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• Mack Michelline Astorga Pinto

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Ingeniería ejecución de Minas

GUIA TEORICA CARGUIO, TRANSPORTE Y EXTRACCION

Introducción - Resumen Entre las operaciones unitarias más importante de la minería se encuentran el Carguío, el Transporte y la Extracción.

El carguío, es recolectar o recoger el material fracturado y traspasarlo a un sistema posterior. El material puede haberse fracturado en forma natural, mediante procesos geológicos, o por medio de procesos mecánicos como las tronaduras. Por otra parte, dicho material puede ser traspasado a un sistema de transporte (camiones, correas transportadoras, etc.) o a un sistema de conminución (chancador primario). Esta acción puede ser realizada por diferentes equipos, dependiendo del sistema de explotación que se utilice, como se podrá ver más adelante.

El Transporte, es la acción de trasladar el material desde un punto a otro. Por lo general, el primero es el punto de carga, el cual puede estar en la frente de trabajo, cercano a ella o en otro nivel; y el segundo es el punto de descarga. Si este último se encuentra fuera de la mina, el término a utilizar sería Extracción.

En consecuencia, la extracción es la acción de trasladar el material fracturado desde un punto en el interior de la mina, hacia otro en el exterior, el cual puede ser una estación de chancado, un botadero, entre otros.

Dada la importancia técnica y económica de estas operaciones, se hace imprescindible un riguroso estudio de las mismas. Por lo general, los costos de operación así como las inversiones son altísimas, razón de más para buscar la optimización del sistema, ya sea en minas en operación como en proyectos nuevos. Para

lograr

dicha

optimización,

se

deben

estudiar

diferentes

materias

relacionadas. Estas materias vienen agrupadas en capítulos. Roberto Segura R.

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En el capítulo I se habla de los métodos de explotación en minería subterránea, de los diferentes equipos utilizados en ella y de las características técnicas de los mismos. En el Capítulo II entramos en la selección de equipos y el cálculo de flotas de equipos de carguío. En el Capítulo III se ven aspectos similares al del Capítulo II, pero para equipos de transporte. En el capítulo IV se habla de los métodos de explotación a Cielo Abierto, de los equipos utilizados y de las características técnicas más relevantes para su selección. En el Capítulo V y VI se ven aspectos similares a los de los capítulos II y III, considerando esta vez equipos de minería a Cielo Abierto. En el Capítulo VII se incluye todo lo relacionado al cálculo de costos horarios de propiedad y de operación. En el Capítulo VIII se abarcan aquellos temas relacionados a la optimización de las operaciones (número de estocadas, combinación económica de equipos, etc). Finalmente, en el Capítulo IX se abarca todo lo relacionado al reemplazo de equipos.

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Capítulo I Métodos de Explotación Subterránea Los principales Métodos de Explotación Subterránea para minería metálica se pueden clasificar, de acuerdo a la resistencia de la masa rocosa y otras características geométricas, en: 

Explotaciones con Sostenimiento Natural: Cámaras y Pilares (Room and Pillar). Subniveles (Sublevel Stoping)



Explotaciones con Sostenimiento Artificial: Cámaras de Almacén (Shrinkage) Corte y Relleno (Cut and Fill)



Explotaciones por Hundimiento: Hundimiento por Bloques (Block Caving) Hundimiento por Subniveles (Sublevel Caving)

De acuerdo a las características propias del método y a las del yacimiento en particular, es posible definir una variada gama de combinaciones de equipos y sistemas para el carguío, el transporte y la extracción.

El Room and Pillar, aplicado en yacimientos tipo mantos de baja pendiente y cercanos a la superficie, es un método que permite una alta mecanización, por lo que sus costos de operación unitarios no son muy altos. Sin embargo, tanto el hecho de que la recuperación de mineral sea parcial, como una ubicación del yacimiento a considerable profundidad, provoca un aumento de los mismos. Entre las principales combinaciones utilizadas están: 

L.H.D. – Camión (mediana - alta productividad)



Cargador Frontal – Camión (mediana - alta productividad)



Slusher – Convoy (baja productividad)



Slusher – Carros de Ferrocarril (baja productividad)



Palas Autocargadoras – Carros de Ferrocarril (baja productividad)

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El Sublevel Stoping, aplicado en yacimientos verticales o con fuerte pendiente, es un método de alta productividad y de costos de operación medianamente altos, por lo que su mecanización es imprescindible. Las principales combinaciones utilizadas son: 

L.H.D. (Cargador frontal) – Camión (alta productividad)



L.H.D. (Cargador frontal) – Pique – Chancador - Correa Transportadora (alta productividad)



L.H.D. (Cargador frontal) – Convoy (alta productividad)



L.H.D. (Cargador frontal) – Pique – Chancador - Convoy (alta productividad)



L.H.D. (Cargador frontal) – Pique – Chancador – Correa Transportadora – Extracción Vertical (mediana productividad)



L.H.D. (Cargador frontal) – Extracción vertical (mediana a baja productividad)



L.H.D. (Cargador Frontal) – Camión – Extracción Vertical (mediana a baja productividad)



Slusher – Pique – Chancador - Convoy (alta productividad)



Slusher – Pique – Camión.

