dimensionamiento(1)

Dimensionamiento

De Equipo Minero

Alumno:

Lumba Huamán Lenin O.

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

FACULTAD DE INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS

Dimensionamiento

De Equipo Minero

Alumno:





Dimensionamiento

De Equipo Minero

Alumno:





1 Investigado por: Lumba Huamán Lenin Omar

Planeamiento de minado

DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPO MINERO

El objetivo es comprender a grandes rasgos como se dimensiona una flota deequipos para una mina a cielo abierto.Comprender como influyen las capacidades, disponibilidades, rendimientos en elnúmero de equipos a utilizar.

I. DIMENSIONAMIENTO DE FLOTA PERFORACIÓN

1. Tipos de perforaciónExisten dos tipos principales de perforadoras de producción, las de percusión y derotación.a. Las perforadoras de rotación: Mantienen una presión sobre la broca,

obligándola a llegar hasta el fondo del pozo, mientras rota la perforadora. Estoresulta en una especie de "astillas" de roca en proceso de ejecución. Elmaterial no es simplemente chancado. La barrena rotatoria de tres conos,utilizada para formaciones en roca sólida, contiene insertos de acero al carburotungsteno. Para formaciones más débiles, se utilizan barrenas con dientes deacero.

b. Las perforadoras a percusión: Utilizan un martillo como herramienta paraimpactar de manera repetitiva la barrena mientras rota la perforadora. Enunidades más grandes, el martillo se coloca generalmente dentro de laperforadora rotatoria por debajo del pozo, justamente arriba de la broca.

2. Conceptos Básicos

a. Perforación: En minería se entiende como la acción o acto que, a través demedios mecánicos, tiene como finalidad construir un agujero o taladro. Paraque esto se logre debe extraerse todo el material destruido dentro del agujeromediante la utilización de aire comprimido o agua. En este punto es donde seproduce la diferencia entre lo que es la perforación de exploración y la deproducción.

Perforadora











Perforadora











Perforadora



3. Variables De Perforación

Las variables internas que intervienen en la perforación son:- Empuje sobre la broca.- Velocidad de rotación.- Desgaste de la broca.- Diámetro del taladro.- Caudal de aire para la evacuación de los detritus.

Las variables externas son las siguientes:- Características resistentes de la formación rocosa.- Eficiencia del operador.

4. Criterio De Selección De Perforadoras

- Tamaño de la operación (Producción).- Altura de banco.- Fracturabilidad y Dureza de la roca (Desgaste de Broca)- Densidad del material.- Relación de estéril a mineral en el programa de remoción de materiales.- Metraje de perforación requerido, por día, por mes, por año.

5. Costo De Perforación

CT=CA+CI+CM+CO+CE+CL

Costos indirectos

CA: amortización.Cl: intereses y seguros.

Costos directos

CM: mantenimiento.CO: mano de obra.CE: energía.CL: engrase y lubricaciónCB: broca, estabilizador y barra.Dimensionamiento de Flota Perforación

6. Parámetros

- Tonelaje por Taladro (ton) Tt = B*E*H*dens- Tonelaje por Metro Barrenado (ton/mb) Tmb= Tt /(H+P)- Metros Barrenados por día (mb/día) MBD = TPD / Tmb- Rendimiento Equipo de Perf. (mb/día) R = VPteo*DF*UT*FO*24*f(roca)- Número de Equipos Necesarios N = MBD/R



PROBLEMA:1

Una mina a cielo abierto debe mover diariamente un total de 400000 ton de material(mineral y estéril) desde el tajo. Se pide dimensionar los equipos necesarios (perforadoras)considerando los siguientes parámetros:

- Se trabajan dos turnos por día de 9 horas cada uno.- Perforadoras: burden 10m, espaciamiento 9.5m, altura de banco 15m, velocidad de

perforación 60m/h, disponibilidad 85%.

SOLUCIÓN.

- La perforación debe llevarse adelantada al proceso de carguío para que estos tengancierta holgura e independencia, es por esto que los rendimientos de las perforadorasdeben calcularse en unidades mensuales y no diarias. Para estimar el númeronecesario de perforadoras debe considerarse:

Cada taladro de voladura remueve un total de 10*9.5*15*2.7= 3848ton. Se perforan 17 metros por taladro => 226ton/m perforado.

400000tpd * 30d/mes => 12000000ton/mes (requerimiento de tonelajemensual).

226ton/m, 12000000ton/mes =>12000000/226 = 53097 m/mes (necesidadde perforación).

