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Ejercicios
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Carga y Acarreo Minero
VII ciclo
Mgr. Fulton Carlos Retegui Ordoez
Msc. Carlos Retegui Ordoez
1. Conceptos generales
Msc. Carlos Retegui Ordoez
Es muy importante saber las propiedades del material
extrado.
1. Densidad in situ (de banco)
2. Densidad suelta (esponjamiento)
3. Sobrecarga y ngulo de reposo
4. Distribucin de tamao y fluidez
Propiedades de materiales
Msc. Carlos Retegui Ordoez
Es la masa (peso) por la unidad de volumen del material.
Entre ms denso el material, ms peso existe por igual unidad de
volumen.
La densidad del material minado vara mucho:
Mena de hierro in situ o 3 tn/m3
Carbn in situ o 1 tn/m3
Densidad del material
Msc. Carlos Retegui Ordoez
Cuando se fragmenta, el material se esponja.
El esponjamiento da una baja densidad del material minado (suelto).
Nota: La densidad suelta es siempre menor a la densidad in situ.
El esponjamiento depende del material y del tamao de fragmento (qu tan roto est).
Esponjamiento tpico: de 15% (arena) a 50% (algunas rocas).
Material esponjado
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Define el cambio de densidad o volumen cuando el
material se quiebra (o fragmenta).
Se define de dos maneras:
Basado en el cambio de densidad por unidad de volumen; as
FE < 1 (EE. UU., Caterpillar)
Basado en el cambio de volumen por unidad de masa; as
FE>1 (europeos).
Factor de Esponjamiento (FE)
Msc. Carlos Retegui Ordoez
FE = 1 / (1 + % esponjamiento)
Para el esponjamiento de un 30%
FE = 1 / (1 + 0.3) = 0.77
Esto significa lo siguiente:
Tn/Bm = (Tn/ Sm) x 1/FE
B = material en banco
S = material suelto
Factor de esponjamiento: cambio de
densidad
Msc. Carlos Retegui Ordoez
FE = (1 + % esponjamiento)
Para el esponjamiento de un 30%
FE = (1 + 0.3) = 1.3
Esto significa lo siguiente:
Tn/Sm = (1/SF) x Tn/Bm
Tn/Bm = SF x Tn/Sm
Factor de esponjamiento: cambio de
volumen
Msc. Carlos Retegui Ordoez
El volumen de descarga de una mina es mayor que el volumen en banco (Bm3).
Conocer el esponjamiento para planificar y disear apropiadamente
las zonas de descargas, botaderos, entre otros.
Conocer el esponjamiento para planificar y disear las pilas (stockpiles) de material.
El volumen del material transportado es mayor, tanto del excavado en banco como del descargado.
Conocer el esponjamiento para poder estimar apropiadamente el tamao de los equipos de extraccin.
En minera
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1. Es la propiedad del material suelto que se relaciona con su
cohesin.
2. Es el ngulo natural de apilamiento del material amontonado.
3. No es el ngulo de pendiente del pit, exceptuando cuando la
pendiente es excavada en material suelto.
4. Es el ngulo de pendiente de botaderos y pilas (stockpile).
Angulo de reposo
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Menor que el ngulo de reposo.
Se aplica en materiales que son movidos en camiones o correas transportadoras.
Angulo de Carga
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ngulo de carga
30
ngulo de carga
25 ngulo de carga
20
ngulo de carga
10
ngulo de carga
5
ngulo de
reposo de 0-19 ngulo de
reposo 20-29 ngulo de
reposo 30-34
ngulo de
reposo 35-39 ngulo de
reposo 40- ms
Partculas de tamaos uniformes, redondeadas muy pequeas, muy secas o muy hmedas ejemplo: arena seca, cemento, concreto, etc.
Partculas finas redondeadas secas de peso medio parecidos a granos o frejoles.
Materiales irregulares o en grumos de peso medio como el carbn antracita, arcilla, lodo, etc.