El Shrinkage, aplicado en yacimientos pequeños tipo veta con pendiente superior a los 50° y de baja potencia, es un método de baja productividad y mecanización. En mediana minería podría utilizarse equipos de mediana productividad como pequeños cargadores o L.H.D., camiones o extracción vertical, sin embargo, en la pequeña minería, normalmente se utilizan Slusher y carros sobre rieles. Las combinaciones más utilizadas son: 

L.H.D (Cargador Frontal) pequeño – Camión de bajo tonelaje.



L.H.D (Cargador Frontal) pequeño – Camión de bajo tonelaje – Extracción vertical.



L.H.D (Cargador Frontal) pequeño – Extracción vertical.



L.H.D (Cargador Frontal) pequeño – Convoy pequeño.



Palas Autocargadoras – Carros sobre rieles



Slusher – Carros sobre rieles.

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Slusher – Carros sobre rieles – Extracción vertical.

El Cut and Fill, aplicado en yacimientos verticales o con buzamiento superior a 50° y de baja potencia, es un método de baja productividad y alto costo de operación, por lo que la completa mecanización no es aconsejable. Se utiliza principalmente por su alta selectividad, la buena recuperación de mineral, la facilidad de aplicación y las altas condiciones de seguridad. Las combinaciones más utilizadas son: 

L.H.D (Cargador Frontal) pequeño – Camión de bajo tonelaje.



L.H.D (Cargador Frontal) pequeño – Camión de bajo tonelaje – Extracción vertical.



L.H.D (Cargador Frontal) pequeño – Extracción vertical.



L.H.D (Cargador Frontal) pequeño – Convoy pequeño.



Palas Autocargadoras – Carros Sobre Rieles.



Slusher – Carros sobre rieles.



Slusher – Carros sobre rieles – Extracción vertical.

El Block Caving así como sus variantes (Panel Caving entre otros), aplicados en yacimientos masivos o de gran potencia y extensión, son métodos de alta productividad; y dado que utilizan la gravedad para fracturar la roca, se hace imprescindible la mecanización completa con equipos de gran tonelaje, los cuales puedan cargar y transportar una gruesa granulometría. Los costos de operación unitarios son más bajos que en cualquier otro método, principalmente por su alta productividad. Sin embargo, un gran porcentaje de este corre por cuenta del carguío, el transporte y la extracción. Los principales equipos y sistemas utilizados para el manejo de materiales son: 

L.H.D. (Cargador Frontal) – Camión.



L.H.D. (Cargador Frontal) – Pique de traspaso - Camión.



L.H.D. (Cargador Frontal) – Pique de traspaso – Camión – Pique de Traspaso Convoy.

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L.H.D. (Cargador Frontal) – Pique de traspaso – Chancador – Correa Transportadora.



L.H.D. (Cargador Frontal) – Pique de traspaso – Chancador – Convoy.



L.H.D. (Cargador Frontal) – Pique de traspaso - Convoy.

Finalmente, el Sublevel Caving, aplicado en yacimientos tabulares de gran potencia o masivos, es un método de alta productividad que permite una buena mecanización y requiere de menor preparación que en Block Caving. Sin embargo, se recomienda su utilización cuando el mineral es de baja ley y no tiene problemas de tratamiento, debido a que causa una gran dilución y pérdida de mineral. Los principales equipos y sistemas utilizados son: 

L.H.D. (Cargador Frontal) – Camión.



L.H.D. (Cargador Frontal) – Pique de traspaso - Camión.



L.H.D. (Cargador Frontal) – Pique de traspaso – Camión – Pique de Traspaso Convoy.



L.H.D. (Cargador Frontal) – Pique de traspaso – Chancador – Correa Transportadora.



L.H.D. (Cargador Frontal) – Pique de traspaso – Chancador – Convoy.



L.H.D. (Cargador Frontal) – Pique de traspaso - Convoy.

Si bien se han entregado variadas combinaciones de carguío, transporte y extracción para cada uno de los métodos, no son éstas una exclusividad de cada uno de ellos. Queda abierta la posibilidad de que el lector combine, a su entero gusto y experiencia, los equipos que aquí se nombran y otros. Estas combinaciones sólo pretenden ser una guía que provoque, modestamente, una tormenta de ideas, lo cual es muy necesario al momento de iniciar un nuevo proyecto.

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Sistemas de Carguío, Transporte y Extracción Aspectos Técnicos y Económicos de la Selección de Equipos Para seleccionar los equipos que realizarán las operaciones de carguío y transporte, es necesario considerar en primer lugar las características del yacimiento y del entorno, y en segundo lugar el Método de Explotación que se aplicará al yacimiento en cuestión. Con respecto al yacimiento, se deben considerar: 

Tipo y forma del Yacimiento.



Potencias.



Buzamientos.



