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• Eduardo Martin Oriondo Utrilla

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WINCHES DE ARRASTRE RASTRILLAJE Es una operación que consiste en situar al mineral de los tajos adyacentes al shut, tender el relleno en dicho tajo, llenar carros mineros en una galería, mediante la acción de un rastrillo y winche. El rastrillaje es de suma importancia en el palaneo mecánico dentro del ciclo de minado y su uso es muy difundido en algunas minas subterráneas, con los sistemas convencionales de minado como con los sistemas de trackless. Usándose en forma combinada y de acuerdo a ciertas consideraciones que se presentan en el trabajo de extracción. EQUIPO DE RASTRILLAJE Para el montaje de equipo de rastrillaje es necesario contar con los siguientes componentes:     

Rastrillo Winche Cable Polea Plataforma

1. RASTRILLO.- Llamado también SCRAPER son de formas y tamaños diferentes, de acuerdo al trabajo al que está destinado; sin embargo dos componentes básicos permanecen constantes el asa y la placa posterior de excavación. La hoja de excavación tiene dos partes una rígida unida al asa y la otra consistente de una cuchilla o uña cambiable y fijada a la primera mediante pernos. El asa es el que une los extremos de la placa posterior y termina a manera de una “V” y su función es equilibrar y en la mayoría de los rastrillos es fija, en otras tienen cierto juego en el contacto con la placa posterior. Clases de Rastrillo:  



Tipo azadón o abierto.- Generalmente carece de placas laterales y la placa posterior tiene un ángulo de abertura grande. Se usa para el acarreo de material grueso. Tipo Caja o Cerrado.- Tiene placas laterales fijas y el conjunto tiene una apariencia de una caja. Se usa en el acarreo de material fino a mediano y detiene la carga en forma satisfactoria en distancias grandes y cuando el piso por donde transita es lisa. Existen también formas intermedias.

Diseño de partes del rastrillo: A pesar de que se cuenta en el mercado con rastrillos, muchas veces en la mina existe necesidad de confeccionar rastrillos. En cualquiera de los casos, es conveniente tener en cuenta ciertas normas de diseño como la que se indica a continuación:  



 

Condiciones de servicio.- Se considerará la clase de servicio que prestará el rastrillo, los esfuerzos a que estará sometido y tipo de abrasión a soportar. Angulo de excavación y forma de plancha posterior.- La forma y ángulo de excavación de la parte posterior y cuchilla es importante, porque un ángulo grande de curvatura limita al rastrillo recoger o retener la carga. Un ángulo pequeño es desventajoso, porque permite que el rastrillo se entierre. Se recomienda los ángulos siguientes:  Rastrillo tipo Azadón: de 67° a 70°  Rastrillo Tipo Cajón: de 57° Estabilidad y Equilibrio.- Es importante que el centro de gravedad esté adecuadamente situado para asegurar una buena estabilidad durante el carguío. El equilibrio debe mantenerse entre el peso, posición relativa y contorno de la plancha posterior. Capacidad.- Debe diseñarse de acuerdo a las condiciones de mineral, longitud de arrastre, potencia de la wincha y producción. Peso.- El rastrillo debe tener peso suficiente para mantenerse en operación y proporcionar un buen carguío.

2. WINCHE.- Elemento motriz; que comprende la Tambora y el motor, de acuerdo a esto y para uso en la minería se tiene winches de 2 a tres tamboras con motor eléctrico y aire comprimido (neumático), con potencias de 7 a 40 HP. La tambora tiene capacidad de 40 a 150 metros de cable. Partes principales:   

 

 

Base: Es una pieza rígida de acero fundido. Tiene orificios para el anclaje en el piso, provee rigidez a toda la estructura de la máquina durante el trabajo. Tamboras: Con diámetros grandes aumenta la capacidad de trabajo del cable y reduce el desgaste de este. Una tambora apropiada y ancha realiza un buen arrollamiento del cable. Embrague: Sirve para transmitir el movimiento a cada uno de las tamboras desde el eje principal. Dos engranajes locos o intermedios giran entre el piñón de mando del eje principal y la corona dentada del embrague, resultando una reducción de velocidad en los engranajes. Las bandas exteriores del embrague son controlados mediante una palanca. Frenos: Son regulables del tipo de banda exterior y se halla al lado del operador. Actúan a manera de mordaza al presionar la palanca de freno. Algunas winchas tienen frenado automático. Engranajes y Chumaceras: Las tamboras, el engranaje y los piñones están situadas en el mismo eje. Por lo general en cada tambor existen tres engranajes intermedios que transmiten el movimiento del eje a la corona dentada, resultando menor así la rotación del tambor. Guías de Cables: Sirven para prevenir el arrastre angular y reducen el desgaste del cable. Tiene rodillos de tubos de acero cubiertos de caucho resistente a la abrasión. Están colocados vertical y horizontalmente. Protector de cable: Tiene por objeto proteger al operador de accidentes cuando se rompa el cable.