Tpico de materiales comunes como carbn bituminoso, piedra, minerales, etc.
Materiales irregulares, fibrosos como las astillas de madera, bagazo, arenas de fundicin, etc.
30 25 20
10 5
Materiales caractersticos
Muy Fluido Fluido Fluido promedio Lenta
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Raramente se carga el equipo a su capacidad nominal.
Modelo de tolva del equipo
Propiedades del material: ngulo de reposo/sobrecarga
El factor de llenado necesita ser definido para cada trabajo y para cada material.
Factor de llenado o de carga
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FACTORES DE LLENADO DEL CUCHARON Material suelto ridos hmedos mezclados ridos uniformes hasta de 3 mm (1/8) 3-9 mm (1/8-3/8) 12-20 mm (1/2-3/4) 24 mm (1) y ms
Roca de Voladura Buena Media Mala Otros Mezclas de roca y tierra Marga hmeda Tierra vegetal, piedras, races Materiales cementados
Factor de llenado 95-100%
95-100 90-95 85-90 85-90
80-95% 75-90 60-75
100-120% 100-110 80-100
85-95
Nota
Para obtener los factores de llenado de cucharones de excavadoras hidrulicas, vea la carga til de los cucharones en la seccin de excavadores.
Factores Tpicos de llenado
Msc. Carlos Retegui Ordoez
Los factores de llenado del cucharn del cargador pueden ser
afectados por la penetracin del cucharn, la fuerza de
desprendimiento, el ngulo de inclinacin hacia atrs, el perfil
del cucharn y las herramientas de corte; tales como los
dientes del cucharn o cuchillas impermeables reemplazables.
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0,952
0,909
0,870,
0,833
0,800
0,769
0,741
0,714
0,690
0,667
0,645
0,625
0,606
0,588
0,571
0,556
0,541
0,526
0,513
0,500
4,8
9,1
13,0
16,7
20,0
23,1
25,9
28,6
31,0
33,3
35,5
37,5
39,4
41,2
42,9
44,4
45,9
47,4
48,7
50
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
FACTORES DE CARGA VACIOS (%) ESPONJAMIENTO (%)
EXPANSION, VACIOS Y FACTORES DE CARGA
Factor de Carga
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Geometra del frente de avance
Altura del banco
Ancho del banco
Bolones/rocas grandes
Condiciones de la roca
Cortes especiales
Rampas
Cortes de caja
Otras condiciones para la carga
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Condiciones de excavacin
Dificultad de la
excavacin Descripcin del Material
Fcil Material Suelto, los materiales ruedan libremente debido a su forma granular por ejemplo; material de stock pile u otros materiales que estn siendo re- manipulados
Media Material in situ que requiere cierta fuerza para ser removido (muchas
veces solo fuerza de la maquina excavadora), por ejemplo; arena y
ridos (agregados o cantos rodados) en banco, ciertos materiales de
relleno.
Dura Material que requiere voladura que resulta en fragmentos menores a
1 m, una vez aflojados por la voladura requieren de cierta fuerza del cucharon para ser cargados, son generalmente de mediana
densidad y pueden ser abrasivos
Muy dura
Material que requiere de voladura con altos factores de carga,
generalmente se trata de materiales con alta resistencia a la
compresin (UCS), alta densidad y muy abrasivos
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Conceptos geolgicos operacionales
Dilucin:
Residuos de roca de baja ley o estril que inevitablemente son
retirados con el mineral en el proceso de excavacin. Estos pueden
bajar la ley de cabeza del mineral explotado.
Hace referencia al porcentaje de material estril o de baja ley que se
mezcla con el mineral producido por el mtodo de explotacin utilizado,
y las operaciones complementarias.
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Razones
Mnimo tamao de extraccin (costo vs. espacio)
Irregularidad del cuerpo mineralizado
Malas prcticas mineras (negligencia)
Inestabilidad de la roca
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Recuperacin
El porcentaje de mineral valioso en el yacimiento que se
recupera durante la explotacin
No todo el mineral es recuperado.
