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• Cristian Paul Jimenez Castillo

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INTRODUCCION El acarreo y carguío es parte del proceso de retirar el material volado del frente de trabajo hacia un equipo de transporte, para poderlo transportar adecuadamente a su lugar de destino (planta, botadero, stock). Alternativamente, estos equipos de carguío pueden depositar directamente el material removido en un punto definido. En minería superficial como en minería subterránea se realiza este proceso. Dentro del proceso productivo de una mina es el de mayor costo conjuntamente con el transporte de material, debido a que es el proceso con mayor cantidad de equipos involucrados (flota), alto grado de mecanización, menor rendimiento productivo por equipo y se constituye como un proceso de operación prácticamente continuo y lento. Distintas combinaciones de equipos y secuencias de operación pueden satisfacer el requerimiento de producción. Las combinaciones de equipos y secuencias de operación están ligadas directamente con la capacidad del equipo y el tiempo requerido para completar un ciclo de operación, teniendo en cuenta factores como eficiencia, disponibilidad, costos, etc.

OBJETIVOS  Conocer en forma detallada los equipos que se utilizan o participan en el acarreo de material en minería superficial.  Determinar el dimensionamiento de una flota de equipos a través de sus índices de operación y especificaciones técnicas básicas.  Determinar el costo de operación a través de un análisis de costos eligiendo la mejor alternativa.  Relacionar el presente trabajo directamente con los conocimientos recibidos en clase, reforzando información sobre la variedad de estos equipos que se pueden utilizar en el acarreo en minería superficial.

EQUIPOS DE ACARREO EN MINERIA SUPERFICIAL Dentro de los procesos productivos de mayor costo se encuentra el carguío y transporte de material, debido a que es el proceso con mayor cantidad de equipos involucrados (flota), alto grado de mecanización, menor rendimiento productivo por equipo y constituye un proceso de operación prácticamente continuo y lento. El objetivo del proceso es “Retirar el material volado de la frente y transportarlo adecuadamente a su lugar de destino”, lo cual se puede resumir en la siguiente secuencia:  Preparación de la zona de trabajo.  Posicionamiento de equipos,  Retirar el material tronado desde la frente de trabajo (Carguío),  Traspaso del dispuesto

material al para el traslado,

equipo

 Transporte del material a su (Planta, acopio, botaderos, etc.).

de

lugar de

transporte destino

 Descarga del material.  Retorno del equipo de transporte al punto de carguío (si es que se requiere su retorno). El proceso productivo de Acarreo - Carguío y transporte se puede esquematizar de la siguiente forma:

¿Cuándo Se Lleva A Cabo? Una vez que el material ha sido volado y que se ha revisado el área verificando que la operación será segura (tiros quedados, colpas muy grandes, derrumbes, etc.), se procede a preparar la zona de carguío (sello), para lo cual se requerirá (si es necesario) de equipos de apoyo como bulldozers, wheeldozers, cargadores de servicio, camiones de riego, que dejen expedito el sector para la operación de los equipos de carguío y transporte. Cumplido con esto se posiciona el equipo de acarreo con su correspondiente flota de equipos de transporte para iniciar la operación. En minas de rajo abierto la preparación del sello no constituye una operación unitaria para el ciclo de carguío y transporte, ya que por lo general es más de una la zona a cargar y mientras los equipos de carguío y transporte operan en un sector, los equipos de apoyo están preparando otro. ¿Qué SE HACE?

Fundamentalmente lo que se hace es extraer el material quebrado (volado) desde la frente de operación por el equipo de carguío, para luego ser depositado en el equipo de transporte, lo cual se logra posicionando el equipo (cargador frontal o pala) frente al material cargado, en un área donde tanto el equipo de carguío como los equipos de transportes puedan operar sin problemas. El equipo de carguío penetra el material tronado con su balde, llenándolo y desplazándolo hacia el punto de descarga, donde el balde es vaciado sobre la tolva del equipo de transporte (o recipiente). Esto se repite hasta que el equipo de transporte alcance su llenado operacional y sea reemplazado por otro equipo de transporte para continuar cíclicamente hasta agotar el material de la frente de trabajo. ¿CON QUE SE HACE? La operación de realiza con equipos adecuados, según la descripción del proceso, es decir dependiendo de la continuidad del proceso y los equipos involucrados. Para el carguío se cuenta con variados equipos como Cargadores frontales, Palas hidráulicas de excavación frontal o retro excavadoras, Palas cable, Dragalinas, Rotopalas, etc., La flota seleccionada tendrá relación directa con las características de la mina, tanto