Propiedades Geomecánicas (Cajas y Cuerpo Mineral)



Densidades, factores de esponjamiento, abrasividad, etc.

Con respecto al entorno, se deben considerar: 

Altitud.



Temperatura, Precipitaciones y Vientos.



Tipo de terreno.



Limitaciones Ambientales, etc.

Finalmente, las características físicas del método y la forma en como se llevará la explotación, son información fundamental para resolver el problema. Se deben considerar: 

Límites de la propiedad.



Dimensiones de las labores.



Distancia de transporte.



Ritmo de Producción.



Vida del Proyecto.



Disponibilidad de capital, etc.

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Por ejemplo, si hablamos de un yacimiento tabular de gran buzamiento, baja potencia y gran profundidad, en el cual se implementará un Cut and Fill (método de baja productividad y labores pequeñas), podría utilizarse un sistema L.H.D. (pequeño) – Tolva de Almacenamiento - Extracción Vertical; pero no podría utilizarse una correa transportadora para la extracción debido a que necesita una pendiente moderada y un mínimo de curvas para cambiar de dirección. Por otro lado, si se trata de un yacimiento tabular de gran potencia ubicado en un cerro, en el cual se implementará un Sublevel Stoping (método de mediana productividad y excavaciones medianas), podría aprovecharse la gravedad y utilizar un sistema L.H.D. – Pique de traspaso – Convoy; pero no podría utilizarse Extracción vertical. Como sea, las características del yacimiento y del método, son fundamentales.

Luego que se han visualizado variadas alternativas para el manejo de materiales, se procede a recolectar cierta información sobre los sistemas tales como: 

Capacidad de Producción.



Esfuerzo de Tracción.



Tiempos de ciclo.



Altura de excavación.



Altura de descarga.



Alcance.



Velocidades de desplazamiento.



Potencia total y al volante.



Vida Útil estimada.



Dimensiones.



Peso y Robustez.



Facilidad de mantenimiento.



Facilidad de reparaciones.



Nivel de adiestramiento o cualificación del personal (operadores, choferes, de mantenimiento, etc.).



Limitaciones por altitud y temperatura.



Niveles de ruido y generación de polvos.



Seguridad.

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

Sistemas de accionamiento.



Accesorios y equipos opcionales.



Maquinaria auxiliar si se requiere.



Dotación del sistema o máquina.



Instalaciones auxiliares si se requieren.



Apoyo y calidad del servicio del fabricante y/o distribuidor, entre otros.



Precio de los equipos y sus componentes, impuestos, seguros, costos de armado y traslado, etc.

Finalmente, a toda esta información se agregan otros parámetros técnicos y económicos, tales como: Ritmo de producción del equipo o sistema. Cantidad de equipos. Costos de Inversión o propiedad. Costos de Operación. Costos totales de combinaciones de equipos o del sistema, entre otros.

Sistemas de Carguío En minería subterránea, el carguío lo realizan principalmente equipos L.H.D.; Slusher, que son sistemas de arrastre de material; y Cargadores Frontales o PayLoad, los cuales cumplen la misma función que el equipo L.H.D., con ciertas diferencias que se verán más adelante. L.H.D. (Load – Haul – Dump): la sigla en inglés se traduce como Carga – Transporte – Descarga, y es uno de los equipos más utilizados en mediana y gran minería. Es un equipo versátil que puede cargar, transportar y descargar el material en algún punto de vaciado ubicado a no mucha distancia del punto de carguío, pues los costos suben considerablemente al aumentar la distancia de transporte. Por lo general, no se mueve a más de 300 metros desde el punto de carguío.

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Existen variadas empresas que fabrican este equipo; entre ellas: Wagner Mining Equipment Co., y otros.

Los

L.H.D.

o

.

Scooptrams

(como

los

llama

Wagner)

están

diseñados

exclusivamente para minería subterránea, tal como lo demuestran sus dimensiones (tabla 1; estos modelos son de 1987, por lo que solo sirven de referencia). Pueden ser Diesel o Eléctricos y de variadas capacidades, de tal forma de ajustarse con precisión a cada faena minera. Están construidos robustamente, con mano de obra y materiales de alta calidad, lo cual asegura un máximo desempeño y una larga vida útil en un medio tan corrosivo y desgastador como lo es el originado por la minería subterránea. La figura 1 muestra las diferentes partes de un L.H.D. y la nomenclatura que utiliza Wagner para nombrarlos. En la Figura 2, se puede ver un equipo en plena operación.

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L.H.D. SCOOPTRAM ST-5B WAGNER » » » »

ST INDICA SCOOPTRAM. 5 INDICA UNA CAPACIDAD DE BALDE DE 5 YARDAS CÚBICAS. B INDICA EL MODELO. IMPULSADO POR MOTOR DIESEL (TAMBIÉN EXISTEN ELÉCTRICOS). » MONTADO SOBRE RUEDAS NEUMÁTICAS. » DESEMPEÑA LAS FASES DE: CARGUÍO, TRANSPORTE Y VOLTEO DE MINERAL.