Mximo tamao de extraccin
Irregularidad del cuerpo mineralizado
Estabilidad de la roca
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Ore Lost
Ore Zone Dilution
Dilution
Ore Lost Mining Bench
Mining Bench
Ore dilution and losses caused by mismatch between
the mining geometry and the ore geometry.
Dilucin y recuperacin
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Gelogos 1000 t
ley 1,2% Cu vs.
Metalurgistas
? vs. Ing. de Minas
1100 t @ 0,9% Cu
Reconciliacin de leyes
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Carga y Acarreo Minero
VIII ciclo
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2 . Clasificacin de equipos
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Clasificacin de equipos
Los equipos se clasifican segn la funcin que pueden
satisfacer. De acuerdo a esto podemos clasificarlos en:
1. Equipos de carguo
2. Equipos de transporte
3. Equipos mixtos.
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2.1 Equipos de carguo minero
Realizan principalmente la labor de carga del material
desde la frente de trabajo hacia un equipo de transporte
que llevar el material a un determinado destino (planta,
botadero, stock pile).
Alternativamente, estos equipos de carguo pueden
depositar directamente el material removido en un punto
definido. Como es el caso de tolvas de transferencia,
minera de carbn y dragas.
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Los equipos de carguo pueden separarse en
I. Unidades discretas de carguo, como es el caso de
palas y cargadores,
II. Equipos de carguo de flujo continuo, como es el caso
de excavadores de balde que realizan una operacin
continua de extraccin de material.
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Otra forma de diferenciar los equipos de carguo considera
si stos se desplazan o no
I. Equipos sin acarreo (en general su base no se
desplaza en cada operacin de carguo)
II. Equipos con acarreo mnimo (pueden desplazarse
cortas distancias).
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2.1.1 Unidades discretas: Equipos de carga sin
acarreo
Dentro de estos equipos principalmente podemos
I. Palas elctricas o de cable
II. Palas hidrulicas y Retroexcavadoras
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I. Palas elctricas o de cables
Se utilizan principalmente en mediana y gran minera a cielo
abierto.
Tienen un bajo costo por unidad de produccin y pueden manejar
grandes volmenes.
Cada modelo puede combinarse con varios modelos de camiones,
lo que les otorga cierta flexibilidad.
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Son equipos caros y crticos en la produccin que requieren de
mantenimiento preventivo para evitar interrupciones en la
produccin. Tienen poca movilidad para trabajar en varias frentes
al mismo tiempo.
Para una misma produccin, la energa elctrica que consumen
estos equipos resulta ms econmica que el consumo de
combustible de una pala hidrulica.
El costo de inversin requerido es considerablemente mayor en el
caso de una pala elctrica.
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Carga con Palas
i. La fase de excavacin incluye empujar el balde en el banco,
levantar el balde para llenarlo y retraer el balde del banco.
Un balance adecuado de las fuerzas de empuje y levante es
esencial para una excavacin eficaz y productiva.
ii. La fase de giro comienza cuando el balde libra el banco
vertical y horizontalmente. Durante esta fase, el operador
controla la posicin del balde mediante una trayectoria de giro
y altura de descarga planeada hasta que el balde est
ubicado sobre el camin de carga.
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iii. La fase de descarga comienza antes de que el balde cargado
pase por el lado del camin de carga, y termina cuando el
movimiento de giro para y retrocede para regresar el balde al
banco. Durante la fase de descarga, el operador abre la tapa del
balde para descargar su contenido mientras controla la altura de
la descarga para evitar lesiones al personal de la mina, y as evita
daar la tolva del camin, especialmente durante la primera
carga.
iv. La fase de retorno incluye el giro del bastidor superior en
direccin al banco, y tambin bajar el balde en posicin retrada
con el fin de cerrar su tapa, activando el seguro de cierre de la
tapa del balde.
