilidad física entre el equipo de carguío y el de transporte, es decir que el equipo de carguío sea capaz de operar en conjunto con el equipo de transporte (altura de descarga del carguío v/ s altura de carga del transporte).

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TRANSPORTE MINERO

Verificadas estas condiciones (especificaciones técnicas básicas), podemos continuar definiendo para el carguío:

T

=

Tonelaje total a mover por período (toneladas).

Vb

=

Volumen del balde del equipo de carguío (metros cúbicos).

FLc

=

Factor de llenado del equipo de carguío (%)



=

Esponjamiento del material (%).

FM

=

Factor del material que castiga el tiempo del ciclo de carguío por causa de alguna propiedad del

material que haga más

difícil su manipulación (%). TCc

=

Tiempo de ciclo del carguío (horas).

DFc

=

Disponibilidad física del equipo de carguío (%).

UTc

=

Factor de utilización del equipo de carguío (%).

FOc

=

Factor operacional del equipo de carguío (%).

HTc

=

Horas trabajadas por turno del carguío (horas).

TDc

=

Turnos trabajados por día para el carguío (turnos/día).

DPc

=

Días por período para el carguío (días).



=

Densidad del material (toneladas / metro cúbico).

Cc

=

Capacidad del equipo de carguío (toneladas por palada).

RHc

=

Rendimiento horario del equipo de carguío (toneladas/hora).

RDc

=

Rendimiento diario del equipo de carguío (toneladas / día).

La capacidad del equipo de carguío resulta de:

Cc = Vb x FLc x / (100 + ε) (ton / palada)

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TRANSPORTE MINERO

El rendimiento horario de un equipo de carguío resulta de:

RHc = (Cc x DFc x UTc x FOc x FM x 10-8) / TCc (ton/hra) El rendimiento diario de un equipo de carguío resulta de:

RDc = RHc x HTc x TDc (ton/día) El rendimiento por período de un equipo de carguío resulta de:

RPc = RDc x DPc (ton/período) El número de equipos requeridos para cumplir con la producción del período resulta de:

NºEquipos Carguío = T / RPc Resultado al cual se tendrá que someter a un análisis criterioso que permita definir un número entero de equipos para la operación de carguío.

COSTOS DE OPERACIÓN DE ACARREO - CARGUIO Definidos los equipos pre seleccionados para la evaluación final, tendremos que realizar el análisis de costos para la mejores alternativas de flota de equipos, tomando en cuenta que el resultado del análisis de costos de la mejor alternativa, puede diferir del estimado para el diseño de la explotación y en función de la magnitud de la diferencia observada se evaluará la posibilidad de hacer un nuevo diseño con un modelo de costos más real. La información necesaria para este caso será: Vec =

Valor de compra del equipo de carguío seleccionado (US$).

Vuc =

Vida útil del equipo de carguío en horas de operación (horas cronológicas).

Vcc =

Valor del combustible o energía utilizada por el equipo de carguío (US$/unidad de consumo).

Ccc =

Consumo de combustible o energía del equipo de carguío (unidades de consumo/hora).

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Flc =

TRANSPORTE MINERO

Factor de lubricantes respecto al consumo de combustible o energía del equipo de carguío (%).

Fmc =

Factor de equivalencia entre el costo de mantención y el valor de reposición del equipo (%).

Soci =

Sueldo de operadores tipo i de equipos de carguío por período (US$/período).

Noci =

Número de operadores tipo i de equipos de carguío por período.

Vnci =

Valor del neumático i del equipo de carguío (US$/neumático i).

Vuni =

Vida útil del neumático i del equipo de carguío (horas).

Vaci =

Valor de acero i del equipo de carguío (US$/acero i).

Vuai =

Vida útil de acero i del equipo de carguío (horas/acero i).

RPc =

Rendimiento

del

equipo

de

carguío

del

período

(toneladas/período). RHc =

Rendimiento horario del equipo de carguío (toneladas/hora).