PASADOR TIPO BISAGRA

CHASSIS: CABINA OPERADOR MOTOR CONVERTIDOR DE TORQUE TRANSMISIÓN EJE PROPULSOR TRASERO

BOGGIE: BALDE CILINDRO HIDRAULICO DE LEVANTE CILINDROS HIDRAUL. DE VOLTEO DE BALDE EJE PROPULSOR DELANTERO

Fig. 1

Fig. 2 Roberto Segura R.

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Tabla 1

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Otra característica muy importante de estos equipos, es su maniobrabilidad, dada principalmente por la posición perpendicular en la que se encuentra el operador con respecto al eje longitudinal del vehículo. En esa posición, el operador tiene una clara visual tanto al frente como hacia la parte posterior del equipo.

Por lo general, estos equipos pueden recorrer fácilmente hasta 1.300 m o más, si se utilizan estaciones de remanipulación. Pueden trabajar en pendientes de hasta 30%, cuando se trata de movimientos entre frentes en distintos niveles, y de hasta 10% a 12%, cuando se trata de rampas de producción.

En la figura 3, se muestran algunas características de los equipos, relevantes para la selección y el dimensionamiento del modelo a utilizar.

L.H.D. SCOOPTRAM ASPECTOS DE LA DESCARGA: M O DE LO S CO O P

A

CO N E Q UIP O S TA NDA RD A

B

C

D

HS T - 1A

43" (109 c m )

60" (152c m )

34" (86c m )

46" (117c m )

S T - 1.3A

43" (109 c m )

77" (196c m )

37" (94c m )

53" (135c m )

S T - 2D

60" (152c m )

99" (251c m )

30" (76c m )

48" (122c m )

S T - 3-1/2

55" (139c m )

101" (256c m )

31" (78c m )

51" (129c m )

S T - 5B

59" (150c m )

109" (277c m )

50" (127c m )

68" (173c m )

S T - 5H

63" (160c m )

109" (277c m )

48" (122c m )

69" (175c m )

S T - 6C

49" (124c m )

96" (243c m )

61" (155c m )

92" (234c m )

S T - 8A

67" (170c m )

128" (325c m )

47" (119c m )

75" (191c m )

B

C

D

Fig. 3

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Slusher: Es un sistema de carga y arrastre poco utilizado en la actualidad, a excepción de la pequeña minería. Es poco utilizado debido a su baja productividad, muy sobrepasada por otros equipos como los L.H.D o Cargadores Frontales.

Este sistema está compuesto por un motor eléctrico, el cual hace girar un tambor en el que se enrolla una cuerda cuyos extremos van adosados a un balde o Scraper. Al girar el tambor, el cable, que se desliza sobre poleas tarugadas en el techo de la labor, provoca el movimiento del scraper, ya sea para ser cargado o para arrastrar el material, tal como se muestra en la figura 4.

SCRAPER

HUINCHE ELECTRICO

MINERAL SCRAPER (RASPADOR)

PIQUE DE TRASPASO

Fig. 4

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Cargador Frontal: Aunque este equipo fue fabricado para trabajos en superficie, la necesidad que tenía la mediana y gran minería de contar con un equipo móvil, maniobrable, versátil, productivo y de bajo costo, capaz de trabajar al ritmo que le imponían los grandes yacimientos, en los cuales se utilizaban métodos de explotación

mediana o altamente productivos, hizo que este equipo pasara a

formar parte de esta gran industria. Las diferencias entre este equipo y los L.H.D, radican fundamentalmente en las siguientes características:

Tamaño: Las dimensiones de los cargadores frontales son mayores, lo cual implica que las labores en las que se mueven deben ser más grandes. Sin embargo, pueden adaptarse con mayor facilidad a

camiones de diferentes

tamaños.

Disponibilidad: Las características físicas y mecánicas de estos equipos, los cuales no son exclusivos para minería subterránea, provocan un desgaste más prematuro de sus componentes, y por lo tanto, la asistencia técnica debe ser más frecuente. Tanto para mantener una disponibilidad adecuada como para alcanzar altos niveles de vida útil.

Rendimiento: Por lo general, el rendimiento horario de estas máquinas, para el desarrollo de galerías, es un 45% menor a los L.H.D., principalmente, por sus tiempos de ciclos y las distancias óptimas a recorrer.

Adaptabilidad: El Cargador Frontal no puede trabajar en aquellos sectores en los que la calidad de la roca no permite el ingreso de personal, es necesario contar con equipos adaptados a dichas condiciones. Para esas situaciones se necesitan equipos a control remoto, como los L.H.D. que trabajan en aquellos sectores en los que acontecen explosiones de roca, en el Nivel Teniente Sub – 6, en Mina El Teniente.

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Costos: Los costos de inversión son menores en aproximadamente un 35% con respecto a los L.H.D., debido a que estos últimos tienen características especiales para la minería subterránea, tal como se expresó en párrafos anteriores. Sin embargo, el cargador frontal posee un costo de operación mayor, debido a las dimensiones de las labores (mayores a las de un L.H.D), mayor consumo de petróleo y lubricantes, mayor cantidad de horas en mantención y reparación, etc.

