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ESTIMADO DE MAQUINARIA Y EQUIPO En un proyecto minero a cielo abierto para determinar el equipo requerido, tanto para realizar la remoción de material, que debe ser desbrozado antes de la etapa de producción, así como el necesario durante la etapa de las operaciones de producción, es indefectible determinar previamente el tamaño de la operación, o sea, la capacidad anual de tratamiento de la planta concentradora a la que el retorno sobre la inversión en el proyecto se optimiza.

El tamaño de la operación depende de:        

Volumen de reservas minables evaluadas en el depósito. Valor de los contenidos recuperables en la reserva estimada. Relación de estéril a mineral total. Límite de corte establecido. Proyección de costos totales estimados. Vida económica del depósito. Proyección de precios de los metales esperados durante la vida del proyecto. Relación de flujo de caja anual.



 

    

Reporte comparativo de gastos de capital y flujo de caja. Análisis de lucratividad (ayuda a determinar el límite final del tajo). Relación de flujo de caja a fondos de capital requeridos. Valor presente. Período de repago. Tasa de retorno efectiva. Flujo de caja operacional como porcentaje del capital. Análisis de sensibilidad del proyecto a los precios del mercado del producto.

SELECCIÓN DE EQUIPO DE CARGUIO

PALAS 

Para el estimado del equipo necesario de mina de un proyecto, una vez determinado el tamaño de la operación a nivel de arranque, se comienza calculando el número y tipo de unidades de excavación necesarias, no solamente para efectuar el desbroce de preproducción, sino, para poder realizar los movimientos totales de material que son necesarios durante los primeros años de la etapa de producción.



Se debe tener en cuenta que, a mayor tamaño de una unidad de excavación, menor es el costo unitario de operación. Sin embargo, en la mayoría de los casos, es necesario tener en la etapa operativa suficiente número de unidades de excavación en mineral, para asegurar un flujo sostenido de mineral a la planta de tratamiento.



Otro factor importante para determinar el tamaño de la operación es el que constituye la política de la empresa inversora, los reglamentos o códigos mineros prevalecientes en el país en el que se desarrolla el proyecto, que en muchos casos establece reglamentos que definen los períodos de amortización del equipo pesado de mina y planta, lo cual es una condición de implicancia económica. Asimismo es determinante la capacidad de inversión de la empresa que conduce el proyecto y del apalancamiento financiero y la estructura de aporte de capital para el flujo de fondos necesarios.



Para determinar la geometría de la explotación (masas por remover) tenemos previamente que establecer el ancho mínimo de los bancos de trabajo en que debe operar el equipo de excavación y de transporte. El ancho mínimo funcional se determina teniendo en cuenta el programa anual de producción determinado.



Tratándose de equipo de excavación, tipo Pala eléctrica o mecánica, el ancho funcional del frente de trabajo deberá ser dos veces la distancia del eje principal de giro hacia el extremo distal de la catalina del boom. Por ejemplo, si se utiliza una Pala modelo P&H 1900AL esta distancia es de 12,27 m, por lo tanto, el doble será 24,54 m (ancho recomendable del banco).



Por otra parte, desde el punto de vista de aplicabilidad del equipo y seguridad, es necesario que la capacidad de alcance máximo del balde en altura, con el mango extendido al tope, sea tal, que el equipo pueda controlar los bancos de material que podrían desprenderse de la cresta del banco, a fin de evitar que ellos caigan incontrolables sobre el personal o equipos en el área de operación.



Se debe tener en cuenta que el equipo de excavación que se asigna a un frente de trabajo debe tener una capacidad de penetrabilidad de su unidad de balde o cucharón, de acuerdo al tipo de roca y fragmentación obtenida, así como la densidad y abrasividad de la roca a excavar.