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Fase de excavacin
Los movimientos bsicos del ciclo de excavacin son empuje,
levante y giro.
La posicin correcta de la pala, los movimientos de empuje y los de
levante son muy importantes para obtener buenos tiempos de ciclo
y eficiencia de excavacin de la pala.
La excavacin eficaz y segura requiere un control coordinado de
los movimientos de empuje, levante y giro en una secuencia suave
de pasos.
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Proceso de excavacin con palas de cable
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Empuje y levante
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EMPUJE (CROWD)
Es el movimiento que
proporciona el empuje necesario
para forzar el balde contra el
banco, y los dientes del balde
debajo de suficiente material
para que sea eficaz el uso del
tiro disponible del aro.
Es necesario mantener siempre
un buen ajuste de los
interruptores del lmite de
empuje y retraccin.
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Los baldes ms amplios y la geometra del labio (borde) del balde
se disean, actualmente, para rebanar el banco en lugar de ararlo.
El movimiento de empuje se debe usar para controlar la
profundidad del corte.
La penetracin no debe ser tan profunda como para poner la pala
en stall o levantar todo el banco. La profundidad de la penetracin
debe permitir rebanar el material.
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No se pueden obtener factores adecuados de llenado sin la
penetracin correcta. Pero la penetracin excesiva provocar que
la velocidad de levante sea lenta o se ponga en stall.
Un buen operador observar esto y mantendr el balde en
movimiento cerca de la potencia mxima.
Una vez que el balde se pone en stall en el banco, se pierde el
momento; y los tiempos de ciclo pueden aumentar notablemente
hasta el 50% o ms.
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LEVANTAR (IZAJE)
El movimiento de levante es tensar los cables de levante para alzar el balde a travs del banco. El tipo y peso del material que se extrae afecta el movimiento de levante y de giro.
Si el ecualizador o ecualizadores del cable de levante son subidos hasta las poleas de la punta de la pluma, se puede daar el equipo. Siempre mantenga el control de la posicin del balde para evitar que el ecualizador o ecualizadores entren en contacto con la punta de la pluma.
Si es necesario suspender una carga mientras se espera al camin de carga, pare completamente el movimiento de levante y luego aplique los frenos de levante.
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Boom jack es el resultado de la
excesiva fuerza de empuje
aplicada durante la fase de levante
del ciclo de excavacin. Ocurre
cuando se aplica una fuerza de
empuje excesiva sin aplicar
simultneamente una fuerza
proporcional de levante.
A medida que la pluma regresa, el
movimiento puede ocasionar
holgura en los cables suspensores
de la pluma.
Cuando la pluma regresa a su
posicin normal, el sistema de
suspensin atrapa la pluma en
cada. Esto puede producir un
enorme esfuerzo, provocando que
los suspensores se estiren o
rompan.
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El movimiento de giro incluye la rotacin de toda la estructura superior hasta que la pala est sobre el camin de carga. El peso del material que lleva el balde afecta la estabilidad de la pala y el rgimen de aceleracin y desaceleracin de giro.
La fase de giro comienza cuando el balde libra el banco vertical y horizontalmente. Acelera suavemente a travs de la primera mitad del arco de giro, luego comienza a desacelerar. La aceleracin y la desaceleracin son proporcionales al movimiento del controlador de giro.
Para reducir el dao al camin de carga, el balde debe colocarse a una altura donde, al girar, la tapa del balde libre el camin o la parte de arriba de la carga.
Giro
Msc. Carlos Retegui Ordoez
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Posiciones de giro
Para reducir el dao con los baldes actuales ms grandes y
tolvas de camiones ms profundas, coloque el balde en la tolva
del camin con el frente del balde cerca del lado lejano, de
manera que al abrir la tapa del balde no se golpee el lado
cercano.
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Propulsin
El movimiento de propulsin se usa para mover la pala al
siguiente corte, as como para penetrar ms en el banco. Para
ahorrar tiempo y reforzar la productividad general, es bueno
planear con anticipacin la nueva posicin que la pala tendr
para cada corte sucesivo.