Parámetros técnicos Cabrestante (Winche) serie JH Modelo

JH-5

JH-8

JH-14

JH-20

JH-30

Capacidad de acarreo (kN) ó (kg)

50 ó 5000

80 ó 8000

140 ó 14000

200 ó 20000

300 ó 30000 0.13

Velocidad lineal (m/s)

0.17

0.09

0.094

0.1

Diámetro del cable (mm)

16

17

22

26

31

Longitud del cable (m)

80

100

130

170

220

Potencia del motor (kW)

7.5

11

18.5

22

45

Dimensiones totales (mm)

1450×512×515

1600×530×670

2050×680×915

2200×968 ×864

3300×1075×1034

Peso (kg)

630

630

1350

2500

4460

Otro dato importante es que: por cada 0.5TM de capacidad de jale o arrastre de mineral se requiere 50cfm de aire comprimido, es decir si requerimos halar 1TM se requerirá 100cfm de aire comprimido para el winche o cabrestante. 3. CABLE: Es el elemento de tracción, es el que comunica el movimiento al rastrillo. El diámetro del cable es de acuerdo a la potencia del motor del winche, distancia de rastrillaje y capacidad de la tambora. En la tabla siguiente se da la relación entre la potencia del motor y diámetro del cable de acuerdo a experiencias obtenidas en la mina. DIÁMETRO DE CABLE POTENCIA (Pulgadas) (HP) 5/16 Hasta 5 3/8 5 – 10 ½ 10 – 20 5/8 20 – 30 ¾ 30 – 40 4. POLEA: Llamada también rondana, sirve para sostener, guiar y facilitar el movimiento del cable de avance durante la operación de rastrillaje. Para sostener la polea se fija en la pared del tajeo una alcayata del cual se une un pedazo de cable. En el caso de labores angostas simplemente se sostiene de un puntal colocado entre las cajas de la veta. Las poleas usadas en el rastrillaje pueden ser de tamaños siguientes: 6, 8, 10, 12 y 14 pulgadas y la ranura de la polea está de acuerdo al diámetro del cable a utilizar.

5. PLATAFORMA: Sirve Para instalar en él, el Winche. En el tajeo se confecciona con tablas y puntales en la dirección del echadero, debiendo estar bien asegurada para evitar posibles desprendimientos al momento de operar el Winche.

CONSIDERACIONES PARA EL CALCULO DE RASTRILLAJE: CAPACIDAD DE RASTRILLAJE.- La capacidad teórica de rastrillaje se calcula con la siguiente fórmula: C = c x T x V x E / 2D, en pies cúbicos, dónde: -

T: Tiempo total de rastrillaje, en minutos. C: Capacidad de rastrillaje o carga; en pies3. c: Capacidad de rastrillaje elegido; en pies3. V: Velocidad de jalado en pies/minuto. E: Eficiencia total de 45 a 75% D: Distancia de rastrillaje; en pies.

TRACCIÓN DEL CABLE: Cuando se rastrilla sobre el nivel, la tracción en el cable viene a ser la fuerza que resulta del peso del rastrillo más la carga por el coeficiente de fricción. F = f x (Wr + Wm), donde: -

F: Fuerza de tracción en el cable; en Lbs. f: Coeficiente de fricción. Wr: Peso del rastrillo; en lbs. Wm: Peso del mineral cargado por el rastrillo en Lbs.

El coeficiente de Fricción (f = f1 + f2) depende de: -

La naturaleza del piso, pudiendo ser f1 de 0.5 para pisos uniformes y 1.0 para pisos ásperos. La gradiente según la tabla siguiente, f2:

Angulo con la Horizontal 10° 20° 30º 40° 45° En resumen f= f1+ f2, donde: -

SUBIENDO (+ %) 15 30 35 40 45

BAJANDO (- %) 20 40 60 Resbala Resbala

f1 = Factor de seguridad que varía de 0.5 a 1 f2= Factor de gradiente que da la tabla.

POTENCIA DE MOTOR DE WINCHE: HP = (F x De) / 33000 Donde: -

F= Fuerza de tracción en el cable en libras. De= Distancia equivalente recorrida.