PROBLEMA 

El programa de PRE -Producción, en un año determinado de un Proyecto en Etapa de Desarrollo, tiene que mover 59 650 000 TC de varios materiales, mayormente estériles; determinar el número de unidades de excavación necesarias, si la altura del banco es de 15 metros y la posible selección estaría entre las Palas 1800 (balde de 9 yd3) y Pala 2100 (balde de 15 yd3). El material tiene una gravedad específica de 12,5 pie3/TC insitu. El trabajo se realizará en tres turnos por día y trescientos días por año.

SOLUCIÓN SELECCIÓN DEL EQUIPO DE EXCAVACIÓN: PALA 2100  Aplicamos

la fórmula:

Donde: P:Producción de Pala (yd3/hora, insitu) Q: Tamaño de balde (yd3) E:Eficiencia de tiempo de operación de equipo (0,83) F: Factor de Esponjamiento (0,77) K:Factor de llenado del balde (0,56) Y:Factor de altura de corte de la pila de carguío (0,95) Cm: Ciclo completo de Pala, para una cucharada (33 segundos)



Reemplazando los datos, se obtiene:



Le aplicamos la Disponibilidad Mecánica y Eléctrica (0,90) para un día:



Como 1 yd = 3 pies, entonces, 1 yd3 = 27 pies3



Entonces calculamos la Capacidad de Producción de una Pala 2100 en TC/año:



Finalmente, calculamos el Número de Palas necesarias para poder cubrir la Producción Anual:

SELECCIÓN DE EQUIPO DE ACARREO

CAMIONES Ruta crítica para la determinación de Equipo de Acarreo en Operaciones a Cielo Abierto: 1.

Determinar el centro de gravedad de las masas a remover por grupo de niveles, de acuerdo a la necesidad de exposición de frentes de mineral necesarios para la programación anual.

Trazar las rutas de acarreo para cada año, a partir de cada banco en progreso:

2.

  

3.

Longitud Levante o caída Perfiles de acarreo

Trazar las rutas críticas

Determinar los tiempos pronosticados, los que deben incluir:

4.

  

  

Tiempos de acarreo Demoras en acarreo Cuadrada y volteo en Botaderos, Pads o Chancadora. Tiempo de retorno Demoras en el retorno Cuadrada frente a la Pala

Por métodos estadísticos, determinar el tiempo de ciclo de acarreo de equipo, para cada uno de los centros de masas anteriormente indicados, por medio de:

5.







Análisis estadísticos de un nivel clave de producción a lo largo de todo el banco a remover. Por verificación de estudios de tiempos efectuados en el campo. Por comparación con frentes de trabajo, en que las condiciones litológicas y de fragmentación sean semejantes.

6.

Designar el tipo de unidad de carguío a emplear y evaluación del ciclo de carguío para la posible unidad de acarreo a emplear. Para mejor eficiencia y balance de equipo de carguío y transporte es aconsejable que la tolva de la unidad de acarreo se llene con cinco o seis pases de la unidad de carguío como máximo.

7.

Determinar el Número de Unidades de Acarreo necesarias utilizando la fórmula:

8.

De lo anteriormente indicado, se calculará por turno, por día y por año, para cada masa y se repetirá tantas veces sea necesario, para cada condición, hasta absorber la masa total necesaria a remover en el programa de ciclo anual.

Es obvio, que el tamaño adecuado de la unidad de acarreo estaría determinada por la condición indicada en el punto 6, o sea, para un adecuado balance de equipo de carguío, esto es, que si en la elección del tamaño del equipo de carguío se determinó una unidad de 15 yd3 por ejemplo, el tamaño de la tolva de volteo de la unidad de transporte debe estar en el rango de 15 x 5,5 (pases de Pala para llenar el Camión), que es igual a 82,5 yd3, lo que corresponde a un Camión entre 100 y 120 toneladas de capacidad.

Asumamos que en el caso de tener que cumplir con un movimiento anual dentro de un programa de desbroce de PRE-PRODUCCIÓN del orden de 59 650 000 TC para los siguientes destinos: 

Botaderos de estéril: 52 100 000 TC a 2 250 m de distancia y con levante de 40 m.



Material de Lixiviación (Pads): 3 050 000 TC a 3 500 m de distancia de acarreo y con levante de 30 m.



