Guia_2_Manejo_de_minerales-2PAG

Gua Manejo de Minerales

Fundamentos de tecnologa minera, 2011

1 Contenido2 2.1 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 4 4.1 4.2 4.2.1 4.3 4.4 4.5 4.6 5 Definiciones bsicas .................................................................................................................... 5 ndices de operacin ........................................................................................................... 5 ndices operacionales ................................................................................................................ 10 Disponibilidad Fsica: ......................................................................................................... 10 ndice de Mantenimiento: ................................................................................................. 10 ndice de Utilizacin: ......................................................................................................... 10 Aprovechamiento: ............................................................................................................. 11 Factor Operacional: ........................................................................................................... 11 Rendimiento: ..................................................................................................................... 11 Rendimiento Efectivo: ....................................................................................................... 11

MI4070 Fundamentos de Tecnologa Minera

Sistema scraper ......................................................................................................................... 13 Huinches Elctricos ........................................................................................................... 14 Huinches Neumticos........................................................................................................ 15 Pala de Perfil triangular ............................................................................................. 16

PARTE 2 MANEJO DE MINERALES

Poleas ................................................................................................................................ 18 Cables ................................................................................................................................ 19 Esquema de aplicacin del sistema Scraper ..................................................................... 20 Rendimiento del scraper ................................................................................................... 21

Palas mecnicas......................................................................................................................... 26 5.1 5.2 5.3 Palas mecnicas cargadoras .............................................................................................. 26 Palas Mecnicas - Neumticas sobre rieles ...................................................................... 27 Condiciones de diseo de la playa y factores que influyen en su rendimiento ................ 32 5.3.1 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 Rendimiento de la pala mecnica ............................................................................. 33 Palas Mecnicas sobre Orugas de descarga Axial (Elctricas y Neumticas).................... 35 Palas Mecnicas - Neumticas de descarga Axial sobre ruedas ....................................... 36 Palas Mecnicas - Neumticas sobre Orugas de descarga Lateral ................................... 37 Palas Mecnicas - Electro hidrulicas sobre Orugas de descarga Lateral ......................... 38 Palas Mecnicas - Neumticas sobre Ruedas de descarga Lateral ................................... 39 Palas Mecnicas - Elctricas o Neumticas de descarga axial .......................................... 40 Palas Auto cargadoras - Neumticas sobre Orugas .......................................................... 41

Santiago, Semestre Otoo 2011.

Gua Manejo de Minerales 15.2 15.3 15.4 16




5.11

Palas Auto cargadoras - Neumticas sobre Ruedas .......................................................... 42

Dimensionamiento Correas............................................................................................. 114 Tiempo de Ciclo y Rendimiento Skip ............................................................................... 119 Potencia Skip ................................................................................................................... 121 Bilbiografa .......................................................................................................................... 125

5.12

Pala Auto cargadora - Diesel sobre Ruedas ...................................................................... 44

5.13

Hangloader ........................................................................................................................ 44

6

Sistema LHD Load-Haul-Dump .................................................................................................. 45

6.1

Estructura .......................................................................................................................... 46

6.2

Componentes y algunas caractersticas relevantes .......................................................... 48

6.3

Seguridad........................................................................................................................... 49

6.4

Factores que afectan la productividad y la operacin del LHD ......................................... 49

6.5

Datos Operacionales ......................................................................................................... 51

6.6

Rendmiento de un LHD ..................................................................................................... 52

6.7

Rendimiento del sistema LHD-Camin.............................................................................. 53

6.8

Rendimiento del sistema LHD y N camiones..................................................................... 55

7

Cargador Frontal Sobre Ruedas ................................................................................................ 56

7.1

Rendimiento de un cargador frontal ................................................................................. 58

7.2

Rendimiento del sistema cargador-camin ...................................................................... 59

7.3

Rendimiento del sistema cargador y N-camiones............................................................. 61

8

Camiones Convencionales......................................................................................................... 62

9

Camiones Articulados................................................................................................................ 64

10

Camiones de Bajo Perfil ........................................................................................................ 68