T

Toneladas por período (toneladas).

=

El costo de capital estará dado por:

CCc = Vec / Vuc (US$/hra) CCC = CCp / RHc (US$/ton) El costo de energía estará dado por:

CEc = Vcc x Ccc (US$/hra) CEC = CEc / RHc (US$/ton)

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TRANSPORTE MINERO

El costo de lubricantes estará dado por:

CLC = CEC x Flc / 100 (US$/ton) El costo de mantención y los repuestos estará dado por:

CMC = CCC x Fmc / 100 (US$/ton) El costo de neumáticos estará dado por: CNc = ∑ (Vnci / Vuni) (US$/hra)

CNC = CNc / RHc (US$/ton) El costo de aceros estará dado por: CAc = ∑ (Vaci / Vuai) (US$/hra)

CAC = CAc / RHc (US$/ton) El costo de mano de obra estará dado por:

MOc = ∑

i

x Noci) (US$/período)

MOC = MOc / T (US$/ton) El costo directo de carguío estará dado por:

CDc = MOC + CNC + CMC + CLC + CAC + CEC (US$/ton) El costo total de carguío estará dado por:

CTc = CDc + CCC (US$/ton)

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TRANSPORTE MINERO

CLASIFICACIÓN DE EQUIPOS DE ACARREO - CARGUÍO Los equipos se clasifican según la función que pueden satisfacer. Es así como se distingue entre equipos de carguío, 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). 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.

Sin acarreo Unidad Discreta

Flujo Continuo

• Pala eléctrica • Retroexcavadora • Pala hidráulica • Pala neumática

Acarreo mínimo • Cargador frontal • LHD

• Excavador de baldes • Dragadora

Tabla 1: Principales equipos de carguío y su clasificación.

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TRANSPORTE MINERO

Tal como se señaló antes, los equipos se clasifican según si consideran o no acarreo del material.

DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS DE CARGUÍO SIN ACARREO Entre los equipos de este tipo están: palas mineras, retroexcavadoras, excavadoras hidráulicas y pequeñas palas neumáticas.

PALAS ELECTRICAS 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. Palas de Cable P&H

Figura 1: Modelos y capacidades de palas eléctricas. Se incluye además, el número de pases necesarios para cargar ciertos modelos de camiones.

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TRANSPORTE MINERO

Adicionalmente, se entregan los rangos de capacidades (en volumen) de los baldes disponibles para cada modelo, en la Figura 2. El diseño de estas palas requiere alta estabilidad y seguridad para el operador, el cual se ubica en frente de la pala, con una amplia visión de la frente de trabajo, pero a una distancia que permite que no exista el riesgo de ser alcanzado por desprendimientos de la frente de trabajo.

Figura 2: Capacidades y rango de volúmenes de los baldes disponibles para distintos modelos de palas eléctricas.

Figura 3: Pala de cable cargando camión.

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TRANSPORTE MINERO

Palas de cable Bucyrus

Tabla 2: Modelos, capacidades y largos de brazo de palas de cable Bucyrus.

Figura: Pala de cable Bucyrus.

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TRANSPORTE MINERO

RETROEXCAVADORAS Se utilizan principalmente en canteras y en algunos casos en pequeña y mediana minería no metálica. Permiten el manejo de producciones pequeñas. Pueden estar montadas sobre neumáticos u orugas. Las capacidades de los baldes alcanzan 4 yd 3, con motores de hasta 400 HP. A continuación (Tabla 3 y Tabla 4) se muestran detalles técnicos de palas Liebherr y Caterpillar.

Figura 4: Retroexcavadora cargando camión.

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TRANSPORTE MINERO

Tabla 3: Capacidades y potencia de palas retroexcavadoras Liehberr.

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TRANSPORTE MINERO

Tabla 4: Potencias y alcances de palas retroexcavadoras Caterpillar.

