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• Carlos Lara Sueldo

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Poleas

Estructura

Sistema de tracción pique

Skip o jaula

EXTRACCIÓN O IZAJE DE MINERAL POR PIQUES SISTEMAS DE IZAJE EN MINERÍA SUBTERRÁNEA PIQUES Y WINCHES

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS

INTRODUCCIÓN 

La actividad más importante en una operación Minera es la extracción del Mineral (limpieza ), la que se puede realizar por movimiento en forma horizontal (locomotora, scoop, volquetes), en forma vertical (izaje), por inclinados, rampas y zig zag . Para extraer el mineral de mina subterránea en yacimientos que no tiene encampane, se tendrá que construir un pique , el que va a variar en longitud y la capacidad del tonelaje de extracción

OBJETIVOS 

Lo importante es que, se evita el sobresfuerzo humano, al utilizar estas maquinarias; que permiten mejorar la productividad y la velocidad de extracción vertical o inclinada.



Cumplir con el izaje de las toneladas de producción estimada por el departamento de minas en la Unidad respectiva .

DEFINICIÓN DE TÉRMINOS Sistemas de extracción vertical  La extracción vertical se emplea en minas cuya profundidad no permiten o justifican una extracción por medio de rampas o correas. 

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Los sistemas de extracción vertical utilizan piques por los cuales se transporta el material/personal hacia la mina o una combinación de ambos.

PIQUES (SHAFTS) 

Definición de Pique: Excavación vertical o inclinada ejecutada en la roca con la finalidad de permitir el acceso a un yacimiento o conectar niveles de explotación.

TERMINOLOGIA Pique: Ve “shaft” abajo. Chimenea: – Raise: Labores inclinados o verticales que se abren desde abajo hacia arriba. – Shaft: excavación vertical o inclinada ejecutada en la roca con la finalidad de permitir el acceso a un yacimiento o conectar los niveles de explotación. Chiflón : – Inclined shaft, internal shaft, winze. – Winze: labor vertical o inclinada que se profundiza desde un punto interno de una mina. Socavón: – Main entry, Adit: Galería principal de una mina de la cual parten las galerías secundarias.

DEFINICIÓN DE WINCHE DE IZAJE 

El Winche de izaje, es una maquinaria utilizada para levantar, bajar, empujar o tirar la carga; el Winche de izaje, es utilizado también para bajar e izar personal del interior de la mina ; siempre que cumpla con exigencias mínimas de seguridad. Poleas

Estructura

Sistema de tracción pique

Skip o jaula

TIPOS DE WINCHE DE IZAJE a.

b.

Winches de tamboras . Winches de fricción . Los Pequeños Productores Mineros y Mineros Artesanales, utilizan winches de izaje de tamboras, por ser maquinarias que se adaptan a su infraestructura y requerimientos de izaje. Ejemplos resaltantes de winches de izaje de fricción tenemos en las minas de Casapalca (Yauliyacu – Glencord) y Cerro de Pasco (Paragsha – Volcán Cía. Minera)

SISTEMAS Y NORMAS DE SEGURIDAD DE LOS WINCHES DE IZAJE 

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

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La construcción, operación y mantenimiento de todos los equipos y accesorios deben estar de acuerdo a las normas técnicas establecidas por los fabricantes. Cada equipo de izaje y accesorios debe tener claramente indicado la capacidad máxima y una tabla de ángulos de izaje; la misma que debe ser pegada en un lugar adecuado y fácilmente visible para el operador. La inspección de equipos, componentes y accesorios, es esencial para asegurar que el sistema de izaje se encuentre en buenas condiciones de operación y funcionamiento. Los titulares serán responsables del mantenimiento, así como de las inspecciones periódicas a la que deben estar sujetos los sistemas de izaje.

COMPONENTES DE UN WINCHE DE IZAJE 

Dependiendo de las dimensiones y necesidades, un Winche de izaje tiene los siguientes componentes:

- Tambora (una o dos); -Motor; -Sistema de seguridad: Lilly control, frenos, etc.; -Palancas de control; -Cables; -Jaula, baldes o skips; -Poleas; -Estructura de desplazamiento o castillo.

