Carga y Acarreo Minero VIII ciclo Msc. Fulton Carlos Reátegui Reátegui Ordoñez Ordoñez
Propiedades de materiales Es muy muy impo import rtan ante te sabe saberr las las prop propie ieda dade dess del del mat materia eriall extr xtraído aído.. 1. De Dens nsid idad ad in situ situ (de (de ban banco co)) 2. Densid Densidad ad suelta suelta (espo (esponja njamie mient nto) o) 3. Sobre Sobrecar carga ga y ángu ángulo lo de repo reposo so 4. Distri Distribu bució ción n de de ttama amaño ño y flui fluide dezz
Densidad de material Es la masa (peso) por la unidad de volumen del material. Entre más dens denso o el mat materia erial, l, más más peso peso exis xiste por por igua iguall unid unidad ad volum olumen en La densidad del material minado varía mucho: Mena de hierro in situ o 3 tn/m3 Carbón in situ o 1 tn/m3
Material esponjado
Cuando se fragment enta, el material se espon sponjja, es deci ecir incremen ementta su volum olumen en con respe espect cto o al volum olumen en in situ situ.. I.
El esponjamiento da una baja densidad del material minado (suelto). La densidad suelta es siempre menor a la densidad in situ situ..
I I.
El esponjamiento depende del material y del tamaño de frag fragme men nto (qu (qué tan rot oto o est está). á). Espo Esponj njaamien mientto típi típicco: de 15%
(ar (arena) a 50% (algunas rocas).
Facto actorr de Espo Esponj njam amie ient nto o (FE) (FE) Define el cambio de densidad o volumen cuando el material se quie quiebr braa (o frag fragme men nta).S a).See defi define ne de dos dos mane manerras: as: •
•
Basado en el cambio de densidad por unidad de volumen; así FE < 1 (EE. (EE. UU., Caterpil rpilla larr) Basado en el cambio de volumen por unidad de masa; así FE>1 (europeos).
En minería… El volumen de descarga de una mina es mayor que el volumen en banco. Conocer el esponjamiento para planificar y diseñar apropiadamente las zonas de
descarga, botaderos, entre otros.
Conocer er el esponj esponjami amien ento to para para planif planifica icarr y diseña diseñarr las pilas pilas (sto (stockp ckpile iles) s) de Conoc material.
El volum olumen en del del materia eriall tran transp spor orttado ado es mayor, or, tant anto del del excavado ado en banc banco o como como del del desc descar arggado ado. esponjamiento para poder estimar apropiadamente apropiadamente el tamaño de los Conocer el esponjamiento equipos de extracción.
Angu Angulo lo de repos eposo o 1. Es la propiedad del material suelto que se relaciona con su cohesión. 2. Es el ángulo amontonado.
natural
de
apilamiento
de l
material
3. No es el ángulo de pendiente del pit , excep ceptu tuan ando do cuand uando o la pend pendie ient ntee es excavada vada en mat materia eriall suel suelto to.. 4. Es el ángulo de pendiente de botaderos y pilas (stockpile).
Angulo de Carga Es menor que el ángulo de reposo. Se aplica en materiales que son movidos en camiones o correas transportadoras.
Muy Fluido
Fluido
Ángulo de carga 5°
Ángulo de carga 10°
5º
Ángulo de reposo de 0º-19º
Fluido promedio
Ángulo de carga 20°
Ángulo de carga 25°
20º
25º
Ángulo de reposo 30º-34º
Ángulo de reposo 35º-39º
10º
Ángulo de reposo 20º-29º
Lenta
Ángulo de carga 30º
30º
Ángulo de reposo 40º- más
Materiales característicos
Partículas de tamaños uniformes, redondeadas muy pequeñas, muy secas o muy húmedas ejemplo: arena seca, cemento, concreto, etc.
Partículas finas redondeadas secas de peso medio parecidos a granos o frejoles.
Materiales irregulares o en grumos de peso medio como el carbón antracita, arcilla, lodo, etc.
Típico de materiales comunes como carbón bituminoso, piedra, minerales, etc.
Materiales irregulares, fibrosos como las astillas de madera, bagazo, arenas de fundición, etc.
Factor de llenado o de carga Raramente se carga el equipo a su capacidad nominal. El factor de llenado se refiere a la capacidad real con la que se llena la tolva. Depende de: Modelo de tolva del equipo. Tamaño de fragmento Propiedades del material: ángulo de reposo/sobrecarga •
•
•
El factor de llenado necesita ser definido para cada trabajo y para cada material.