PALAS HIDRÁULICAS 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 30 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 6. Además se especifican algunos otros modelos de palas Demag en la Tabla 5.

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TRANSPORTE MINERO

Figura 5: dos palas hidráulicas en operación.

Figura 6: Alcance de brazo en operación de pala hidráulica.

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TRANSPORTE MINERO

Palas Demang

Tabla 5: Modelos y especificaciones de palas Demag.

Como se mencionaba anteriormente, estos equipos también pueden trabajar como una retroexcavadora (Figura 7). El balde, con un diseño diferente, se monta en el brazo. Se produce un leve cambio en las capacidades de carga.

Figura 7: Operación de pala hidráulica como retroexcavadora.

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Palas Hidráulicas Komatsu Palas Hidráulicas Frontal Diesel Modelo

Potencia

Capacidad

Peso Operacional

PC3000

1260 HP @ 1800 rpm

15 m3

252 ton

PC4000

1875 HP @ 1800 rpm

22 m3

391 ton

PC5500

2520 HP @ 1800 rpm

29 m3

534 ton

PC8000

4020 HP @ 1800 rpm

42 m3

722 ton

Palas Hidráulicas Frontal Eléctrica Modelo

Potencia

Capacidad

Peso Operacional

PC3000

900 KW

15 m3

252 ton

PC4000

1350 KW

22 m3

391 ton

PC5500

1800 KW

28 m3

534 ton

PC8000

2900 KW

42 m3

722 ton

Palas Hidráulicas Back Hoe Diesel Modelo

Potencia

Capacidad

Peso Operacional

PC3000

1260 HP @ 1800 rpm

15 m3

256 ton

PC4000

1875 HP @ 1800 rpm

22 m3

398 ton

PC5500

2520 HP @ 1800 rpm

28 m3

540 ton

PC8000

4020 HP @ 1800 rpm

38 m3

728 ton

Palas Hidráulicas Back Hoe Eléctrica

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Modelo

Potencia

Capacidad

Peso Operacional

PC3000

900 KW

15 m3

256 ton

PC4000

1350 KW

22 m3

398 ton

PC5500

1800 KW

28 m3

540 ton

PC8000

2900 KW

38 m3

728 ton


PC3000

PC4000

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TRANSPORTE MINERO


PC5500

PC8000

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TRANSPORTE MINERO


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Palas Bucyrus RH120E

Peso de operación 287 toneladas métricas/290 toneladas métricas Potencia del motor 1.008kW / 1.044kW Tamaño del balde 16,5 m3 (SAE 2:1) Retroexcavadora 17,0 m3 (SAE 1:1) RH170B

Peso de operación 397 toneladas métricas Potencia del motor 1.516kW / 1.492kW Tamaño del balde 22,0 m3 (SAE 2:1) Retroexcavadora 22,0 m3 (SAE 1:1) Los modelos RH170 / RH170B pueden cubrir una amplia variedad de camiones desde 120 hasta 240 toneladas. RH200

Peso de operación 525 toneladas métricas/534 toneladas métricas Potencia del motor 1.880 kW Tamaño del balde 26 m (SAE 2:1) Retroexcavadora 28,0 m (SAE 1:1) El excepcional manejo de la carga combinado con la ingeniería comprobada de Bucyrus, han convertido a la RH200 en un factor importante de rentabilidad en muchos minas y minas a cielo abierto en todo el mundo. El modelo RH200 es una máquina con vasta experiencia, que excede 4 millones de horas de trabajo. RH340B

Peso de operación 567 toneladas métricas Potencia del motor 2.240 kW Tamaño del balde 34,0 m (SAE 2:1) Retroexcavadora 34,0 m (SAE 1:1) La excepcionalmente exitosa RH340B incluye un nuevo sistema hidráulico con mayor flujo de aceite hidráulico. Aún se puede ofrecer la versión "A"sólo con impulsión eléctrica. RH40E

Peso de operación 105 toneladas métricas Potencia del motor 522kW / 477kW Tamaño del balde 7.0m (SAE 2:1) Retroexcavadora 7.0 m (SAE 1:1) La retroexcavadpra RH40E se benefica de la extensa experiencia de Bucyrus en la fabricación de palas hidráulicas de gran tamaño. Una tecnología confiable, grandes baldes y ciclos de trabajo rápidos convierten a esta excavadora en un modelo de productividad.