Mineral para tratamiento (Chancadora): 4 500 000 TC a 2 900 m de distancia y con levante de 25 m.

PERFIL “A” IDA (cargado)

Botadero (descarga) Rampa (acarreo)

125 m

2 000 m Pala (carguío) 125 m RETORNO (vacío)

PERFIL “B” IDA (cargado)

Pad (descarga) Rampa (acarreo)

125 m

2 000 m Pala (carguío) 125 m RETORNO (vacío)

PERFIL “C” IDA (cargado)

Descarga Mineral Rampa (acarreo)

125 m

2 000 m Pala (carguío) 125 m RETORNO (vacío)

 Para

simplificar el problema asumimos también, que tanto el área de frente de Pala, como el de las canchas de Botaderos, Lixiviación o Mineral son a cero por ciento de gradiente y tienen una extensión promedio de 125 m cada uno.

 Vamos

a calcular los tiempos que componen los ciclos de tiempos totales, por viaje, para un Camión en cada uno de los casos que son materia del problema.

Las partes que componen los tiempos de un ciclo de Camión, sin considerar el tiempo de carguío son:

de acarreo – con carga  Tiempo de cuadrada a Botadero  Tiempo de volteo de carga  Tiempo de regreso vacío  Tiempo de cuadrada a Pala  Tiempo

 Para

determinar el tiempo de acarreo y regreso aplicamos la siguiente fórmula:

SOLUCIÓN

PARA EL PERFIL “A” Distancia en metros = 2 250 - 125 - 125 = 2 000 metros Para un levante de 40 metros, el ángulo de la pendiente es 1º 8`; pendiente que se puede vencer en tercera velocidad, con una velocidad promedio de 11,90 MPH.

 Como

el viaje se inicia a la salida de la Pala, el factor de corrección de velocidad es 0,35, por lo tanto, la velocidad promedio real es de 4,20 MPH.

 La

distancia en pies, equivalente al tramo de 125 m es 125 x 3,2808 = 410,10 pies

 Reemplazando

estos valores en la fórmula anterior, se tiene un tiempo de 1,11 min.

 Igualmente

calculamos el siguiente tramo de 2 000 metros = 6 561,60 pies, tramo que aplicando la misma fórmula, para una velocidad de 13,40 MPH, sin factor de corrección, por tratarse de un tramo largo en tránsito, da el tiempo de 5,56 min., para el tiempo de acarreo cargado, en el tramo de 2 000 metros.

 Luego,

para los 125 metros dentro de la cancha de desmonte (410,10 pies), a 0º de pendiente, en segunda con velocidad promedio de 6,30 MPH y factor de corrección de velocidad de 0,75, nos da un tiempo de 0,99 min.

TIEMPO DE ACARREO (cargado) = 1,11 + 5,56 + 0,99 = 7,66 minutos



Para calcular el tiempo de retorno, similarmente integramos los tramos, en sentido inverso, con el vehiculo vacío y obtendremos las siguientes condiciones:



Tramo de 410,10 pies, a la salida del Botadero a 0º de gradiente, con velocidad de 11,90 MPH y factor de corrección de velocidad de 0,5, lo que da una velocidad de 5,90 MPH, que con la aplicación de la fórmula arroja un tiempo de 0,79 min.



Igualmente para el tramo de 2 000 metros (6 561,60 pies), a pendiente – 1º 1`, con velocidad de 22,40 MPH, arroja un tiempo de 3,33 min.



Finalmente, para el tramo de aproximación a la Pala, a nivel en quinta, en 410,10 pies a velocidad de 32,70 MPH y con factor de corrección de velocidad de 0,50, da una velocidad efectiva de 16,30 MPH, para lo cual el tiempo para este tramo es de 0,29 min.



