Clase1

Carga y Acarreo Minero

VII ciclo

Mgr. Fulton Carlos Retegui Ordoez

Msc. Carlos Retegui Ordoez

1. Conceptos generales


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


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


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


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)


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


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


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


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


Menor que el ngulo de reposo.

Se aplica en materiales que son movidos en camiones o correas transportadoras.

Angulo de Carga


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


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


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


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.


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


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


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


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.


Razones

Mnimo tamao de extraccin (costo vs. espacio)

Irregularidad del cuerpo mineralizado

Malas prcticas mineras (negligencia)

Inestabilidad de la roca


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


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


Gelogos 1000 t

ley 1,2% Cu vs.

Metalurgistas

? vs. Ing. de Minas

1100 t @ 0,9% Cu

Reconciliacin de leyes


Carga y Acarreo Minero

VIII ciclo

Msc. Fulton Carlos Retegui Ordoez


2 . Clasificacin de equipos


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.


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.


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.


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).


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


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.


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.


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.


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.


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.


Proceso de excavacin con palas de cable


Empuje y levante


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.


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.


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.


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.


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.


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


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.


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.


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.


Tcnicas y condiciones operativas


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).


La cuchara de la pala puede estar instalada de manera

frontal o inversa (como una retroexcavadora)


De acuerdo a la configuracin del cucharon pueden cargar

por el frente o inverso


Las fases de excavacin frontal se presentan en la fig.


Procedimiento de corte en banco en palas frontales


Retroexcavadoras Hidrulicas:

A diferencia de las pala estas cargan en forma inversa, es

decir tienen que estar colocadas encima del banco para

poder operar.


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.


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


Clculo de la productividad nominal (m/hr)

m/hr. = ( CC* 60 min/hr.)/ciclo

Donde:

CC = Capacidad promedio balde en m


Clculo de la productividad real m/hr

m/hr. = m/hr. * FE

Donde:

FE = factor de eficiencia


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.


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


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


Solucin

Calculamos la capacidad del balde

Cc = Tn/ (d* Fc*FE)

Cc = 25 / (2.8 * 0.85*.70)

Cc = 15 m


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