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.