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mineria
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Fundamentos carguío y transporte minería cielo abierto
Prof. Raúl Castro
Contenidos
• Antecedentes
• Descripciones de maquinas excavadoras
– Palas Hidráulicas
– Palas Eléctricas
– Dragas
• Calculo de productividad
• Calculo de flota – Saturar pala
– Método probabilístico
– Simulaciones
• Criterios de selección de equipos mineros
Operación minera a rajo abierto
1. Retiro de la capa superficial (tierra) utilizando tractores
2. Retiro del subsuelo utilizando pala hidraulica-camión
3. Perforación y tronadura de esteril (roca), este se extrae luego por
medio de palas a camiones que se dirigen al botadero
4. Dragas retiran la ultima capa de desmonte (caso mineria del
carbon)
5. El carbon es extraido mediante palas a camiones (caso minería del
carbon que no requiere tronadura)
6. Reclamación : tractores y motos nivelan las pilas de esteril. Para
completar el proceso de reclamación se plantan pastos, matorrales
y arboles
Frente excavación rajo
Palas hidráulicas
Es una maquina
especialmente diseñada
para excavación en
superficie
Utiliza motores diesel o
eléctricos
Capacidades 28- 46 yd3
Vida útil 7 años
Costo aprox. $7.000.000
Veloc 2.3 km/h
Marcas: Hitachi,
Komatsu,Liebherr, Terex-
O&K
Palas hidráulicas
Palas hidráulicas- sala de maquinas
Los motores
hidraulicos accionan
las trasmisiones de
hacen rotar los
piñones de giro
engranados en la
corona de giro.
El ciclo de giro va de
25-45 s.
Fuerzas de excavación
La pala hidraulica genera
fuerzas de excavación a
través del cilindro del brazo
(rompimiento) y los cilindros
de inclinación del balde
(empuje)
Un tercer componente de la
fuerza de la excavación es la
fuerza de la pluma
La fuerza neta disminuye a la
mitad del banco porque parte
de la fuerza esta dirigida a
soportar el peso del
aditamiento.
Pala hidráulica-camión
Generalmente se usan 3 pasadas para cargar un camión
Pala eléctrica minera
• Se conocen también como pala de cable para minería
• Utiliza motores eléctricos, reductores de engranaje, tambores y cables, chasis superior y aditamiento
• Marcas: P&H, Bucyrus
• Precio US$10.000.000 – MUS$ 12
• Vida útil 20 años o mas
• Velocidad 1.6 km/h
Pala eléctrica
Pala eléctrica-camión
3-5 pasadas por camión
Ciclo de trabajo
• Fase de excavación: mover el balde en el banco llenándola para levantarlo y liberar el banco
• Fase de giro: comienza cuando el balde esta lleno hasta llegar a la posición del camión. Esta comprende acelerar suavemente-marcha de inercia y desaceleración (60% del tiempo)
• Fase de descarga de balde: comienza desde que el balde pasa sobre el extremo del camión y termina cuando el movimiento de giro para regresar al banco.
• Fase de retorno: incluye girar la estructura superior de regreso al banco y bajar el balde a la posición de excavación
• Fase de posicionamiento: involucra el uso de la función de propulsión para mover la maquina mas cerca del frente de trabajo para mejorar la posición de excavación.
Excavación- palas hidráulicas
A: Posición de excavación
B: balde a nivel de piso
C: orientación del balde
D: balde en ángulo de
excavación
E: balde se mueve hacia arriba
por levante de la pluma
F:balde se mueve hacia dentro
G: Sube la pluma hasta la
altura de carguío del camión
Características de palas hidráulicas y eléctricas
Excavación – palas electricas
A: baja el balde
B: se mueve el balde
hacia delante usando el
empuje (piñon)
C: sube el balde y
extiende el empuje
D: Sube el balde
sacándolo del banco
hasta llegar a la altura de
carguío del camión
Tiempo de ciclo
• Típicamente el tiempo total es de 25-45 s por ciclo
• El tiempo en la fase de giro representa el mayor tiempo completo del ciclo. A menor arco de giro mayor es el rendimiento de la pala.
Dificultad de carga y factor de llenado
Facilidad de carga Ejemplo Factor de llenado
Excavación facil Granulares 1.05-1.2
Excavación media Tierra seca y barro, grava de barro,
carbón 1.0-1.15
Excavación dificil Materiales que requieren tronadura
liviana: piedra caliza, gipsita, arcilla
y grava cementada
0.9-1
Excavación muy dificil Materiales que requieren tronadura
pesada: taconita, granito, desmonte
conglomerado
0.8-0.9
Calculo de productividad
Peso material in-situ (1 m3): 1492 kg Factor de esponjamiento (1- ): 0,77 Peso material suelto: 1148 kg Tamaño balde: 13 m3 Excavación muy difícil: Factor de llenado: 0,85 Tiempo ciclo: 28 s Rendimiento teórico: (3600/28)x13x0.85x(1148/1000)= 1630 ton/h Disponibilidad = 0,83 Eficiencia carguío a camiones: 0,8 Rendimiento real pala = 1082 ton/h
Carguío a camiones
Sistemas mineros de manejo de materiales
• Un sistema de manejo de materiales en una mina esta conformado por carguío, transporte y vaciado
• En análisis de sistemas se ve una aproximación integrada de los procesos: – El manejo de materiales se considera como un sistema
formado de componentes que forman una entidad.