FACTORES DE LLENADO DEL CUCHARON Material suelto
Áridos húmedos mezclados Áridos 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 más
Roca de Voladura
Buena Media Mala
Otros
Mezclas de roca y tierra Marga húmeda Tierra vegetal, piedras, raíces 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
Los factores de llenado del cucharón del cargador pueden afectados por la penetración del cucharón, la fuerza desprendimiento, el ángulo de inclinación hacia atrás, el perfil cucharón y las herramientas de corte; tales como los dientes cucharón o cuchillas impermeables reemplazables.
ser de del del
EXPANSION, VACIOS Y FACTORES DE CARGA ESPONJAMIENTO (%)
VACIOS (%)
FACTORES DE CARGA
5
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
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
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
70 75 80 85 90 95 100
•
Geometría del frente de avance •
Altura del banco
•
Ancho del banco
•
Bolones/rocas grandes
•
Condiciones de la roca
•
Cortes especiales •
Rampas
•
Cortes de caja
Condiciones de excavación Dificultad de la excavación
Descripción del Material
Fácil
Material Suelto, los materiales “ruedan” libremente debido a su forma granular por ejemplo; material de “stock pile” u otros materiales que están 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 áridos (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 compresión (UCS), alta densidad y muy abrasivos
Dilución: Residuos de roca de baja ley o estéril que inevitablemente son retirados con el mineral en el proceso de excavación. Estos pueden bajar la ley de cabeza del mineral explotado. Hace referencia al porcentaje de material estéril o de baja ley que se mezcla con el mineral producido por el método de explotación utilizado, y las operaciones complementarias.
Razones •
•
•
•
Mínimo tamaño de extracción (costo vs. espacio) Irregularidad del cuerpo mineralizado Malas prácticas mineras (negligencia) Inestabilidad de la roca
Recuperación El porcentaje de mineral valioso en el yacimiento que se recupera durante la explotación No todo el mineral es recuperado. Máximo tamaño de extracción Irregularidad del cuerpo mineralizado Estabilidad de la roca
Mining Bench Ore Lost Dilution
Ore Lost
Mining Bench
Ore Zone
Ore dilution and losses caused by mismatch between the mining geometry and the ore geometry.
Dilution
•
Geólogos 1000 t ley 1,2% Cu
vs. Metalurgistas
vs. Ing. d e Minas 1100 t @ 0,9% Cu
?
Los equipos se clasifican según la función que pueden satisfacer. De acuerdo a esto podemos clasificarlos en: 1. Equipos de carguío 2. Equipos de transporte 3. Equipos mixtos.
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 pile). Alternativamente, estos equipos de carguío pueden depositar directamente el material removido en un punto definido. Como es el caso de tolvas de transferencia, minería de carbón y dragas.
Los equipos de carguío pueden separarse en I. Unidades discretas de carguío, como es el caso de palas y cargadores, II. 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 I. Equipos sin acarreo (en general su base no se desplaza en cada operación de carguío) II. Equipos con acarreo mínimo (pueden desplazarse cortas distancias).
Dentro de estos equipos principalmente podemos I.
Palas eléctricas o de cable
II. Palas hidráulicas y Retroexcavadoras
Palas eléctricas 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 varios 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. El costo de inversión requerido es considerablemente mayor en el caso de una pala eléctrica.
Carga con Palas i.
La fase de excavación 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 excavación 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 posición del balde mediante una trayectoria de giro y altura de descarga planeada hasta que el balde esté ubicado sobre el camión de carga.
iii. La fase de descarga comienza antes de que el balde cargado pase por el lado del camión 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 así evita dañar la tolva del camión, especialmente durante la primera carga. iv. La fase de retorno incluye el giro del bastidor superior en dirección al banco, y también bajar el balde en posición retraída con el fin de cerrar su tapa, activando el seguro de cierre de la tapa del balde.
Fase de excavación Los movimientos básicos del ciclo de excavación son empuje, levante y giro. La posición correcta de la pala, los movimientos de empuje y los de levante son muy importantes para obtener buenos tiempos de ciclo y eficiencia de excavación de la pala. La excavación eficaz y segura requiere un control coordinado de los movimientos de empuje, levante y giro en una secuencia suave de pasos.
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 límite de empuje y retracción.
Los baldes más amplios y la geometría del labio (borde) del balde se diseñan, actualmente, para rebanar el banco en lugar de ararlo. El movimiento de empuje se debe usar para controlar la profundidad del corte. La penetración no debe ser tan profunda como para poner la pala en stall o levantar todo el banco. La profundidad de la penetración debe
permitir rebanar el material.
No se pueden obtener factores adecuados de llenado sin la penetración correcta. Pero la penetración excesiva provocará que la velocidad de levante sea lenta o se ponga en stall .
Un buen operador observará esto y mantendrá el balde en movimiento cerca de la potencia máxima.
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 más.
•
•
El movimiento de levante es tensar los cables de levante para alzar el balde a través del banco. El tipo y peso del material que se extrae afecta el movimiento de levante y de giro. Si es necesario suspender una carga mientras se espera al camión de carga, pare completamente el movimiento de levante y luego aplique los frenos de levante.
Giro El movimiento de giro incluye la rotación de toda la estructura superior hasta que la pala esté sobre el camión de carga. El peso del material que lleva el balde afecta la estabilidad de la pala y el régimen de aceleración y desaceleración de giro. La fase de giro comienza cuando el balde libra el banco vertical y horizontalmente. Acelera suavemente a través de la primera mitad del arco de giro, luego comienza a desacelerar. La aceleración y la desaceleración son proporcionales al movimiento del controlador de giro. Para reducir el daño al camión de carga, el balde debe colocarse a una altura donde, al girar, la tapa del balde libre el camión o la parte de arriba de la carga.
Posiciones de giro
Para reducir el daño con los baldes actuales más grandes y tolvas de camiones más profundas, coloque el balde en la tolva del camión con el frente del balde cerca del lado lejano, de manera que al abrir la tapa del balde no se golpee el lado cercano.
Técnicas y condiciones operativas
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 24 m3).