1. TAMBORA (UNA O DOS) 

Son cilindros metálicos donde se enrolla el cable. Podríamos hablar del enrollado activo que es el cable que verdaderamente trabaja y el enrollado de reserva para los cortes reglamentarios que dispone la ley de seguridad y para reducir el esfuerzo ejercido por el cable, a la unión con el tambor.

TAMBOR VS KOEPE Tipo

Característica

Doble tambor

Se puede operar con dos compartimientos desde distintos niveles de la mina

Doble tambor

Mejor sistema para la construcción de piques

Tambor

Mejor para alta carga a transportar & poca profundidad

Tambor

La capacidad esta limitada al uso de una sola cuerda, se puede adicionar una (tipo Blair) y entonces puede ocuparse para minas profundas

Fricción

Los sistemas Koepe con mutiple cables tienen mayor capacidad en ton/hr que los tambores dentro de un rango de 460 a 1520 m.

Koepe

Operación es simple, menor inercia rotación mas económicos. Pueden operar con una menor gasto de electricidad

CÁLCULO DEL TAMAÑO DEL TAMBOR Criterio: dt

dt > 60 dc (para cualquier aplicación) dt > 80 dc (dc > 25 mm)

dt > 60 dc (dc < 25 mm) dw

dt > 100 dc (cable tipo locked coiled)

Ct = 3,024 x dw x N x (dt/dc + 0,85 x (N-1)) Capacidad del tambor (metros de cable) N= numero de vueltas

Dc = diametro del cable (m)

CALCULO DE CICLO Para cálculos iniciales: V= 0,41L (Tambor) V=0,436L (Koepe) Tr= 20 s L= profundidad en metros (m)

Entonces: Tciclo= 0,612 x L + 22,439 (Tambor) Tciclo= 0,651 x L + 22,29 (Koepe)

Velocidades según tipo de guía: 10 m/s (madera) 15 m/s (acero) 20 m/s (cable)

CALCULO DE LA POTENCIA DEL TAMBOR Dos aproximaciones

Simple: HP = carga x velocida HP

33,000 h =pies/m x tons x 2000 = carga x velocidad k k

Calculo de la potencia del tamboraprox. simple

CARGA DINÁMICA (EEW) Tambor doble

Tambor simple Koepe

CALCULO DE LA POTENCIA DEL TAMBOR- MEJOR APROX. Considera distintas etapas de aceleración del sistema de arrastre & corrección por eficiencia

1.0 - Marcha lenta (acelera) 2.Marcha lenta (sin acelerar) 3.Aceleración (HP1)

4.Velocidad máxima (HP3) 5.Desacelerar a marcha lenta 6.Marcha lenta (sin acelerar) 7.Desacelera hasta detenerse (HP2) 8.Detención

SISTEMAS DE TRACCIÓN Se instalan en un lugar estratégico No balanceado: 1 cuerda

Balanceado= 1 cuerda se enrolla y la otra se estira

Koepe: La rueda tiene una ranura con material friccionarte La cuerda no se guarda en el tambor Las poleas se instalan en la estructura

2 cuerdas x skip

CALCULO NUMERO DE SISTEMAS DE EXTRACCIÓN MINA 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Numero de viajes de mineral por día Numero de viajes estéril por día Numero viajes materiales por día Numero de viajes hombres por día Tiempo requerido para inspecciones del pique, tambor/Koepe, cables, mantención y las requeridas por legislación. Tiempos perdidos

TIEMPO MANTENCIÓN . Mantenciones requeridas: •Semanal (3,5 horas) 1,5 pique/skip/cable 0,5 poleas 1,5 tambor •Mensual (4 horas) Mantención cable: 4 h/mes •Trimestral (4 horas) Test electromagnéticos cables Cables y accesorios Test de caída skip Si considera disponibilidad ocupar 1 hr/día

2. MOTOR 

Es el propulsor de la acción mecánica, es el que realiza el trabajo de izaje . Las características del motor se elige de acuerdo al requerimiento y la capacidad de la carga que se quiere izar y a las dimensiones y modelo del pique.