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RH400

Peso de operación 980 toneladas métricas Potencia del motor 3.360 kW Carga útil del balde90 toneladas métricas Rango de la pala 37,0-50,0 m (SAE 2:1) La RH400 es la mejor de todas las excavadoras hidráulicas yla máquina más grande en el mercado. Esta excavadora puedecargar en cuatro pases camiones de minería ultra grandes de 400 toneladas de capacidad. RH90C

Peso de operación 172 toneladas métricas/175 toneladas métricas Potencia del motor 858 kW Tamaño del balde 10,0 m3 (SAE 2:1) Retroexcavadora 10.0 m3 (SAE 1:1) Este caballo de trabajo pesado de 170 toneladas métricas ya tiene el concepto de motores gemelosde Bucyrus. Hasta con un solo motor funcionando, la retroexcavadora RH90C es totalmente operacional y aún así proporciona las máximas fuerzas de excavación.

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Palas Caterpillar

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Modelo

Potencia

Peso Operacional

336E L

291 HP

36 570 kg - 80,617 lb

345D L

380 HP

45 375 kg - 100,040 lb

349E

396 HP

47 800 kg - 105,400 lb

365C L

404 HP

65.960 kg - 145.430 lb

374D L

476 HP

71 132 kg - 156,819 lb

385C L

513 HP

84.980 kg - 187.360 lb

390D L

523 HP

86 190 kg - 190,016 lb


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PALAS NEUMÁTICAS Las palas autocargadoras 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. Estos equipos suelen ser alimentados por energía neumática y han ido cayendo en la obsolescencia. El sistema de transporte que naturalmente está asociado a este equipo de carguío es el tren.

Cálculo de productividad de equipos de carguío sin acarreo La productividad de equipos de este tipo se calcula de la siguiente forma: (1) Capacidad colmada del balde (m 3) (2) Factor de carga (fracción) (3) Capacidad promedio del balde (m 3) (m3) = (1) (m3) x (2) (fracción) (4) Factor de eficiencia (fracción) (5) Tiempo de ciclo (min) (6) Productividad nominal (m 3/hr) (m3/hr) = (3) (m3) x 60 (min/hr) / (5) (min) (7) Productividad real (m 3/hr) (m3/hr) = (6) (m3/hr) x (4) (fracción) Algunos factores de carga (FC) para distintos tipos de material se presentan a continuación:

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TRANSPORTE MINERO

Tabla 6: Factores de carga según tipo de material.

Estimación del tiempo de ciclo. El tiempo de ciclo de una excavadora tiene cuatro segmentos: 1. Carga de balde 2. Giro cargado 3. Descarga de balde 4. Giro descargado El tiempo de cada segmento de la operación dependerá de las condiciones de trabajo, localización del camión o equipo de transporte, profundidad de la excavación, existencia de obstáculos, tamaño de la excavadora, etc. Típicamente el tiempo total del ciclo fluctúa entre los 20 y 30 segundos, pudiendo llegar a 10 a 15 segundos en casos de extrema eficiencia y a cerca de 50 segundos en casos muy complicados.