físicas, geométricas y operacionales (rendimientos exigidos). (Ver texto Maquinarias y Equipos Mineros para la Explotación de un Rajo Abierto). Algunas relaciones específicas entre proveedores y clientes para el proceso productivo de Acarreo.

Perforación: La perforación de una malla determinada influirá fuertemente en el buen desarrollo del proceso de acarreo y transporte, ya que la granulometría esperada del material dependerá del diseño de la malla (relacionado a la vez con las propiedades físicas de la roca a perforar). Una buena malla de perforación, así como una buena perforación (tiros bien perforados según las especificaciones técnicas) garantizará primeramente la buena operación del equipo de carguío, y garantizará una mejor operación del transporte (menor daño por impactos de colpas en la tolva, mejores factores de llenado, mejor descarga de materiales, etc.). Algunas relaciones específicas entre proveedores y clientes para el proceso productivo de Acarreo.

Voladura: Similar importancia tiene el buen resultado de la voladura, ya que la granulometría también dependerá de los factores de carga aplicados (u obtenidos) en los distintos sectores a tronar la proyección del material (ola de material tronado), se incrementa con el factor de carga. Para cada tipo de equipo de carguío existe una proyección de material adecuada (para los cargadores la ola deberá ser de poca altura y de mayor extensión, para palas cable lo ideal es una ola alta y de poca extensión). El rendimiento de los equipos de carguío mejorará según la geometría de la ola de material a cargar, lo cual significará menores actividades de preparación de la zona de carguío y con ello iniciar la operación en un menor tiempo. Algunas relaciones específicas entre proveedores y clientes para el proceso productivo de Acarreo. Características del material: La geología del yacimiento influirá en lo que es selectividad del material en el carguío, es muy diferente operar en un yacimiento con vetas de alta ley o con mayores exigencias de selectividad, que operar en un yacimiento masivo. La dureza y abrasividad del material influirá en los costos por el desgaste de los aceros de los equipos. La densidad del material también hará variar los costos y la capacidad de los equipos.

DIMENSIONAMIENTO DE UNA FLOTA DE EQUIPOS PARA LA EXPLOTACIÓN DE UNA MINA A CIELO ABIERTO Una de las etapas más relevantes en un proyecto es la adecuada selección de los equipos industriales involucrados en el proceso productivo, ya que los costos estimados para el proyecto pueden diferir en gran medida con respecto a los reales en función de la selección de la maquinaria a utilizar. Es así que en la explotación de un yacimiento el dimensionamiento de los equipos resultará del análisis de gran cantidad de información, tanto tecnológica como práctica, las cuales permitirán determinar las mejores alternativas para la extracción y el manejo de los recursos involucrados. La información tecnológica proviene de las distintas fábricas y distribuidores de equipos y maquinarias mineras disponibles en el mercado, y la información práctica la obtendremos de la experiencia en faenas mineras similares o no a nuestro proyecto, estadísticas y también de los estudios que se realicen respecto al comportamiento de las variables involucradas en el proceso de selección de la flota. Dentro de las operaciones unitarias el carguío y transporte es la que abarca mayor cantidad de análisis, ya que se encuentran directamente ligadas entre sí, por lo tanto el dimensionamiento de la flota considera las dos operaciones unitarias como un conjunto, debiendo recurrir al análisis de distintas combinaciones de equipos compatibles entre sí y con la operación. Dependiendo de las características de la explotación, muchas alternativas de equipos quedarán fuera del análisis, lo cual representa el primer paso de nuestro dimensionamiento (definir límites técnicos y/ o económicos a los equipos a evaluar). Muchas veces sólo es posible descartar una alternativa después de haber evaluado económicamente la flota de carguío y transporte, lo cual introduce una dificultad adicional al requerir una evaluación más acabada de una flota que finalmente sería descartada. El rendimiento requerido por la explotación es el primer dato que permitirá diseñar la operación unitaria y definir el rendimiento de los equipos para cumplir con el plan del período. Junto con ello necesitamos las características básicas de la explotación (dimensiones de diseño, perfiles de transporte, pendientes, áreas disponibles, resistencia a la rodadura, limitantes de estabilidad por pesos máximos, otras limitantes, etc.). Los equipos se clasifican según la función que pueden satisfacer. Es así como se distingue entre equipos de carguío, y equipos mixtos.