A pesar de estas diferencias, tomar la decisión para invertir en uno u otro tipo de equipo sigue siendo muy complicada. Las características del yacimiento, vida útil del proyecto en general, valores residuales de los equipos y los efectos financieros de las inversiones, son puntos que no pueden obviarse en dicho momento.

Sistemas de Transporte y Extracción En minería subterránea, el transporte lo realizan principalmente Camiones, Convoyes, Correas Transportadoras y Sistemas de Extracción Vertical. Siendo los primeros los más utilizados. Los camiones pueden ser convencionales o de bajo perfil. Los convoyes, por su lado, son sistemas utilizados principalmente para la extracción de material, de igual forma que los sistemas de extracción vertical. Las correas transportadoras, pueden cumplir ambas funciones, sin embargo son poco utilizadas por sus limitaciones operativas. Estas últimas se utilizan con mayor frecuencia en minería de superficie.

Camiones de Bajo Perfil: estos camiones, al igual que los L.H.D, son equipos exclusivos para minería subterránea (tabla 1). Alcanzan pendientes de hasta 12% y pueden recorrer grandes distancias. Pueden ser cargados por equipos L.H.D. (con

los

cuales

acoplan

perfectamente),

cargadores

frontales,

correas

transportadoras, piques de traspaso, etc. Además existen los Teletram, que son camiones que poseen un sistema retráctil al interior de su caja, lo que les permite

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ser cargados completamente por su parte posterior y descargar completamente sin necesidad de alzarla (Fig. 6).

CAMIÓN BAJO PERFIL MT - 416 » MT INDICA MINE TRUCK. » 4 INDICA TRACCIÓN EN LAS 4 RUEDAS (F INDICA TRACCIÓN EN LAS RUEDAS DELANTERAS). » 16 INDICA LA CAPACIDAD DE LA TOLVA EN TONELADAS CORTAS. » IMPULSADO POR MOTOR DIESEL (TAMBIÉN EXISTEN ELÉCTRICOS). » MONTADO SOBRE RUEDAS NEUMÁTICAS. » DESEMPEÑA LAS FASES DE TRANSPORTE Y VOLTEO DE MINERAL.

Fig. 5

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TELETRAM

Fig. 6

En la siguiente figura (7) se puede ver un camión bajo perfil siendo cargado por un equipo L.H.D.

Fig. 7 Roberto Segura R.

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Camión Convencional: Este tipo de camiones fue incorporado a la minería subterránea gracias a su bajo costo de inversión y a su productividad, dado que puede recorrer grandes distancias y atravesar tramos de gran pendiente. Sin embargo, posee los mismos defectos que el cargador frontal, con respecto al equipo L.H.D. El camión convencional, requiere de labores más grandes, tiene una menor disponibilidad y costos de operación mayores, entre otros. Acopla muy bien con los cargadores frontales, dada sus dimensiones. A no ser que los lugares de carguío estén acondicionados, no podrían ser cargados por equipos L.H.D o correas transportadoras.

Convoy: Este es un sistema utilizado principalmente para la extracción de materiales. Muy utilizado en grandes minas antiguas, hoy en día ha sido reemplazado principalmente por camiones. Esto, debido a que no alcanzan grandes pendiente, por lo que su uso se restringe a yacimientos ubicados por sobre el nivel de extracción; además, los camiones son de bajos costos de operación y gran maniobrabilidad.

Este sistema trabaja en forma óptima en minas de alta producción, y en perfiles de transporte de hasta 5.000 m y pendientes no superiores a 3% o 4%.

Los carros del convoy pueden ser cargados por equipos L.H.D., Cargadores Frontales o Correas Transportadoras, sin embargo, la combinación más utilizada ha sido con Piques de Traspaso, con o sin una etapa intermedia de chancado.

Extracción Vertical: Este sistema también ha sido utilizado ampliamente para la extracción. Sin embargo, a diferencia del Convoy, su mayor utilidad ha sido en minas profundas. El problema esta en su baja productividad y alto costo. Este sistema, está compuesto por un motor que hace girar un tambor, en el cual se arrolla un cable, que a través de una polea ubicada en un castillete, mueve una jaula o skip que cuelga en un pique de extracción.

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La jaula se utiliza para el transporte de personal, equipos y maquinarias, y el skip para la extracción de materiales. El skip puede ser cargado a través de un chute y una tolva de almacenamiento, tal como se muestra en la figura 8.

SISTEMA DE EXTRACCIÓN VERTICAL POLEA PEINECILLO o CASTILLETE

MOTOR Y TAMBOR

JAULA O SKIP

Chute y Tolva

Fig. 8

Correas Transportadoras: Las Correas Transportadoras son sistemas de transporte continuos y de alta productividad, que trabajan muy bien en perfiles de transporte largos, con muy pocas curvas, y pendientes de hasta 30%. Los costos de operación son bajos y la vida útil es mayor a la de los camiones. Las cintas Roberto Segura R.