Ejemplo. Seleccione el tamaño de balde para un flota de palas en una operación minera de hierro, dados los siguientes antecedentes acerca de la operación. Se trabaja en toneladas cortas (1 ton = 2000 lb) (1) Número de equipos: 3 (2) Capacidad diaria requerida por equipo: 32700 ton/día (3) Tiempo diario estimado de operación: 17.02 hr (4) Excavabilidad del material: muy difícil (5) Tiempo estimado de ciclo: 37 seg

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(6) Densidad in situ del material: 6000 lb/yd3 (7) Factor de esponjamiento: 0.60 (8) Factor de llenado de balde: 0.80 (9) Ciclos requeridos por día = (3) (hr) x 3600 (seg/hr) / (5) (seg) = 17.02 x 3600 / 37 = 1656 ciclos/día (10) Tonelaje por ciclo = (2) (ton/día) / (9) (ciclos/día) = 32700 / 1656 = 19.8 ton = 39600 lb (11) Tamaño del balde = (10) (lb) / [(6) (lb/yd3) x (7) x (8)] = 39600 / [6000 x 0.6 x 0.8] = 13.8 yd3 ≈ 14 yd3

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DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS DE CARGUÍO CON ACARREO MÍNIMO Este tipo de equipos incluye cargadores frontales y LHD.

Figura 8: Cargador frontal descargando en camión de gran tonelaje.

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.

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Figura 9: Cargador frontal descargando en camión de gran tonelaje.

Cargadores Frontales Caterpillar

Tabla 7: Modelos y especificaciones de cargadores frontales Caterpillar.

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Cargadores Frontales Liebherr

Tabla 8: Modelos y especificaciones de cargadores frontales Liebherr.

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Cargadores Frontales Komatsu Modelo WA900-3 WA12000-3

Potencia

Capacidad

Peso Operacional

856 HP @ 2050 rpm

11.5 m3 a 13 m3

107.2 ton

1560 HP @ 1900 rpm

18 m3 a 35 m3

205.0 ton

Tabla: Modelos y especificaciones de cargadores frontales Komatsu.

WA900-3

WA12000-3

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TRANSPORTE MINERO

Cálculo de productividad de equipos de carguío con acarreo mínimo La principal diferencia en el cálculo de productividades con el caso de equipos sin acarreo, radica en que el tiempo de ciclo incluye el tiempo de transporte y regreso necesarios. Para estimar los tiempos de transporte, se puede considerar que para recorrer 60 metros a 12 km/hr el tiempo es de 30 segundos, mientras que si la velocidad se reduce a 6 km/hr, el tiempo aumenta a 60 segundos. El ciclo puede típicamente dividirse en:

Tiempo de ciclo (min) Tiempo de ciclo (min) Carga

0.06

Transporte

0.15

Descarga

0.05

Regreso

0.14

Total

0.40

Tabla 10: Tiempos mínimos para cálculo de ciclo de carguío con acarreo mínimo.

Estos tiempos deben considerarse como los mínimos. El tiempo de t ransporte y regreso considerado en esta tabla incluye sólo el tiempo de maniobra, por lo que debe calcularse y adicionarse el tiempo de acarreo propiamente tal. Éste dependerá de la carga del equipo (generalmente será más alto cuando el equipo vaya cargado), de la pendiente, calidad del camino, trayectoria, etc.

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TRANSPORTE MINERO

DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS DE CARGUÍO DE FLUJO CONTINÚO

EXCAVADOR DE BALDES Estos equipos se utilizan principalmente en minería de material blando o remoción de sobrecarga no consolidada. El principal tipo de equipos es el bucket Wheel excavator

(excavador con rueda de baldes) que consiste

básicamente en una serie de baldes dispuestos en la periferia de una rueda que gira removiendo de manera continua el material. En Prú no se utilizan, puesto que la minería metálica trabaja principalmente en roca. Su utilización puede verse en minería del carbón, de arenas bituminosas o en la construcción y remoción de pilas de lixiviación.

Figura 10: Excavador de baldes.

DRAGADORAS Las dragadoras permiten remover la sobrecarga en minas de carbón y luego ir extrayendo los mantos de carbón de manera selectiva (pueden trabajar en capas de espesor mínimo igual a 3 metros con baja dilución).