60m/h * 9h/turno * 2turnos/d * Disponibilidad 85% * 30d/mes => 27540m/mes (rendimiento de perforación).

53097m/mes , 27540 m/mes (cada perforadora) => 53097/27540 1.9 – 2perforadoras

II. DIMENSIONAMIENTO DE FLOTA CARGUIO

1. CARGADOR FRONTAL

Los cargadores frontales son equipos capacitados para realizar labores descarga decamiones, vagones o tolvas; carga y transporte para distancias cortas, ya sea a unchancador o al stock pile, y constituye una máquina auxiliar y/o de empuje enlabores de limpieza o preparación de rampas.

Cargador Frontal



a. Componentes:

- Chasis (Trasero y Delantero)- Cabina.- Cuchara.- Neumáticos

Lonas Sesgadas.Radiales.Beadless

- Sistema de Transmisión.- Sistema Hidráulico.

b. Datos Sobre su Uso.

- Mediana y gran minería- Acarreo mínimo- Alternativa a las palas- Son equipos que operan sobre neumáticos y son Diesel por lo que tienen

autonomía y buen rendimiento.- Movilidad alta- Manejan grandes volúmenes- Requiere maniobra durante la carga (no sólo rotación)- Acarreo debe ser mínimo para optimizar el proceso- Menor productividad que una pala.

c. Costos Sistema Cargador Frontal

- Costo mano de obra- Costos operación

Consumo combustibleConsumo de insumos (cuchara, neumáticos)

- Costos adquisiciónEquipoVida útil

- Costos mantención y reparaciónMantenciones menoresMantenciones mayores

Costo operación Total = costo operación + costo mantención y reparación +costo mano de obra

d. Cálculos de Producción

En función de la capacidad de la máquina.- Producción Teórica (hr) = Capacidad Máquina m3 / Ciclo * Número de Ciclos /

h



- Producción Real (hr) = Capacidad Máquina m3/ciclo * Números de Ciclos /h* Factores de Corrección* Factor de Llenado.* Eficiencias.* Disponibilidad Mecánica.* Otros factores.

e. Características de los Materiales

Factores de llenado de acuerdo al tamaño de los materiales para cargadores de

ruedas.

MATERIALES SUELTOS% % F. LL.AGREGADOS HUMEDOS MEZCLADOS 95-100AG. HUMEDOS UNIF. HASTA 3mm(1/8") 95-100

AG. 3 @ 9mm. (1/8 @ 3/8 ") 90-95AG. 12 @ 20 mm ( 1/2 @ 3/4 " ) 85-90AG. 24 mm (1") y mas grandes 85-90

ROCA DE VOLADURABIEN FRAGMENTADA 80-95 %

FRAGMENTACION MEDIANA 75-90 %MAL FRAGMENTADA 60-75 %

VARIOSMEZCLA DE TIERRA Y ROCAS < 100 %

LIMO HUMEDO < 110 %SUELO,PIEDRA Y RAICES 80-100

100MATERIALES CEMENTADOS 85-90

Un cargador Cat 994D esta equipado con un cucharón de 20m3. Esta cargadocon roca bien Fragmentada con d =1540kg/m3.¿Cual es el Factor de Llenado del cucharón (FLL) y cual será el peso en elcucharón?

Respuesta: FLL = 80-95%Carga = 20 m3 X .87 BFF = 17.4m3Peso =17.4m3s x 1540 kg/m3 = 26796 kg

EJEMPLO:2

Una mina a cielo abierto debe mover diariamente un total de 120000 ton dematerial (mineral y estéril) desde el tajo. Se pide dimensionar los equiposnecesarios (carguío) considerando los siguientes parámetros:

- Se trabajan dos turnos por día de 9 horas cada uno.- Uso de cargador Frontal.



- Ciclo =1 min- Densidad de material = 2.7ton/m3.- Volumen de cuchara= 25m3- UT (%) = 82- DF (%) = 87- FO (%) = 85- Factor de roca= 1.2

SOLUCIÓN:

- Tonelaje x Pase = (Vol. De cuchara*De. del Material*F. dellenado)/(F. esponjamiento) .= (25m3*2.7ton/m3*80/100)/(1+30/100)= 41.5ton/pase.