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La fotografía muestra el Winche-Chacua-VT del Pique Chacua. Unidad de Producción UchucchacuaBuenaventura.

3. SISTEMA PREVENTIVOS DE CONTROL: LILLY CONTROL, FRENOS, ETC. 

Es el dispositivo encargado de regular la velocidad, este actúa en caso de una súbita aceleración o desaceleración de la velocidad, ocasionado por una posible falla mecánica, el Lilly control, acciona el dispositivo de emergencia del sistema de izaje.

4. PALANCAS DE CONTROL 

Son los dispositivos de control y manejo del Winche. Estos deben ser manipulados sólo por el operador o maquinista autorizado.

5. CABLES DE IZAJE



Dependiendo del tipo de izaje en los winches; ya sea por fricción o enrollamiento; los cables de izaje pueden ser fabricados de aluminio o de alambre de acero; los mismos que, son colocados ordenadamente para desempeñar el trabajo de izar los skip o las jaulas. Para formar cables, se arrolla un gran numero de hilos de aluminio o acero de alta resistencia (entre 130 y 180 kg/mm2). Estos hilos se disponen en cordones y torones, según sea el caso.

5.1 CABLES-

TIPOS DE TRENZADO

a. Regular; b. Tipo Lang. a. Regular: Los alambres del torón, están torcidos en dirección opuesta a la dirección de los torones del cable. b. Tipo Lang: Los torones en un cable tipo Lang, están torcidos en la misma dirección (lang derecho o lang izquierdo).

5.2 ESTRUCTURA DE LOS CABLES Los cables se componen de: a. Núcleo o alma. b. Torones.

5.2.1. NÚCLEO O ALMA: 

El alma del cable sirve como soporte a los torones que están enrollados a su alrededor.

5.2.2. TORONES O CORDONES: 

Un cable está formado por un conjunto de torones o enrollados. Cada torón, está formado por un conjunto de hilos. La mayoría de hilos utilizados en la construcción de cables son redondos y de diámetro comprendidos corrientemente entre 2 y 3 mm.

TIPOS DE CABLE  Round

strand: los torones son circulares  Flattened strand : los torones son triangulares  Full locked coil: no son entrelazados

SELECCIÓN DE CABLES 

Que mirar en cable:     

Resistencia a la tensión Resistencia a la fatiga Resistencia a la abrasión Resistencia a golpes y distorsión Forma de trenzado con respecto a la posición del tambor y la forma en que se enrolla el cable

SELECCIÓN DE CABLES - FACTOR DE SEGURIDAD 

Selección de cables para tambores

•

Resistencia requerida = carga estática ( 7,0 – 0,001 L) Si L < 3000 pies

•

Resistencia requerida = carga estática x 4,0 Si L > 3000 pies

TABLA DE CARACTERÍSTICAS DE CABLES

6. JAULA, BALDES O SKIPS: 

Es uno de los componentes esenciales del sistema de izaje; las jaulas, baldes o skips, cumplen la función de transportar en su interior al personal y/o mineral según los requerimientos de producción.

SKIPS •Skipping consiste en llenar, transportar, vaciar y retorno a llenado de materiales. •El mineral puede ser chancado o no y la operación de llenado puede ser manual o automatizada. •Se vacían en cualquier parte aunque es mas común el vaciado en la infraestructura. •Las dimensiones del skip están restringidas por el tamaño del material (para que fluya) Existen tres tipos de skips •Volteo o Kimberley •Cuerpo movible •Cuerpo fijo

TIPOS DE SKIP

Cuerpo móvil / descarga por el fondo

Cuerpo fijo descarga por el fondo

ACCESORIOS Otras componentes del sistema de transporte son: •Carguío skip: para transferir material desde la mina al skip. Buzón medidor (bin) Bin- alimentador- Correas Pueden ser automatizados