11

Curvas de desempeo ........................................................................................................... 72

12

Correas Transportadoras....................................................................................................... 75

12.1

Factores relacionados con la capacidad del sistema ........................................................ 78

12.2

Potencia del sistema ......................................................................................................... 82

13

Sistema de extraccin vertical por piques. ........................................................................... 85

13.1

Cables para el sistema ....................................................................................................... 89

13.2

Ciclo del sistema ................................................................................................................ 90

13.3

Clculo del sistema ............................................................................................................ 91

14

Ferrocarriles ........................................................................................................................ 100

14.1

Sistema de descarga de carrros ...................................................................................... 105

14.2

Diseo de la locomotora ................................................................................................. 109

15

Ejercicios.............................................................................................................................. 112

15.1

Dimensionamiento Equipos Rajo .................................................................................... 112





2 Definiciones bsicascosto de inversin, operacin y mantencin.

La optimizacin debe entenderse como mxima disponibilidad operativa y rendimiento al mnimo

2.1 ndices de operacindado. Tiempo Cronolgico o Calendario (TCR):

A continuacin se definirn los parmetros a utilizar en la obtencin de los ndices, estos parmetros dicen relacin con la distribucin temporal de la mquina en cada tarea en un perodo

De modo genrico y en funcin de su representatividad y contenido, estos ndices operacionales

mineros se pueden clasificar en cuatro grandes grupos:

ndices Mecnicos: Son las horas correspondientes al tiempo calendario natural como das, meses, aos, etc., y se divide en dos tiempos que corresponden a: I II Tiempo Hbil. Tiempo Inhbil.

Los que informan sobre la disponibilidad fsica de equipos e instalaciones y sus rendimientos

o producciones por

unidad de tiempo.

ndices de Insumos:

Los que sealan magnitudes de los elementos consumidos para lograr una unidad de Tiempo Hbil u Horas Hbiles (HH): Son las horas en que la faena est en actividad productiva y/o en tareas de mantencin de sus elementos de produccin y/o infraestructura, en estas horas cada instalacin o unidad est en: Operacin. Reserva. Mantencin. Tiempo Inhbil u Horas Inhbiles (HIN): Son las horas en que la faena suspende sus actividades productivas y/o mantencin de sus elementos y/o infraestructura por razones como: 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 energa elctrica, atrasos en la llegada del transporte de personal, ausentismo colectivo por epidemias. Paralizaciones programadas: Domingos, festivos, vacaciones colectivas, colaciones

producto comercial o el Kg.explosivo/tonelada, ton-Km/lt combustible).

rendimiento del insumo expresado en unidades de producto por

unidad de elemento consumido (ejemplo

ndices 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 extraccin y beneficio (ejemplo razn

estril/mineral).

ndices de Resultados:

Los que indican logros planeados y reales para el perodo reportado (por ejemplo ton Cu

fino/mes).

En este tema, se abordaran los ndices mecnicos, los cuales provienen de la informacin obtenida

por un sistema desarrollado y aplicado, a objeto de lograr la optimizacin de los siguientes

aspectos relacionados con equipos e instalaciones:

-

Uso, funcionamiento y operacin.

-

Mantencin electromecnica.

-

Reemplazo oportuno y adecuado.

Gua Manejo de Minerales Tiempo de Mantenimiento u Horas de Mantencin (HMT): No permitirlo el rea donde debera cumplir su funcin.




Cuando en horas o tiempo programado como inhbil un equipo o instalacin es operado y/o

sometido a mantencin y/o reparacin, el tiempo real es computado como tiempo hbil y

clasificado en una de sus tres condiciones. Son las horas hbiles comprendidas desde el momento que la unidad de equipo o instalacin no es operable en su funcin objetiva o de diseo por defecto o falla en sus sistemas electromecnicos o por haber sido entregada a reparacin y/o mantencin, hasta que ha terminado dicha mantencin y/o reparacin y el equipo est en su rea de trabajo o estacionamiento en condiciones fsicas de operacin normal. El tiempo de mantencin se divide en: TIEMPO CRONOLGICO Esperas de personal y/o equipos de apoyo y/o repuestos. Traslados hacia y desde talleres o estacin de mantencin o reparacin. Tiempo real de mantencin y/o reparacin. Movimientos y/o esperas de estos en lugares de reparacin y/o mantencin.