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transportadoras tienen una mayor eficiencia energética, del orden del 75% frente al 45% de los camiones.

Sin embargo, las cintas tienen la desventaja de que necesitan previamente un sistema de chancado, dado que el material a transportar debe tener una buena granulometría. Si bien el chancado primario es una etapa obligada de cualquier proceso minero - metalúrgico, el hecho de que se realice interior mina provoca un aumento de las inversiones. Lo anterior sumado al costo mismo del sistema, hace que las inversiones sean muy elevadas. Finalmente, el exceso de cambios de dirección en ángulos cerrados o semi cerrados incrementa considerablemente las inversiones, debido a que se deben agregar al sistema algunos accesorios como: rodillos de impacto, triper o carros intermedios, etc.

Cabe destacar que el cálculo asociado a las Cintas Transportadoras se realizará en el Capítulo de Cielo Abierto.

Selección de Equipos de Carguío Antes de iniciar lo relativo a la selección de equipos, es necesario aclarar que veremos principalmente lo que es equipos de alta productividad tanto para pequeña, mediana como gran minería. En ese sentido se estudiarán los equipos L.H.D. por ser muy utilizados en este ámbito. La otra razón es que el procedimiento de cálculo es el mismo para Cargadores Frontales, siendo otros aspectos los que diferencian la selección entre estos equipos, tales como las características técnicas y económicas ya vistas.

Aspectos Legales: El primer paso en la selección de un equipo, es familiarizarse con los requerimientos legales de los cuerpos regulatorios que pueden aplicarse a las operaciones en cuestión. En el caso de nuestro país, es necesario conocer y aplicar lo que dice el Reglamento de Seguridad Minera, con relación a como deben desarrollarse las operaciones interior mina.

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En este sentido, el Articulo 368 del mencionado Reglamento indica que el ancho útil de la labor por la cual transiten los vehículos será tal que deberá dejar un espacio mínimo de 1m a cada costado del equipo de carguío y transporte, luego de que la labor este en condiciones de operación. Cada 30m, como mínimo, deberá disponerse de refugios adecuados. El espacio libre a cada costado del equipo respecto a las cajas, podrá reducirse a 50cm siempre que los refugios o estocadas se encuentren a intervalos no mayores de 20m. Por otra parte, el Artículo 367 indica que la altura mínima del techo de las labores por donde transiten los equipos (carguío y transporte), deberá ser 50cm sobre la parte más elevada de la cabina.

Las concentraciones de gases máximas permitidas son: xxxxxxxxxxx xxxxx xxxxxxxxxxx xxxxx xxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxx xxxxx Tamaño: El segundo paso es seleccionar el tamaño más adecuado. En el caso de faenas en operación, en las cuales ya existen equipos operando, y en las que se desea aumentar el ritmo de producción, lo normal sería adquirir más equipos de igual tamaño. Sin embargo, dado que la economía de escala y el efecto financiero favorecen la adquisición de equipos de mayor capacidad, tendría que pensarse en realizar las obras necesarias (desquinches) para así adquirir equipos más grande. En este caso, el aumento de producción deberá pagar los costos asociados, no solo de la inversión en activos sino que también el del laboreo adicional. Cabe destacar, que el aumento de capacidad no es directamente proporcional al aumento de los costos. Un claro ejemplo de esta situación, la constituye la comparación entre un equipo de 5 yd3 con otro de 8 yd3. El primero es un equipo que tiene por dimensiones, 2,3 m de ancho y 2,3 m de alto; el segundo es un equipo que tiene 2,6 m de ancho y 2,25 m de alto. Las diferencias, para efectos de un desquinche, son ínfimas si las comparamos con el rendimiento productivo que nos aporta cada uno de ellos; de ahí que los costos de operación sean más bajos.

En el caso de minas nuevas, las investigaciones preliminares indicarán las dimensiones de las labores a realizar y, por lo tanto, deberá seleccionarse Roberto Segura R.

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aquellos equipos de mayores dimensiones que cumplan con el reglamento vigente.

Localización: Con respecto a la localización, la elevación sobre el nivel del mar, a la cual operará el equipo, tendrá un efecto adverso sobre el motor, y mientras más alta la elevación mayor será el efecto. Esto se debe a que la menor cantidad de oxigeno en el aire, afecta al motor de combustión interna, reduciendo su poder. Cuando la altitud a la cual se encuentra la faena es conocida, Wagner Mining Equipment Co propone que para incluir la pérdida de poder de los motores en la determinación de la flota óptima, se reste un 3% de fuerza por cada 305 m de altitud, tomando como punto inicial, los primeros 305 m. De esta forma, si la faena se encuentra a 1220 m sobre el nivel del mar, la pérdida será de un 9%. Una forma de llevar a la práctica esta regla, es aplicar dicho porcentaje sobre la velocidad del equipo. Por lo anterior, se hace obvio aplicar esta pérdida cuando el equipo va en subida y en horizontal. En el caso de bajada, solo si los reglamentos internos indican que los vehículos deben hacerlo enganchados. Estos fabricantes, también indican que por sobre los 1.500 m, debería considerarse equipar al vehículo con un Compensador de Altitud o usar un Motor más grande.