•Control del Derrame: Se puede llegar a 1,5 hasta 5 % de derrame durante la carga al skip. Se utilizan deflectores bajo el skip o bien se desarrolla una rampa hasta el fondo del pique. Especial cuidado en sistema Koepe porque el cable llega al fondo. •Jaulas: para transporte de personal y materiales que entran y salen de la mina. •Contrapesos: para balancear el sistema. Se diseñan de manera de llenar el espacio disponible •Elementos de seguridad: “safety dog” que se activa en el caso de corte de cuerda y penetran las guías

CÁLCULOS DE INGENIERÍA •Producción requerida del sistema (ton/h) - input •Determinar tiempos de ciclo •Tamaño del skip •Tamaño (peso) de los cables •Tamaño del tambor •Calculo de potencia del motor •Calculo del numero de sistemas de extracción •Calculo del tipo de cable a utilizar

CALCULO TAMAÑO DEL SKIP 

Carga, W = Producción requerida/ n° viajes x hora = producción / tiempo ciclo (s) x 3600 (s/hr)



W skip = 0, 5 W + 680 o bien,

W skip = 5/8 x P Calculo del peso de cables L < 1370 m 



W cable = W(1+Wskip) x 1000 (kg/m)

L > 1370 m W cable = W(1+Wskip) x 1000 (kg/m)

Ls – 1370 

Ls = Lu 5

Lu = largo máximo del cable que puede ser suspendido

Ls - 1

CALCULO NUMERO DE SISTEMAS .

DE EXTRACCIÓN MINA

Tiempo mineral = producción mineral (ton/hr) producción skip (hr/día)

Tiempo estéril

= producción estéril producción skip

Tiempo materiales = N x T 3600 N = numero de viajes con insumos T = tiempo ciclo viaje insumos Numero de viajes de transporte de personal depende de: Capacidad de la jaula Numero de niveles U.G. Velocidad a primer nivel y de ahí a otros niveles Tiempo carga descarga

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CICLO EN UN SISTEMA DE EXTRACCIÓN VERTICAL T1= tiempo aceleración T3= tiempo desaceleración T2= tiempo viaje veloc. maxima Tr = tiempo parado (descarga/carga) T1= V/a T3 = V/r T2 = L/V – V/2 x (1/a+1/r) L = V/2 x (1/a + 1/r) Tciclo= V/a + L/V – V/2 x (1/a + 1/r) + V/r + tr L= profundidad de viaje a = aceleración (m/s2) r = desaceleración (m/s2) V= velocidad máxima (m/s)

7. POLEA:  Es

una rueda acanalada que gira alrededor de un eje central por el que pasa el cable en cuyos extremos se encuentra la jaula o skip (resistencia) y en la otra el winche o tambora (potencia).

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LAS POLEAS SE PUEDEN CONSTRUIR DE 3 FORMAS 

 

Por fundición Por acero moldeado Por construcción soldada

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

Polea de izaje minero 72” III. Componentes del Sistema de Izaje .Las poleas soldadas son menos pesadas y las más resistentes y son las más empleadas en la construcción de piques. La polea de izaje debe ser hecha y mantenida para acomodar adecuadamente el cable. El diámetro de la polea está establecido por reglas de seguridad para piques.

8. CASTILLO O ESTRUCTURA DE DESPLAZAMIENTO 

Es la cúspide de la estructura del pique donde se encuentra la polea que dirige el movimiento del cable. Es una estructura vertical que se levanta por encima del collar del pique. De la cúspide de la torre o del castillo baja una estructura inclinada que sirve de sostén a toda la torre y contrarresta la tensión de los cables.

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La fotografía, muestra el Castillo del Pique Esperanza-Chungar. Volcán Cía. Minera. Cerro de Pasco.

TIEMPO MANTENCIÓN •Mantenciones requeridas 1. Semanal (3,5 horas) 1,5 pique/skip/cable 0,5 poleas 1,5 tambor 2. Mensual (4 horas) Mantención cable: 4 h/mes 3. Trimestral (4 horas) Test electromagnéticos cables Cables y accesorios Test de caída skip Si considera disponibilidad ocupar 1 hr/día