Tiempo de Operacin u Horas de Operacin (HOP):

Son las horas en que la unidad o instalacin se encuentra entregada a su(s) operador(es), en

condiciones electromecnicas de cumplir su objetivo o funcin de diseo y con una tarea o

cometido asignado. Este tiempo se divide en:

-

Tiempo Efectivo.

-

Tiempo de Prdida Operacional.

Tiempo Efectivo u Horas Efectivas (HEF):

Son las horas en que la unidad de equipo o instalacin est funcionando y cumpliendo su

objetivo de diseo.

Tiempo de Prdida Operacional u Horas de Prdidas (HPE):(TCR) TIEMPO HBIL TIEMPO INHBIL

Son las horas en que la unidad de equipo o instalacin, estando en condiciones

electromecnicas de cumplir su objetivo de diseo, a cargo de su(s) operador(es) y con una tarea su funcionamiento intrnseco, como son

asignada, no puede realizarla por motivos ajenos a

los traslados, esperas de equipo complementario y en general por razones originadas en la HORAS OPERACIONALES

(HH) HORAS DE RESERVA (HOP) HORAS OPERACIONALES EFECTIVAS (HEF) HORAS DE PRDIDAS OPERACIONALES (HPE) (HRE) HORAS DE MANTENCIN (HMT)

(HI)

coordinacin de las operaciones.

Tiempo de Reserva u Horas de Reserva (HRE):,

Son las horas hbiles en que la unidad de equipo o instalacin, estando en condiciones electro-

mecnicas de cumplir su funcin u objetivo de diseo, no lo realiza por motivos originados en

una o ms de las siguientes razones:

-

Falta de operador (si es en la hora de colacin se toma como tiempo inhbil, si el

equipo sigue funcionando y hay cambio de operador se considera tiempo de operacin).

-

Falta de capacidad prevista de equipo complementario o accesorio.

-

No requerirlo el programa o plan de trabajo.





Igualdades:

3 ndices operacionalesTCR = HH + HIN

HH = HOP + HRE + HMT HOP = HEF + HPE en condiciones fsicas de cumplir su objetivo de diseo.

3.1 Disponibilidad Fsica:Es la fraccin del total de horas hbiles, expresada en porcentaje, en la cual el equipo se encuentra

Ahora veremos la utilizacin de estos parmetros temporales en la definicin de los ndices

DF = (HOP + HRE) 100 % HH Este indicador es directamente proporcional a la calidad del equipo y a la eficiencia de su mantencin y/o reparacin, e inversamente proporcional a su antigedad y a las condiciones adversas existentes en su operacin y/o manejo.

mecnicos.

3.2 ndice de Mantenimiento:Es el tiempo en horas que el equipo es operado por cada hora invertida en su mantencin y/o reparacin.

IM = HOP / HMT = (HEF + HPE) / HMT El valor de este ndice es proporcional a la calidad del equipo controlado y a la eficiencia de su mantencin y/o reparacin, e inversamente proporcional a su antigedad y a las condiciones adversas en su operacin o manejo.

3.3 ndice de Utilizacin:Es la fraccin del tiempo, expresada en porcentaje, en la cual el equipo es operado por cada hora en que este est en condiciones de cumplir su objetivo de diseo o fsicamente disponible. UT = (HOP 100) / (HOP + HRE) % Es directamente proporcional a la demanda o necesidad de la operacin de utilizar el equipo, e inversamente proporcional a su disponibilidad fsica y a su rendimiento.





3.4 Aprovechamiento:equipo y por las tcnicas de su utilizacin.

Tericamente este valor debera ser el de diseo para el equipo, pero es alterado por las caractersticas fsicas de donde se aplica su funcin, el medio ambiente, condiciones fsicas del

Es la fraccin del total de horas hbiles, expresada en porcentaje, en que el equipo fsicamente

disponible es operado en su funcin de diseo incluyendo sus prdidas operacionales.