Los primeros 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). Alternativamente, estos equipos de carguío pueden depositar directamente el material removido en un punto definido. Este es el caso de las dragadoras en minería de carbón, donde el equipo remueve la sobrecarga y la utiliza para construir la superficie sobre la cual se emplazará en un futuro cercano. Los equipos de carguío pueden separarse a su vez en unidades discretas de carguío, como es el caso de palas y cargadores, o bien, como equipos de carguío de flujo continuo, como es el caso de excavadores de balde que realizan una operación continua de extracción de material.

CLASIFICACION DE EQUIPOS DE ACARREO SIN ACERO Unidad Discreta • Pala eléctrica • Retroexcavadora • Pala hidráulica • Pala neumática Flujo Continuo • Excavador de baldes • Dragadora

ACERRO MINIMO • Cargador frontal • LHD EQUIPOS DE CARGUÍO SIN ACARREO

PALAS ELECTRICAS 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 varias 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. Sin embargo, el costo de inversión requerido es considerablemente mayor en el caso de una pala eléctrica.

PALAS ELECTRICAS O DE CABLES PALAS DE CABLE P&H

PALAS ELECTRICAS O DE CABLES PALAS DE CABLE P&H

PALAS ELECTRICAS O DE CABLES PALAS DE CABLE P&H

PALAS ELECTRICAS O DE CABLES PALAS DE CABLE BUCYRUS

PALAS ELECTRICAS O DE CABLES PALAS DE CABLE BUCYRUS

EQUIPOS DE CARGUÍO SIN ACARREO RETROEXCAVADORAS Se utilizan principalmente en canteras y en algunos casos en pequeña y mediana minería no metálica. Permiten el manejo de producciones pequeñas. Pueden estar montadas sobre neumáticos u orugas. Las capacidades de los baldes alcanzan 4 yd3, con motores de hasta 400 HP. A continuación (Tabla 3 y Tabla 4) se muestran detalles técnicos de palas Liebherr y Caterpillar.

PALAS HIDRÁULICAS Estas palas 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 30 yd3). La cuchara de la pala puede estar instalada de manera frontal o inversa (como una retroexcavadora).

Modelo

Potencia

Capacidad

Peso Operacional

PC3000

1260 HP @ 1800 rpm

15 m3

252 ton

PC4000

1875 HP @ 1800 rpm

22 m3

391 ton

PC5500

2520 HP @ 1800 rpm

29 m3

534 ton

PC8000

4020 HP @ 1800 rpm

42 m3

722 ton

Palas Frontal Eléctrica Modelo

Potencia

Capacidad

Peso Operacional

PC3000

900 KW

15 m3

252 ton

PC4000

1350 KW

22 m3

391 ton

PC5500

1800 KW

28 m3

534 ton

PC8000

2900 KW

42 m3

722 ton

PALAS HIDRAHULICAS PALAS KOMATSU PC3000

PALAS HIDRAHULICAS PALAS KOMATSU PC8000

PALAS NEUMÁTICAS Las palas autocargardoras son pequeños equipos montados sobre llantas metálicas o neumáticos que permiten el carguío de material en vagones de tren que se ubican inmediatamente tras la pala. La pala recoge el material de la frente de trabajo y lo vuelca hacia atrás del mismo, tras pasarlo por sobre el equipo. Estos equipos suelen ser alimentados por energía neumática y han ido cayendo en la obsolescencia. El sistema de transporte que naturalmente está asociado a este equipo de carguío es el tren.