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TRANSPORTE MINERO

Dragadoras P&H

Capacidades y rango de volúmenes de los baldes disponibles para distintos modelos de dragadoras .

Dragadoras Bucyrus 8750

Bucket Capabilities 76-116 m (100-152 yd ) 109.7-132.5 m (360-435 ft) Boom Lengths Rated Suspended Load 226,800-344,736 kg (500,000-760,000 lb) Approx. Working Weight5,840,000-7,360,000 kg (12,875,000-16,226,000 lb) 8200

45-84m3 (60-110 yd3) Bucket Capabilities Boom Lengths 99-117.3 m (325-385 ft) Rated Suspended Load 136,077-249,476 kg (300,000-550,000 lb) Approx. Working Weight3,447,000-4,780,000 kg (7,599,334-10,538,000 lb) W2000

24-34 m (31-44 yd ) Bucket Capabilities Boom Lengths 75-101 m (246-331 ft) Rated Suspended Load 71,000-102,100 kg (156,500-225,000 lb) Approx. Working Weight1,770,000-1,988,000 kg (3,902,000-4,382,000 lb)

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TRANSPORTE MINERO

Cálculo de productividad de equipos de carguío de flujo continúo Los principales factores en el dimensionamiento de estos equipos son: (1) Capacidad nominal del balde (m 3) (2) Número de baldes en la rueda (3) Velocidad de corte de la rueda (m/seg) (4) Diámetro de la rueda (m) (5) Número de descargas de baldes por segundo (baldes / seg ) = (3) (m/seg) x (2) / [π x (4) (m)] (6) Capacidad teórica del excavador (m 3/hr) (m3/hr) = (1) (m3) x (5) (baldes/seg) x 3600 (seg/hr) El número de baldes descargados depende de la velocidad periférica de la rueda, la que a su vez está limitada por la capacidad de descargar los baldes, la que actúa contra la fuerza centrífuga (si la rueda gira demasiado rápido, la carga de los baldes no caerá por la fuerza centrífuga). Se puede determinar una velocidad máxima de rotación teórica que permita la descarga, aunque en la práctica, las velocidades fluctúan entre 0.4 y 0.6 veces dicha velocidad teórica, dada por la raíz cuadrada del producto entre la aceleración

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TRANSPORTE MINERO

de gravedad (g = 9.8 m/s2) y el radio de la rueda. Además, para mantener el desgaste de los cuchillos o dientes de los baldes a un mínimo, no se exceden velocidades periféricas de 5 m/seg.

Figura 11: Dragadora en operación.

La capacidad por hora de estas excavadoras depende del factor de llenado de los baldes y la resistencia al corte del suelo (se determina la productividad nominal en base a tablas que asocian productividades a resistencia al corte de distintos tipos de suelos). La capacidad real horaria de estas excavadoras se puede calcular considerando todos estos factores. (7) Factor de llenado de baldes (fracción) (8) Productividad real (m 3/hr) (m3/hr) = (1) (m3) x (7) x (5) (baldes/seg) x 3600 (seg/hr) En suelos con alta resistencia al corte se requieren altas velocidades de la rueda, las que van acompañadas de una capacidad de llenado baja de los baldes, dando una productividad real muy por debajo de la capacidad teórica de la excavadora (la relación puede llegar a ser 0.2).

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TRANSPORTE MINERO

EQUIPOS DE MIXTOS O COMBINADOS Algunos de los equipos de carguío y transporte vistos anteriormente pueden clasificarse como equipos mixtos. Este es el caso de los LHD y las dragadoras, equipos principalmente de carguío, pero que pueden adicionalmente desarrollar una función limitada de transporte. Junto a ellos, se incluyen scrapers y dozers, tal como se indica en la siguiente tabla: Moviles Unidades Discretas

Fijas

• Scraper • Dozer

•

Dragadora

• LHD

Tabla: Clasificación de equipos mixtos.