A = HOP 100 / HH % = DF UT / 100 %

Con estos ndices se puede llevar un control en el transcurso de la vida de cualquier equipo, se debe tener en claro que por s solos cada ndice no representa una herramienta til para dar solucin a problemas o detectar causas de problemas, sino que en conjunto debern analizarse para poder enfocar cualquier tipo de investigacin al respecto, y el xito de ello depender directamente de la calidad de la informacin obtenida para el clculo de cada uno de ellos, es decir solo nos sern de utilidad si es que han sido medidos con claridad, comprobablidad, constancia y responsabilidad, es la nica manera para que la implementacin de este sistema de control en una faena tenga buenos resultados.

Es directamente proporcional a la demanda o necesidad de la operacin de utilizar el equipo,

dentro del lmite impuesto por la disponibilidad fsica del mismo, e inversamente proporcional al

rendimiento del equipo.

3.5 Factor Operacional:

Es la fraccin de tiempo, expresada en porcentaje, en que el equipo realiza efectivamente su

funcin de diseo por cada hora en que es operado.

FO = HEF 100 / HOP %

Es inversamente proporcional al tiempo de prdida operacional.

3.6 Rendimiento:

Es el promedio de unidades de produccin realizadas por el equipo por cada unidad de tiempo de

operacin.

R = UNIDADES DE PRODUCCIN PROMEDIO

UNIDAD DE TIEMPO DE OPERACIN

Es directamente proporcional a la velocidad de produccin del equipo e inversamente

proporcional al tiempo de prdida operacional.

3.7 Rendimiento Efectivo:

Es el promedio de unidades de produccin realizadas por el equipo en cada unidad de tiempo

Efectivo de operacin.

R

=

UNIDADES DE PRODUCCIN PROMEDIO

UNIDAD DE TIEMPO EFECTIVO DE OPERACIN

Gua Manejo de Minerales m/minuto Neumtico 65 m para dimetro de cable de 0.5", 100 m para Elctrico 90-120 m Dimensiones Potencia Presin 5.5 Kg/cm2 Neumtico 90.8 t. Llenado 90% => 81.7 t/balde. Tiempo por baldada 1 min => 4.903 t/h. 10 horas trabajadas por turno => 49.030 tpt. 2 turnos por da. Utilizacin 95% => 83.841 tpd (corresponde al rendimiento efectivo del equipo). Si necesito mover 400.000 tpd y cada pala mueve 83.841 tpd calculo el nmero de palas requeridas como: 400.000/83.841=4.7 ~ 5 palas de 44 yd3.

Gua Manejo de Minerales (rendimiento de perforacin de cada perforadora). perforadoras. Finalmente se tiene que la flota de palas, camiones y perforadoras es la siguiente: 2 perforadoras (60m/h) 75 camiones de 240t 5 palas de 44yd3




b) Flota de Camiones

60m/h. 9h/turno. 2turnos/d. Disponibilidad 85%. 30d/mes => 27540 m/mes

Para calcular el nmero de camiones necesario, se estima cuantos camiones necesito por pala, para que esta est trabajando continuamente. Considerar lo siguiente: 81.7 t/balde. 240 t/tolva => 3 baldes/tolva (nmero de baldadas para cargar un camin).

53.097 m/mes. 27.540 m/mes (cada perforadora) => 53097/27540 = 1.9 ~ 2

1 min de aculatamiento del camin en la pala.

3 baldes/tolva. 1min/balde => 3min/tolva (tiempo de carguo por camin).

Velocidad cargado: 10 km/h. Distancia 2.5 km => 0.25h (tiempo de viaje cargado).

Problema

Velocidad descargado: 15 km/h. Distancia 2.5 km => 0.16h (tiempo de viaje

15.2 Dimensionamiento Correas

descargado).

a. b. c. d. e. f.

Tiempo descarga 1 min.