Optimización sistemas de carguío -transporte
operadorf
escontrolablnoiablesyi
escontrolabliablesxi
defectividamedidaZ
yjxifMinZ
__var
_var
_
),(
Variables controlables:
-Método de transporte
-Tipo de equipos
-Ubicación de infraestructura
(botaderos, silos, pilas, piques)
-Dificultad de carga
(fragmentación)
Variables endógenas
-Ubicación del yacimiento
- Leyes / mineralización
-Tipo de mineral
Simulación de sistemas mineros
• Modelos matemáticos – Determinísticos: relaciones entre causa – efecto – Estadísticos: se tiene una medida de la incerteza en los datos. – Simulación: se simula el escenario para tener una idea de la realidad
considerando alguna medida estadística.
• En minería el carguío y transporte es un sistema complejo y por lo tanto se
usa generalmente simulación ya que existe incerteza en las diversas componentes y como estas interactúan entre si.
• En simulación no se busca optimizar el sistema mas bien usar el computador como un laboratorio (what if?)
Modelo de ciclo
RTVVTVTPVTVCTCTPPTCT
TCT=tiempo ciclo unidad de transporte, min
TPP= tiempo para posicionarse frente a la unidad de carguío, min
TC= tiempo carguio, min
TVC=tiempo viaje cargado, min
TPV=tiempo posicionamiento en lugar de descarga, min
TV= tiempo vaciado, min
TVV=tiempo viaje vacío, min
R= retrasos, min
Tiempos de ciclo
TCCCUC
CUTTC
*
vacio
adoc
V
DVTVV
V
DVTVC
arg
CUT= capacidad unidad de transporte, ton
CUC= capacidad unidad de carguío, ton
TCC=tiempo ciclo carguío
DV= distancia viaje
Vi= velocidad en estado i
Pala- N camiones
*
*
_ _
_ _ arg
* _ sup
TCTN
TPP TC
t ciclo tpeN
t posicionarse t c a
entero erior
Ejercicio
• Considere un sistema de carguío y transporte en minería a cielo abierto, con las siguientes características:
– Capacidad equipo carguío (pala) = 57 yd3
– Tiempo ciclo pala = 0,5 min
– Tiempo posicionamiento carguío = 0,2 min
– Tiempo posicionamiento descarga = 0,2 min
– Tiempo vaciado = 0,35 min
– Capacidad eq. Transporte (camión) = 290 ton
– Distancia viaje = 5000 m
– Velocidad equipo cargado = 36 km/hr
– Velocidad equipo vacio = 45 km/hr
1. Calcule el numero de camiones requeridos para saturar a la pala
2. Determine el tiempo medio de espera de camiones
Cálculo de flota de camiones
idaddisponibil
reqcamionesncamionesn
___
_ _ &
_
horas effectivas horas mant repDisponibilidad
horas eff
Usualmente este numero no es suficiente
Cálculo de flota de camiones
n N n
a na
NPn P P
n
Probabilidad que hay exactamente n camiones disponibles de
una flota de N camiones:
N=flota
n= camiones disponibles
Pa= probabilidad de n camiones disponibles
Pna= probabilidad de N-n camiones no disponibles
Cálculo de flota de camiones
1,
Nx N x
n a na
x n
NP P P
x
Probabilidad que halla al menos n camiones disponibles de una
flota de N camiones:
N=flota
n= camiones disponibles
Pa= probabilidad de n camiones disponibles
Pna= probabilidad de N-n camiones no disponibles
Criterios en la selección de palas
• Criterios técnicos – Fuerza de excavación
– Presión sobre el terreno
– Peso de la maquina
– Movilidad
– Requerimientos de alimentación
– Tiempo de armado de maquina
– Adaptabilidad a cambios tecnológicos
– Cable de alimentación eléctrica
Criterios en la selección de equipos
• Operación de la maquina
– Visibilidad del operador
– Controles en la fase de excavación
– Ergonomía
– Uso de la función de propulsión para maximizar el factor de llenado
Criterios en la selección de equipos
• Geología y caracterización de yacimiento
– Altura del banco
– Requisitos de perforación y tronadura
– Abrasividad del material
– Excavación selectiva
Criterios en la selección de palas
• Excavación y carguío – Tiempo de ciclo – Factores de llenado – Alcance de excavación a nivel de piso – Descarga de material – Proximidad a la frente de trabajo – Alcance – Compatibilidad con el camión – Carguío con camiones- holgura – Dimensiones de trabajo (dimensiones de la frente)
Criterios de selección
• Productividad
– Disponibilidad
– Capacidad
– Confiabilidad
Criterios de selección
• Mantención
– Facilidad de mantención
– Abastecimiento de combustible
– Recambio planeado de componentes
– Programa de mantención preventiva
– Indicadores de confiabilidad
Criterios de selección
• Impacto al medio ambiente
– Limpieza
– Desecho de fluidos
– Emisiones de gases causantes del efecto invernadero
– Derrames
Criterios a considerar
• Económicos – Costo de capital/ disponibilidad de capital
– Costo por unidad cargada
– Costo del combustible
– Costo de seguros
– Vida útil de las maquinas
– Duración y riesgo del proyecto
– Traslado
– Valor de reventa
– Infraestructura de apoyo
– Conocimientos de tecnología
Calcule el costo de capital
• Precio fob: MUS$ 6.0 • Embarque, contrapeso, instalación (10% precio fob)
• Costo de inversión • Depreciación a 20 años (lineal) • Seguros, impuestos (20% /año)
– (20+1)/(2x20)x 6.000.000 x 0.2 (US$/año)
• Calcule costo por tonelada • Calcule costo por hora de operación
Costos de operación
• Mano de obra
• Energía
• Insumos operacionales
• Mano de obra mantención mecánica
• Componentes mecánicas
• Mano de obra mantención eléctrica
• Componentes eléctricas
Referencias
• Ramani. R.V. 1992. Haulage systems simulation analysis. Surface mining 2nd edition, Kennedy, Ed.