Sumando los tiempos parciales de la ruta de regreso, se tiene:

TIEMPO DE REGRESO (vacío)

= 0,79 + 3,33 + 0,29 = 4,41 minutos



Para los otros Tiempos Parciales, asignamos los siguientes tiempos: TIEMPOS ESTÁNDAR

Tiempo de cuadrada a Botaderos = 0,50 min. c) Tiempo de volteo de carga = 0,75 min. e) Tiempo de cuadrada a Pala = 0,50 min. b)

 Integrando

los Tiempos de Acarreo, Retorno y Tiempos Estándar, tenemos el Ciclo de Tiempo de Recorrido Completo para un viaje de Camión, sin incluir el Tiempo de Carguío con Pala. Tiempo Ciclo Camión

= 7,66 + 4,41 + 0,50 + 0,75 + 0,50 = 13,82 minutos

 Para

calcular el Número de Camiones necesarios para copar una Pala, o sea, asegurar que siempre haya Camiones disponibles junto a la Unidad de Carguío, aplicamos la siguiente fórmula:



Donde el Ciclo de Camión es el Ciclo Completo de Acarreo, sin incluir el Tiempo de Carguío, que es el Ciclo de la Pala (tiempo que demora la Pala, en minutos para cargar un Camión completo).



Por lo tanto, para llenar un Camión con tamaño de tolva de 5,5 veces más grande que la capacidad del cucharón de la Pala y teniendo en cuenta que un Ciclo Promedio de un Giro de Pala por Pase es 33 segundos, el Ciclo de la Pala será:

Ciclo de Pala = 5,5 x 33 = 181,50 seg : 60 = 3,025 minutos

 Por

lo tanto: Nº de Camiones

= 13,82 min : 3,025 min/camión + 1 = 5,568 camiones Por consiguiente, se necesitarán 6 Camiones para atender a la Pala, trabajando en estéril.

 De

la misma manera, se calculan los Perfiles “B” y “C” para remover el material de lixiviación y mineral, indicados en el problema. En esa forma, para el caso “B” en una longitud de acarreo de 3 500 metros con levante de 30 m, se tendrían velocidades de acarreo de 14,30 MPH y 22,60 MPH para el acarreo y retorno respectivamente y los tiempos parciales resultantes serian como sigue:

a) b) c) d) e)

Tiempo de acarreo: Tiempo de regreso: Tiempo de cuadrada en Botadero: Tiempo de volteo de carga: Tiempo de cuadrada a Pala:

Tiempo Ciclo Camión

16,64 minutos

9,12 min 5,77 min 0,50 min 0,75 min 0,50 min

 Para

determinar el Número de Unidades de Acarreo necesarias para cubrir una Pala que trabaja en material de lixiviación con distancia de acarreo de 3 500 metros, aplicando la fórmula respectiva:

Nº de Camiones = 16,64 : 3,025 + 1 = 6,50 Por lo tanto, se requerirán 7 Camiones.



Similarmente, para calcular el Número de Unidades de Transporte necesarias para cada Pala asignada al movimiento de mineral, sobre una via de 2 900 metros con levante de 25 metros a una pendiente de 0º 30`, encontramos que el Tiempo Total del Ciclo del Camión es de 13,47 min y por lo tanto, el Número de Unidades requeridas por Pala en mineral, para igual tiempo de Ciclo de Pala (3,025 min) es:

Nº de Camiones = 13,47 : 3,025 + 1 = 5,452

Por lo tanto, se requerirán 6 Camiones.

SELECCIÓN DE EQUIPO DE PERFORACION PRIMARIA

PERFORADORAS Para perforar en rocas de dureza media a dura, en operaciones de tamaño intermedio a grande (5 000 a más TCD) de capacidad de planta de tratamiento, por regla general, se tiene que pensar en Perforadoras de Tipo “con martillo dentro del hueco” (Down the Hole) o tipo Rotativo Tricónico”. Cualquiera que sea el tipo que se elija, las condiciones que determinan el tipo y tamaño de la unidad a elegir son:

       

Tamaño de la operación Altura de banco Fracturabilidad de la roca Dureza de la roca Densidad del material Relación de estéril a mineral en el programa de remoción de materiales Número de unidades de excavación a servir Metraje de perforación requerido, por día, por mes, por año



Determinados estos parámetros se tiene que calcular el diámetro del taladro necesario, lo cual se basa en:

a.