Sumando los tiempos anteriores, se obtiene un total de 29.6 min para el ciclo del camin (cargar, transportar, descargar y volver al punto de carguo). En este tiempo, considerando que la pala demora 3 min en cargar cada camin, sta puede cargar un total de 29.6/3 = 9.87 ~ 10 camiones. En consecuencia, cada pala debe tener 11 camiones para satisfacer la produccin. Con una Disponibilidad 80% y una Utilizacin 95% => 11/(0.8*0.95) = 14.4 ~15 camiones/pala (efectivamente). Como se calcul un total de 5 palas, se tiene en consecuencia un total de 75 camiones de 240t.

Determinar la potencia del motor para una correa transportadora, con los siguientes requerimientos: Material: carbn bituminoso Capacidad requerida : 352.8 kg/s (1270 Ton/hr) Densidad 800 kg/m3 Angulo de reposo: 38 Largo correa: 457.2 m La altura a levantar es de 61 m (13%)

c) Flota de Perforadoras

La perforacin debe llevarse adelantada al proceso de carguo para que estos tengan cierta holgura e independencia, es por esto que los rendimientos de las perforadoras deben calcularse en unidades mensuales y no diarias. Para estimar el nmero necesario de perforadoras debe considerarse: Cada pozo de tronadura remueve un total de 10*9.5*15*2.7 = 3.848 t. Se perforan 17 metros por pozo (pasadura) => 226t/m perforado.

400.000 tpd * 30 d/mes => 12.000.000 t/mes (requerimiento de tonelaje mensual).

226 t/m. y 12.000.000 t/mes => 12.000.000/226 = 53.097 m/mes (necesidad de

perforacin).





Solucin

La velocidad de la correa transportadora va a depender del material que se quiera transportar, la cual se puede determinar a partir de la siguiente tabla, Para determinar el ancho de la correa, se utiliza la siguiente tabla, donde relaciona la seccin de la correa y el ngulo de sobrecarga,

Luego, la velocidad de la correa debiese ser de 3 (m/s).

Luego, el ancho de la correa debiese ser de 1050 mm.

Para determinar el peso de la correa por unidad de largo, incluido el peso de los rodillos, se obtiene de la siguiente tabla, donde se relaciona el ancho de la correa y la densidad del material que se requiere transportar,

Luego, el ngulo de sobrecarga es de 25. Luego el peso unitario es de 50.6 kg/m. La potencia total requerida va a ser la suma de las potencias necesarias para:

Para calcular la seccin de la correa, se utiliza la siguiente ecuacin,

Gua Manejo de Minerales Para determinar la potencia PR2 se utiliza el siguiente grfico,




Mover la correa vaca (PR1) Elevar el material (PR2) Mover el material horizontalmente (PR3)

Para determinar la potencia PR1 se utiliza el siguiente grfico,

Para determinar la potencia PR3 se utiliza el siguiente grfico,

Finalmente, la potencia total de motor es

Gua Manejo de Minerales Solucin




15.3 Tiempo de Ciclo y Rendimiento Skip

El ciclo de un skip puede representarse de acuerdo al siguiente esquema con los siguientes tiempos,

Se calcula el tiempo para acelerar para llegar a la velocidad de arrastre (2 fps): T1 = 2 fps/2 fps2 = 1 sec La distancia recorrida acelerando para llegar a la vel. Arrastre es la siguiente, X1 = 1/2 * a *Ta-c2 = 1/2 x 2 x 12 = 1 ft

T1: aceleracin a vel. de arrastre. T2: velocidad de arrastre. T3: aceleracin para vel. mxima. T4: velocidad mxima. T5: desaleracin para vel. arrastre T6: velocidad de arrastre. T7: desaceleracin para terminar.