VELOCIDAD DEL CABLE La velocidad del cable para los cálculos se puede estimar en base a la tabla siguiente: VELOCIDAD Pies/minuto Distancias Para Material Para formas Fondos Densidad TIPOS DE USOS DE RASTRILLOS

BAJA 150 – 200 Cortas Grueso Angulosas Ásperos alta o baja

TIPO DE RASTRILLO Para Material Para formas: Facilidades para excavar Facilidades para acarrear Facilidades para deslizarse MODELOS DE WINCHES

MEDIA 225–275 Largas Medio suaves Medio alta o baja

ABIERTO grueso anguloso buena mala mala

ALTA 300 a más. Largas Fino Suaves lisos baja.

CERRADO fino suaves mala buena buena

En el mercado nacional se conocen muchos modelos y marcas: como Joy, Gardner Denver, Derena, etc. CÁLCULO Y SELECCIÓN DE EQUIPO DE RASTRILLAJE Para el cálculo de todo equipo de rastrillaje es necesario considerar el tipo de material, fragmentación, volumen y demás condiciones que permitan la operación en condiciones óptimas. Ejemplo: Calcular el HP del Winche, tipo de cable para rastrillar mineral en una labor de piso accidentado, para un desplazamiento uniforme; el material (mineral de Zinc) seco, con peso específico de 125lbs/pie3, tamaño promedio 6” de diámetro, con bastante fino, ocasionalmente trozos de 12” de diámetro. Objeto: jalar mineral del tajo al shut. Tonelaje por guardia: 180 ton Distancia máxima del frente al shut: 100 pies Gradiente máxima: 20° bajando. a) Selección del rastrillo, para lo cual se deben considerar las condiciones del terreno, material, se debe elegir un rastrillo abierto de media caja. b) Volumen Horario: se tiene que considerar lo siguiente: Tiempo efectivo de trabajo: 6 horas/gdia. Tonelaje a extraer: 180 ton/gdia. Tonelaje horario = 180/6 ó 30 Ton/hr Volumen horario = (30 ton/hr / 125 lbs/pie3) x (2000 lbs / 1 ton) = 480 pies3/hr c) Velocidad del Cable De acuerdo a la tabla consideramos velocidad media entonces hallamos: Velocidad de arrastre = (225 + 275) / 2 = 250 pies/min. Velocidad de Retorno = (250 pies/min)/3 + 250 pies/min = 333.33 pies/min. Velocidad promedio de trabajo = (250 + 333.33) / 2 = 291 pies/min Velocidad Promedio de trabajo = 291 pies/min = 4.85 pies/seg d) Distancia Equivalente Distancia: 100 pies Distancia recorrida por viaje = 100 x 2 = 200 pies Cambios de posición: marcha y contramarchas = 4 seg x 4.85 = 20 pies Carga: rastrillaje en el frente = 5 seg x 4.85 = 25 pies (aprox.) Descarga vaciado en el shut = 3 seg x 4.85 = 15 pies (aprox.) Distancia total equivalente: 260 Pies recorridos por viaje. e) Potencia del Winche: Factor de fricción: f = 1.0 – 0.40 = 0.60 (20° bajando) Fuerza de tracción: F = f (Wr + Wm) Peso del rastrillo: Wr = 810 lbs. Peso del mineral en el rastrillo: Wm N° de viajes/hr = (291 pies/min x 60 min x 0.75) / (260 pies/viaje x 1 hr) = 50 viajes/hr. Capacidad de Rastrillo = 480 pies3/ hr / 50 viajes/hr = 10 pies3/viaje (aprox.) Peso del mineral en el rastrillo: Wr = 125 lbs/pie3 x 10 pies3/viaje =1250 lbs F = 0.6 x (810 + 1250) = 1236 lbs HP = F x De / 33000 = 1236 lbs x 260 pies / 33000 = 10 HP Entonces el cable para 10 HP se busca en la tabla y se determina el tipo de cable como 3/8”de diámetro para un HP de 5 a 10 HP.

RASTRILLOS – WINCHES - CABRESTANTES a.- Características Es un medio eficiente de trasladar la carga sea en galería, tajeo, etc. por acción de un cucharón de arrastre que se introduce en el material fragmentado a cargar y así lleno es tirado por el piso hasta el punto de descarga. Son utilizados también para el arrastre de concentrado. El winche puede ser asegurado al piso y techo con puntales de madera o a las cajas y piso con cables de acero. Existen winches que pueden ser accionados con comandos a distancias. Las partes incorporadas son fácilmente transportables. Es posible utilizar mano de obra semi-calificada, es decir se requiere solamente un entrenamiento técnico sencillo para su operación. El cabrestante o winche normalmente se sitúa lejos de la zona de disparo y es asegurado convenientemente, evitando accidentes al operador y al winche. b.- Requerimientos Energía eléctrica (winche de 2 ó 3 tamboras) Energía neumática (winche de 1 tambor) c.- Componentes y descripción c.1. Rastrillo, Raedera o Cuchara (cucharón) de Arrastre Es una plancha de acero curvada con brazos laterales que al ser impulsada por los cables de arrastre, transporta el mineral sobre el suelo a las estaciones de carga (echadero) o directamente a los vehículos de transporte. Tipos: Rastrillos tipo Azadón, plegable y Cajón (desmontable o ensamblado). Tecnología del Diseño: 

Forma de la plancha posterior.- debe presentar la forma curvada en su altura, con un radio mínimo de 0,60 m. Esta curvatura ayuda a retener el material a la vez que incrementa su resistencia y evita que el rastrillo “flote”.