CARGADOR FRONTAL Los cargadores frontales ofrecen una alternativa al uso de palas eléctricas o hidráulicas. Presentan grandes ventajas, tales como su movilidad y la posibilidad de manejar grandes volúmenes de material (los más grandes superan las 40 yd3). Estos equipos deben maniobrar para descargar en el camión y para acceder a la frente de trabajo, a diferencia de las palas con base fija, que rotan en torno a la misma. Los cargadores permiten mayor flexibilidad en la producción pues pueden desplazarse con relativa facilidad y rapidez de una frente de trabajo a otra. Óptimamente, sin embargo, el acarreo debe ser mínimo. Se utilizan en mediana y gran minería, tanto para minerales industriales como metálicos.

EQUIPOS DE CARGUÍO DE FLUJO CONTINUO EXCAVADOR DE BALDES Estos equipos se utilizan principalmente en minería de material blando o remoción de sobrecarga no consolidada. El principal tipo de equipos es el bucket Wheel excavator (excavador con rueda de baldes) que consiste básicamente en una serie de baldes dispuestos en la periferia de una rueda que gira removiendo de manera continua el material. En Prú no se utilizan, puesto que la minería metálica trabaja principalmente en roca. Su utilización puede verse en minería del carbón, de arenas bituminosas o en la construcción y remoción de pilas de lixiviación. EXCAVADOR

DE

BALDES

DRAGADORAS Las dragadoras permiten remover la sobrecarga en minas de carbón y luego ir extrayendo los mantos de carbón de manera selectiva (pueden trabajar en capas de espesor mínimo igual a 3 metros con baja dilución). DRAGADORAS DRAGADORAS P&H

EQUIPOS MIXTOS O COMBINADOS Algunos de los equipos de carguío y transporte vistos anteriormente pueden clasificarse como equipos mixtos. Este es el caso de los LHD y las dragadoras, equipos principalmente de carguío, pero que pueden adicionalmente desarrollar una función limitada de transporte. Movile Fijas Unidades Discretas • Scraper • Dozer • LHD • Dragadora

SCRAPER El scraper se utiliza generalmente para la remisión de sobrecarga previa a la explotación misma. Carga el material “rascando” la superficie donde está depositado. El material se acumula en una tolva cuya capacidad oscila para aplicaciones mineras entre los 15 y 35 m3.

DOZER (WHEELDOZER Y BULLDOZER) Estos dos tipos de equipo poseen una función principalmente de apoyo a los equipos principales. Los wheeldozers están montados sobre neumáticos, mientras que los bulldozers lo están sobre orugas. El wheeldozer se utiliza principalmente para la mantención de caminos, preparación de terrenos y mantención de botaderos. Los bulldozers pueden trabajar bajo condiciones muy difíciles, tales como altas pendientes, y se utilizan a menudo para abrir los accesos, hacer los trabajos iníciales para profundizar el rajo, es decir, iniciar un nuevo banco, así como mantener los caminos. El transporte de material se realiza por empuje en estos

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES La elección óptima de equipo de acarreo en minería superficial es una tarea compleja donde intervienen muchas variables técnicas, geométricas y económicas en un ambiente donde existen muchas marcas, modelos y tamaños que compiten por el usuario. Para efectuar la selección no se tiene una herramienta apropiada que le permita evaluarlos y decidir por el mejor. Se recomienda hacer una simulación la cual contribuye a efectuar una selección mas adecuada. En este estudio se desarrolla los modelos determinístico y probabilístico de simulación aplicados a equipos de minado con datos de dos operaciones superficiales. En el caso determinístico se simula la producción proyectada de un año de una cantera y en base a costo unitario mínimo se elige la flota de equipos tanto en perforación como en acarreo. En la simulación probabilística se usa el lenguaje GPSS para simular modelos de excavación y acarreo para varias combinaciones de cargadores y transportadores eligiendo el mas apropiado para las características dela operación en base a costo unitario mínimo y máxima producción unitaria.