Virar las orugas en preparacin para avanzar hasta el siguiente
corte ayuda a simplificar los movimientos y a reducir el tiempo
para mover la pala a su nueva ubicacin.
Msc. Carlos Retegui Ordoez
Al ahorrar solo dos minutos por hora de operacin en propulsin,
una pala de 30 yardas cbicas podra cargar un camin adicional
de 170 toneladas, agregando 4000 toneladas de movimiento de
material al da.
Con los baldes y los camiones de carga de ms capacidad, los
aumentos de productividad son proporcionalmente mayores.
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Tcnicas y condiciones operativas
Msc. Carlos Retegui Ordoez
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2. Palas hidrulicas
Presentan una mejor movilidad que las palas de cable,
aunque no estn diseadas para cambiar de posicin de
manera frecuente.
Con una menor inversin y un costo operacional levemente
ms alto que en el caso de las palas elctricas, las palas
hidrulicas poseen un rango de capacidades de balde
menores (hasta 24 m3).
Msc. Carlos Retegui Ordoez
La cuchara de la pala puede estar instalada de manera
frontal o inversa (como una retroexcavadora)
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De acuerdo a la configuracin del cucharon pueden cargar
por el frente o inverso
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Tcnicas y condiciones operativas
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Las fases de excavacin frontal se presentan en la fig.
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Procedimiento de corte en banco en palas frontales
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Retroexcavadoras Hidrulicas:
A diferencia de las pala estas cargan en forma inversa, es
decir tienen que estar colocadas encima del banco para
poder operar.
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Se utilizan principalmente en canteras y en algunos casos
en pequea y mediana minera no metlica.
Permiten el manejo de producciones pequeas. Pueden
estar montadas sobre neumticos u orugas.
Las capacidades de los baldes alcanzan 4 yd3, con
motores de hasta 430 HP.
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Tcnicas y condiciones operativas
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2.1.2 Clculo de la productividad de equipos de
carga sin acarreo
Clculo de Capacidad Promedio el balde (CC)
CC (m) = Cc * Fc
Donde:
Cc = capacidad de balde o cucharon nominal en m
Fc = factor de carga
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Clculo de la productividad nominal (m/hr)
m/hr. = ( CC* 60 min/hr.)/ciclo
Donde:
CC = Capacidad promedio balde en m
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Clculo de la productividad real m/hr
m/hr. = m/hr. * FE
Donde:
FE = factor de eficiencia
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Estimacin 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 operacin depender de las condiciones de trabajo, localizacin del camin o equipo de transporte, profundidad de la excavacin, existencia de obstculos, tamao de la excavadora, etc.
Tpicamente el tiempo total del ciclo flucta 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.
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Ejemplo de aplicacin
Seleccione el tamao de balde para un flota de palas en una operacin minera de hierro, dados los siguientes antecedentes acerca de la operacin.
Nmero de equipos : 1
Capacidad diaria requerida por equipo (P) : 50 700 ton/da
Tiempo diario estimado de operacin (T) : 18 hr.
Excavabilidad del material : difcil
Tiempo estimado de ciclo (c) : 32 seg
Densidad in situ del material (j) : 2.8 /m
Factor de esponjamiento (FE) : 0.70
Factor de llenado de balde (FC) : 0.85
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Solucin
Calculamos el nro. de ciclos
#ciclos = (T * 3600 seg/hr.)/c
# ciclos = (18 hrs*3600 seg/hr./32 seg)
# ciclos = 2 025
Calculamos el Tn por ciclo
Tn/ciclo = P/#ciclos
Tn/ciclo = 50 700/2025
Tn/ciclo = 25
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Solucin
Calculamos la capacidad del balde
Cc = Tn/ (d* Fc*FE)
Cc = 25 / (2.8 * 0.85*.70)
Cc = 15 m
Msc. Carlos Retegui Ordoez
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