Angulo de excavación.- la plancha posterior con respecto a los brazos, debe tener un ángulo entre 60 y 70°, en base a reales necesidades de cada mina.



Capacidad.- los fabricantes emiten las siguientes capacidades teóricas, en base a dimensiones. ANCHO

ALTURA

TIPO AZADON

34 pulgadas

18 pulgadas

TIPO CAJON

6 pies cúbicos

8,5 pies cúbicos

40 “

20 “

8“

12 “

42 “

20 “

10 “

12 “

48 “

22 “

13 “

15 “

54 “

22 “

17 “

24 “

60 “

22 “

22 “

30 “

72 “

22 “

30 “

45 “

84 “

22 “

40 “

60 “

90 “

22 “

46 “

70 “

Accesorios: 

Brazos.- que deben ser ligeramente curvados y cuyo diseño debe considerar los esfuerzos de fricción, choque y tensión.



Dientes (o cuchilla), que se adicionan al labio de la plancha posterior, a fin de mejorar la eficiencia del carguío y arrastre.

c.2. Winche de Arrastre o Cabrestante Es una unidad compacta que acciona a las tamboras rotacionales que enrrollan o desenrrollan los cables de acero y de este modo halan al rastrillo con el mineral (arrastre) o vacío (retorno). Funciona con energía eléctrica (winchas de 2 tamboras y de 15 a 59 HP y winchas de 3 tamboras y de 30 a 75 HP) o neumáticas (wincha de 1 tambora). Son fácilmente transportables, por ser desarmables. Los distribuidores más conocidos son: Joy, Ingersoll Rand, Derena, Gardner Denver, Pikrose, etc. Partes principales: 

Bastidor o base, es una pieza rígida de acero fundido con orificios para el anclaje de la máquina. Sirve de protección a la unidad durante su traslado.



Guías y rodillos, de tubos de acero templado y, colocados vertical y horizontalmente, los mismos que giran sobre sus ejes en cojinetes de bronce. Previenen el rozamiento y desgaste de los cables.



Tamboras, que enrrollan y desenrrollan los cables (de arrastre y de retorno respectivamente).



Embrague, controladas por las palancas, a fin de accionar a las tamboras.



Frenos tipo de banda o de zapata, que son automáticos y accionados por una palanca de pie o de mano. Sirven para mantener estirados el cable al desenrrollarse.



Engranajes, que ponen en funcionamiento rotacional a través de un eje central al piñón principal y coronas dentadas o unidad planetaria.

Modelos: 2 Tamboras (Joy – 211) Motor eléctrico de 15 HP Velocidad con carga de 165 pie/min Velocidad del motor de 1 770 RPM Voltaje, de 220 ó 240 Voltios; amperaje, de 21 ó 42 Amperios 3 Tamboras (Sala 3-SS-40) Motor eléctrico de 40 HP Velocidad con carga de 200 pie/min c.3. Cables de Acero Constituidos de alambres de acero al carbono trenzados en espiral que forman los torones o cordones, sin alma o elemento central que los contenga. Se utilizan los cables de tracción (que halan el rastrillo con mineral) y los de retorno (que halan el rastrillo vacío, de retorno). Si se trabaja con winches de 3 tamboras, requiere 2 cables de tracción. POTENCIA MOTOR ɸ CABLE ARRASTRE 5 HP

5/16 pulgadas

ɸ CABLE RETORNO ¼ pulgadas

7 - 10 HP

7/16 pulgadas

¼ pulgadas

10 - 20 HP

3/8 pulgadas

5/16 pulgadas

20 - 30 HP

½ pulgadas

3/8 pulgadas

30 - 50 HP

5/8 pulgadas

½ pulgadas

50 - 75 HP

¾ pulgadas

5/8 pulgadas

75 a más

1 pulgada

7/8 pulgadas

c.4. Rondanas o Poleas Son ruedas que giran libremente sobre su eje y cuentan con una garganta en su periferia sobre la que gira el cable de acero. Sus tamaños están dados por el diámetro de la rueda. Se utilizan en interior mina de 6 y 8 pulgadas de diámetro. Existen de diferentes tipos: De gancho simple De gancho de seguridad De soporte móvil