Descripción de equipos mixtos móviles SCRAPER El scraper se utiliza generalmente para la remisión de sobrecarga previa a la explotación misma. Carga el material “rascando” la superficie donde está

depositado. El material se acumula en una tolva cuya capacidad oscila para aplicaciones mineras entre los 15 y 35 m3.

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TRANSPORTE MINERO

scraper Caterpillar : especificaciones de modelos

DOZER (WHEELDOZER Y BULLDOZER) Estos dos tipos de equipo poseen una función principalmente de apoyo a los equipos principales. Los wheeldozers están montados sobre neumáticos, mientras que los bulldozers lo están sobre orugas. El wheeldozer se utiliza principalmente para la mantención de caminos, preparación de terrenos y mantención de botaderos. Los bulldozers pueden trabajar bajo condiciones muy difíciles, tales como altas pendientes, y se utilizan a menudo para abrir los accesos, hacer los trabajos iníciales para profundizar el rajo, es decir, iniciar un nuevo banco, así como mantener los caminos. El transporte de material se realiza por empuje en estos equipos.

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Wheeldozers

TRANSPORTE MINERO

bulldozers

Wheeldozers Caterpillar : especificaciones de modelos

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bulldozers Caterpillar : especificaciones de modelos

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TRANSPORTE MINERO


TRANSPORTE MINERO

Cálculo de productividad de equipos mixtos móviles El cálculo de la productividad de un equipo depende por cierto del tipo de equipo, pero en general, puede enfrentarse mediante el cálculo de los siguientes ítems. 1. Capacidad del equipo: corresponde a la carga por ciclo que el equipo puede manejar. Depende del tamaño del balde del equipo de carguío. Se determina utilizando la capacidad nominal especificada para el equipo. 2. Tiempo de ciclo: al igual que en los casos anteriores, el tiempo de ciclo consta de cuatro componentes: a. Tiempo de carga: generalmente de 0.6 a 1.0 min, dependiendo de las condiciones de trabajo. b. Tiempo de transporte: depende del peso transportado, potencia del equipo, esfuerzos de tracción, condiciones del camino (pendiente) y distancia de transporte. c. Tiempo de descarga: este tiempo incluye maniobra y descarga y puede alcanzar entre 0.6 y 0.8 min. d. Tiempo de retorno: difiere del tiempo de transporte en que el equipo vuelve descargado y con pendiente contraria a la etapa de transporte. e. La velocidad máxima de los equipos puede restringirse al trabajar en pendientes fuertes, de manera de permitir un frenado seguro en esas condiciones. El tiempo de transporte debe entonces recalcularse considerando esta velocidad máxima restringida. 3. Factores de corrección por condiciones de trabajo : la capacidad calculada debe corregirse para considerar la habilidad del operador, condiciones climáticas, de operación, etc.

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TRANSPORTE MINERO

IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES La elección óptima de equipo de acarreo en minería superficial es una tarea compleja donde

intervienen muchas variables técnicas, geométricas y

económicas en un ambiente donde existen muchas marcas, modelos y tamaños que compiten por el usuario. Para efectuar la selección no se tiene una herramienta apropiada que le permita evaluarlos y decidir por el mejor. Se recomienda hacer una simulación la cual contribuye a efectuar una selección mas adecuada. En

este

estudio se desarrolla los modelos

determinístico y probabilístico de simulación aplicados a equipos de minado con datos de dos operaciones superficiales. En el caso determinístico se simula la producción proyectada de un año de una cantera y en base a costo unitario mínimo se elige la flota de equipos tanto en perforación como en acarreo. En la simulación probabilística se usa el lenguaje GPSS para simular modelos de excavación y acarreo para varias combinaciones de cargadores y transportadores eligiendo el mas apropiado para las características dela operación en base a costo unitario mínimo y máxima producción unitaria.

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Equipo de Acarreo en Mineria Superficial

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