Tipo de material a perforar: mineral, estéril u otros Longitud de taladro a perforar Dimensiones de la malla de perforación, lo cual depende de la fracturabilidad y tenacidad de la roca y sus diferentes ejes, en relación a la textura estratigráfica

b. c.



En el caso ilustrativo, para la excavación y transporte de 59 650 000 TCA, para ser excavadas por 8 Palas, en tres turnos al día, trabajando 306 días por año, o sea, 194 935 TCD de material perforado y fragmentado, para altura de bancos de 15 m de alto y con densidad promedio de materiales de 2,564 TM/m3 (2,826 TC/m3), en la que por experiencia en operaciones similares, se ha determinado que el material a fragmentar se puede obtener usando un factor de 101,02 gr. de mezcla explosiva por tonelada corta fragmentada; para el programa anual indicado habría que fragmentar un volumen “insitu” por año de:

59 650 000 TC : 2,826 TC/m3 = 21 107 572 m3

Para un banco de 15 m de altura, esto equivale a una plataforma de área de base de:

21 107 572 m3 : 15 m = 1 407 171 m2 El tonelaje total de explosivos necesarios al factor de 101,02 gr/TC, se obtiene:

101,02 gr/TC x 10-6 x 59 650 000 TCA = 6 025,84 TMA de mezcla explosiva ó 6 025,84 x 1,1023 = 6 642.28 TCA (explosivo)



Para establecer un barco de 15 metros de altura es conveniente perforar taladros verticales de igual altura con 10 a 15 % de sobre perforación; por lo tanto, vamos a considerar un 12,5 % de mayor longitud en cada taladro, o sea, 16,875 metros lineales.



Vamos a calcular la capacidad del explosivo que puede cargarse en un taladro de 16,875 metros lineales y de 12 ¼ “ de diámetro:

La longitud del taladro aprovechable para cargare explosivo es de: 16,875 ml - 7,5 ml (Taco) = 9,375 ml

El área seccional del taladro es:

Por lo tanto, el volumen aprovechable para cargar explosivo es:

9,375 ml x 0,07596 m2 = 0,712125 m3 (taladro de 16,875 ml) El peso específico promedio de la mezcla explosiva (ANFO) es de 0,83, con lo cual podemos encontrar el peso de la mezcla explosiva que podemos colocar en cada taladro, dejando un taco de 7,5 ml, como sigue:

Peso = Volumen x Densidad = 0,712125 x 0,83 Peso = 0,59 TM/taladro = 590 Kg/taladro Peso = 0,59 x 1,1023 = 0,65 TC/taladro

Dividimos el tonelaje anual de materiales explosivos necesarios:

6 642,28 TCA : 0,65 TC/taladro = 10 218,89 taladros por año Como cada taladro tiene una longitud de 16,875 ml, el metraje total, necesario a perforar por año es:

10 218,89 x 16,875 x 3,2808 = 565 736,61 pies por año

Por experiencia en Operaciones con máquinas Bucyrus Erie tipo 60 R, para brocas de 12 ¼“ a una disponibilidad del 78,5 %, perfora por turno 268,2 pies, o sea, 804,5 pies por día y 246 189,2 pies por año por perforadora.

Por lo tanto, para perforar 565 736,61 pies por año, se necesitarán:

565 736,61 : 246 189,2 = 2,298, o sea, 3 Se necesitarán 3 Máquinas Perforadoras, Tipo 60 R.

DETERMINACIÓN DE LA MALLA DE PERFORACIÓN Determinamos el área de influencia de cada taladro, dividiendo el área de la plataforma entre el número de taladros por año: 1 407 171 m2 : 10 218,89 taladros/año = 137,70 m2/taladro

Si la malla fuera cuadrada, entonces:

B = 11,70 m (burden) S = 11,70 m (espaciamiento)