Ventilación: En lo relativo a la ventilación, de acuerdo al motor utilizado por el equipo, serán las necesidades de ventilación que haya que cubrir. Cuando se trata de motores nuevos los requerimientos son los que se muestran en la tabla 3, obtenida del catalogo de Wagner Mining Equipment Co.

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TABLA 3: REQUERIMIENTOS DE VENTILACIÓN MODELO

Max. Fuel

CFM

RPM

BHP

F4L – 912W

5000

23000

54

23.3

F6L – 912W

7500

2300

82

35.0

F5L – 413FRW

10000

2300

116

49.6

F6L – 413FRW

12000

2300

139

59.9

F6L – 413FW

12000

2300

139

59.9

F8L – 413FW

16000

2300

185

79.8

F10L – 413FW

20000

2300

231

99.6

F12L – 413FW

24000

2300

277

119.4

MWM D916-4

5600

2500

66

27.1

MWM D916-6

8700

2500

100

40.0

3304 PCNA

10700

2200

100

46.2

3304 PCT

33000

2200

165

70.5

3306 PCNA

15500

2200

150

70.9

3306 PCT

44000

2200

250

103.5

3306 PCTA

32700

2200

270

109.4

3306 PCTA

54000

2100

375

123.7

3308 PCTA

58000

2100

475

156.6

471N55

28000

2100

131

50.3

6V71N55

42000

2100

197

75.6

8V71N55

56000

2100

263

100.7

12V71N55

84000

2100

394

150.9

MOTOR

Lbs./Hr.

DEUTZ

CATERPILLAR

DETROIT DIESEL

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Peso y Volumen del Material: El material, ya sea mineral o estéril, tiene una densidad particular cuando aún no ha sido sacado desde su lugar natural. En ese estado dicha densidad es llamada “insitu” o “real”; si limitamos un sector del material dándole dimensiones específicas (por ejemplo: ancho y alto de una labor, y avance efectivo después de la tronadura), obtendremos entonces un volumen que será llamado también “insitu” o “real”, a partir de dicha información podremos entonces calcular el peso de ese volumen insitu. Sin embargo, una vez que se ha realizado la tronadura ese material se derrama, y dado que se ha fragmentado (aparecen huecos entre los trozos de roca) el volumen que ahora ocupa es mayor. Dicho volumen es por lo tanto, un volumen “aparente”, y si lo miramos como una masa podríamos calcular su nueva densidad, que ahora se llamará “aparente” y que será menor a la inicial debido a la fragmentación. Como es lógico el peso seguirá siendo el mismo.

Ahora bien, lo que diferencia a una densidad real de una aparente, es el “Esponjamiento”, concepto que nos permite clarificar lo que ocurre con el material después del proceso de fragmentación.

En la siguiente tabla (4) se muestran las densidades y el porcentaje de esponjamiento de algunas rocas y minerales.

FACTOR DE

DENSIDAD

EXPANSIÓN

APARENTE

(1/(1 + E))

(T/M3)

33

0,75

1,93

1,10

39

0,72

0,79

CARBÓN ANTRACITA

1,37

35

0,74

1,01

MINERAL DE COBRE

2,3 – 2,7

35

0,74

1,70 – 2,00

DENSIDAD

ESPONJAMIEN

REAL (T/M3)

TO (%E)

BAUXITA

2,57

ARCILLA SECA

MATERIAL

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TIERRA SECA

1,25

15 - 35

0,87 – 0,74

1,09 – 0,92

TIERRA

1,60

20 – 30

0,83 – 0,77

1,33 – 1,23

2,01

20 – 25

0,83 – 0,80

1,67 – 1,61

GRANITO

2,7

50 – 79

0,67 – 0,56

1,81 – 1,51

YESO

2,7

30

0,77

2,08

3,50 – 5,10

67

0,60

2,10 – 3,06

2,63

67 – 75

0,60 – 0,57

1,28 – 1,50

ROCA BIEN TRONADA

2,38

50

0,67

1,60

ROCA IGNEA

2,98

50

0,67

2,00

HÚMEDA TIERRA MOJADA

MINERAL DE HIERRO

PIEDRA CALIZA

La expresión matemática que transforma una densidad real ( r) en otra aparente ( a) es la siguiente:

a

=

r (1 + E)

donde E es el esponjamiento en tanto por uno, y las densidades están en toneladas por metro cúbico.

El peso del material a transportar será:

P = Vr *

r = Va *

a

Donde Vr es el volumen real y Va es el volumen aparente, ambos en metros cúbicos.