Problema

Considerando el diagrama anterior se pide calcular el ciclo de tiempo y rendimiento de un skip con las siguientes caractersticas:

Carga Skip, lb. : 10,000 Tasa Aceleracin, fps2 : 2.0 Tasa Desaceleracin fps2 :2.5 Velocidad gua, fps : 20 Tiempo arrastre al inicio, seg :2 Tiempo arrastre al final, seg : 4 Tiempo de descarga, seg :10 Distancia de viaje, ft : 2000 Velocidad de arrastre, fps : 2

El tiempo transcurrido en vel. Arrastre es, T2 = 2 sec La distancia recorrida en vel. arrastre: X2 = 2 sec * 2 fps = 4 ft El tiempo para acelerar para llegar a vel. Mxima (20 fps) T3 = (20 fps - 2 fps)/2 fps2 = 9 sec La distancia recorrida acelerando para llegar a vel. mxima: X3 = 2 fps * 9 sec + 1/2 * a * Ta-fs2= 18 f t + 1/2 *2 *92 = 99 ft El tiempo transcurrido en desacelerar para vel. arrastre: T5 = (20 fps - 2 fps)/2.5 fps2= 7.2 sec La distancia recorrida desde la vel. Mxima a vel., de arrastre: X5 = 20 fps x 7.2 sec + 1/2 x a x Td-fs2 = 144 ft - 1/2 x 2.5 x 7.22 =79.2ft El tiempo transcurrido a vel. de arrastre: T6 = 4 sec La distancia recorrida a vel. de arrastre: X6 = 4 sec x 2 fps = 8 ft El tiempo en desacelerar para el termino del ciclo: T7 = 2 fps/2.5 fps2 = 0.8 sec La distancia recorrida para terminar el ciclo: X7 = 2.0 fps x 0.8 sec - 1/2 x 2.5 x 0.82= 0.8 ft El tiempo de descarga: T8 = 10 sec Para calcular el tiempo transcurrido a vel. mxima debemos considerar la distancia total que viaja el skip en ese tiempo. Para ello debemos restar a la distancia total que recorre el skip las distancias que recorri en las dems aceleraciones, por lo tanto: X4 = Profundidad pique (Xtotal) - (X1 + X2 + X3 + X5 + X6 + X7) = 2000 ft - (1 + 4 + 99 + 79.2 + 8 + 0.8) = 2000 - 192 = 1808 ft Tiempo transcurrido a vel. mxima: T4 = X4 /20 fps = 1808/20= 90.4 sec Finalmente el tiempo de ciclo total del skip es la suma de los tiempos anteriormente considerados, Tiempo de Ciclo= T1 + T2 + T3 + T4 + T5 + T6+ T7 + T8 = 1 + 2 + 9 + 90.4 + 7.2 + 4 + 0.8 + 10 = 124.4 sec





Considerando el tiempo de ciclo total anterior al usar solo un skip el tiempo de ciclo sera el doble, es decir, de 248.8 sec.

Por lo tanto, como la carga del skip es de 10.000 lbs.

15.4 Potencia Skip

El siguiente esquema representa los requerimientos de potencia del skip durante todo del ciclo de transporte.

El siguiente grfico representa el peso efectivo equivalente del skip con respecto a si es de doble tambor, un tambor o por friccin (koepe) y su dimetro.

Gua Manejo de Minerales Solucin EEW = 37.000 lbs. (viene del grfico) SW ( 2 * 12 * 10.000) = 24.000 lbs. TSL = EEW + SL + SW + R = 85.400 lbs. SL = 10.000 lbs.




R ( 1000 ft * 18 lb/ft * 2 *4 ) = 14.400 lbs.

Revisar las ecuaciones anteriores con lo siguiente,

Problema

Determinar la potencia (HP) para un skip de friccin de corriente alterna (AC) de 5 ton en sistema koepe que opera en un pique de 1000 ft de profundidad.

Datos:

El skip usa cuatro cuerdas de 1pulg. de dimetro con F.S. de 1.8 lbs/ft.

Velocidad de la gua = 20 fps Revisar si las ecuaciones anteriores estn correctas

Dimetro del tambor = 10 ft

Peso Skip/Carga Skip = 1.2

Tiempo de Ciclo:

Ta = 10 seconds

Tfs = 39.75 seconds

Tr = 8 seconds

Trest = 10 seconds



16 Bilbiografa

Ren Eduardo Le-feaux Corts; Manejo de materiales en explotaciones subterrneas

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