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Capacidad del Balde: Uno de los aspectos más importantes de la selección de equipos de carguío es determinar la capacidad real del balde. No es lo mismo cargar arena que roca fragmentada. La primera copará el balde y si el operador es bueno, podrá hasta formar el cono por sobre los límites del mismo (Fig. 9-a). Sin embargo, la roca fragmentada dejará huecos sin llenar, debido a su tamaño (Fig. 9–b); por lo tanto, el volumen a transportar será menor que el generado por la geometría del balde. De lo anterior se deduce que existen, una capacidad nominal del balde (entregada por el fabricante) y otra real, producto de la calidad de la fragmentación y de las condiciones de trabajo (nivelación de pisos de trabajo, existencia de derrames, calidad del drenaje, calidad de la ventilación, nivel de seguridad de las operaciones, etc.).

Llenado según norma SAE (Máxima capacidad) Fig. 9 - a

Fig. 9 - b

Para resolver el problema de la estimación de la capacidad real del balde se debe aplicar el llamado Factor de Llenado (Fill Factor). Wagner Mining Equipment Co propone los siguientes valores para este facto, dependiendo de la calidad de la fragmentación y de las condiciones de trabajo.

TABLA 5:

FILL FACTORS (FF) PARA BALDES DE EQUIPOS L.H.D.

CALIDAD FRAGMENTACIÓN

FILL FACTOR

CONDICIONES DE TRABAJO

BUENA

1,00

EXCELENTES

MEDIA (PROMEDIO)

0,95

PROMEDIOS

MALA

0,90

SEVERAS

La expresión matemática por medio de la cual se determina la capacidad efectiva o real del balde (Ce) es: Roberto Segura R.

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Ce = Cn * FF Donde Cn es la capacidad nominal del balde en metros cúbicos.

Selección del Balde: La selección del balde es el último paso en la selección del modelo del equipo de carguío. Para realizar la selección se debe recurrir a ciertas condiciones que restringen o impiden el normal desempeño del equipo y que son entregadas por el fabricante. En este caso, la máxima carga que puede transportar el equipo. Los equipos como los motores de los mismos, están diseñados para cargar y transportar un peso máximo de material. Si esa carga es sobrepasada el equipo sufrirá un desgaste prematuro, por lo que su vida útil disminuirá dramáticamente. Para evitar esta situación se debe determinar el tamaño óptimo del balde.

El desarrollo de los cálculos, utilizando los parámetros de los equipos fabricados por W.M.E.Co., es el siguiente:

A.- Payload Indicado (PI): es la carga útil que puede transportar el equipo, de acuerdo a su capacidad nominal (Cn). Está dado por: PI = Cn (m3) * a (T/m3) * FF (0/1)

B.- Rated Tramming Capacity (RTC): es la carga útil máxima (en toneladas) que puede transportar el equipo, de acuerdo a su potencia y robustez. Este parámetro lo entrega el fabricante.

C.- Necesidad de Reemplazo: sobre la base del Payload (PI) y el RTC, es posible determinar si es o no necesario reemplazar el balde original que viene con el equipo. La metodología es la siguiente:

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Si PI > RTC y la diferencia (PI – RTC) es mayor al 13% de RTC, se debería considerar cambiar el balde por otro más pequeño. Esto se debe a que como se ha superado la carga máxima que puede transportar el equipo, es necesario disminuir la capacidad. Este problema ocurre cuando las densidades de los materiales a transportar son demasiado altas. Si PI < RTC y la diferencia (RTC – PI) es mayor al 13% de RTC, se debería considerar cambiar el balde por otro más grande, debido a que la carga a transportar está muy por debajo de lo estipulado por el fabricante. En otras palabras, sin variar considerablemente el costo de inversión, podría transportarse material a un ritmo mayor si se cambiara el balde original por otro mayor. Esto ocurre, como es de suponer, debido a que el material tiene una densidad muy baja.

Si en ambos casos, la diferencia entre RTC y PI es menor al 13%, se considera que el balde original es el adecuado para las operaciones.

D.- Tamaño Optimo del Balde: Si de acuerdo al criterio anterior se determina que es necesario cambiar el balde, se debe entonces definir cual es el tamaño óptimo de balde para nuestras faenas. Para esto, se debe seguir el siguiente planteamiento:

Se determina la capacidad ideal del balde (CI) de acuerdo a la siguiente expresión: CI =.

RTC (T) . 3 a (T/m ) * FF (0/1)

Dado que los fabricantes trabajan con sistema inglés, se debe transformar esta capacidad de m3 a yd3.

Luego se debe considerar las capacidades estándares y especiales en las que se fabrican los baldes. Por ejemplo, Wagner Mining Equipment Co fabrica baldes Roberto Segura R.

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estándares en incrementos de 0,5 yd3, los cuales están disponibles en todo momento. Sin embargo, también se fabrican baldes en incrementos de 0,25 yd3, exclusivamente para pedidos especiales.

Con esta información es posible determinar cuales son las capacidades disponibles, y que están sobre y bajo la capacidad ideal (CI) calculada anteriormente. De esta forma, obtenemos dos capacidades de balde ofrecidas por el fabricante: C1 y C2 (C1