- Rendimiento x día = (Ton x pase*UT*DF*FO*Nº de Pases*Factor de Roca)= 41.5*0.82*0.87*0.85*1080*1.2=27178.4ton/día

- Nº de Cargadores (teórico) = Req. x día/ Rend. x día= 120000ton/27178= 4.4+1 = 5.4 Cargadores

- Nº de Cargadores (Real) = 6 Cargadores

f. Modelos De Cargadores

- Modelo: 988h- Capacidades De Los Cucharones 6,3 M³ -7,0 M³ (8,2 -9,2 Yd³)- Modelo: 990h- Capacidades De Los Cucharones 8,4-9,2 M³ (11-12 Yd³)- Modelo: 994d- Capacidades De Los Cucharones 15-31 M³ ( 19.5-41yd3)

2. PALAS EXCAVADORAS Y CARGADORAS

Son máquinas compuestas de un bastidor montado sobre orugas o neumáticosy una superestructura giratoria dotada de un brazo con cuchara, accionado pormando hidráulico o por cables. Se utilizan para excavar en frentes de trabajo decierta altura y realizan los movimientos siguientes: excavación deabajo hacia arriba, giro horizontal y descarga de la cuchara, girohorizontal de regreso al frente de trabajo.

Palas Excavadora



a. Selección De Las Excavadoras

Por El Costo

- Cuando se relaciona el costo, se debe estimar el costo por metro cúbicomanipulado por la excavadora.

- En este cálculo hay que considerar aspectos como la dimensión del trabajo. Siéste involucra la manipulación de grandes cantidades de material, puedejustificarse el uso de una excavadora de gran dimensión.

- Otro aspecto es el transporte del equipo a la obra, puesto que los costos demovilización y desmovilización pueden ser mayores cuanto más grande sea elequipo.

Por Las Condiciones De Trabajo

- Las excavadoras tienen la posibilidad de combinar un rango de capacidades decucharones para un mismo modelo.

- La selección de la capacidad del cucharón depende de la facilidad con que sepuede manipular el material

- Si se tiene roca bien fragmentada o material fácilmente excavable, loscucharones pequeños podrán manipular el material y no necesitarán ejercermucha fuerza para excavar el material.

3. PALA DE CABLE

Las palas de cable son equipos de gran envergadura, que alcanzan elevadas

producciones, con costos unitarios bajos y una alta disponibilidad mecánica.

a. Características

- Mediana y gran minería.- Bajo costo de operación.- Grandes volúmenes de producción.- Alta inversión.- Equipos críticos en la producción.- Baja movilidad.

Pala De Cable



b. Estructura De Operación

- Mecanismo de elevación: trabaja mediante el cable de elevación, que seenrolla en su correspondiente tambor.

- Mecanismo de empuje / retroceso: se realiza por medio de un mecanismopiñón y cremallera instalado en la pluma o también mediante cables y untambor montados en la superestructura, todos accionados por motoreseléctricos.

- La descarga: se realiza una vez que la superestructura ha girado hastasituarse sobre la unidad de transporte (camión). En ese momento, un motoreléctrico ubicado en la pluma acciona, mediante un cable, el cerrojo de lacompuerta para descargar el material.

c. Modelos De Palas De Cable

Serie 182 M

- Capacidad de carga de 18 toneladas métricas (20 ton)- El cucharón varía de 7 a 18 m3 (de 9 a 23 yd3)- Camiones de transporte de 55 toneladas métricas (60 ton), de carga 3 pasos- Camiones de transporte de 91 toneladas métricas (100 ton), de carga 5 pasos- Empuje de cremallera y piñón de doble palanca con embrague neumático

ajustable para proteger contra cargas de impacto excesivo

Serie 795

- Capacidad de carga 122.5 toneladas métricas (135 ton)- Camiones de transporte de 363 toneladas métricas (400 ton), de carga 3 pasos.- Camiones de transporte de 454 toneladas métricas (500 ton) de carga 4 pasos.

Serie 395

- Capacidad de carga de 63.5 toneladas métricas (70 ton)- El cucharón varía de 19.1 a 56 m3 (de 25 a 73 yd3)- Camiones de transporte de 181 toneladas métricas (200 ton), de carga 3 pasos.



- Camiones de transporte de 220-245 toneladas métricas (240-270 ton) de carga4 pasos.

- Espacio aislado de control eléctrico para el sist. de accionamiento AC-IGBT

Serie 295 Hr

- Capacidad de carga de 45 toneladas métricas (50 ton)- El cucharón varía de 18.4 a 39 m3 (de 24 a 51 yd3)- Camiones de transporte de 136 toneladas métricas (150 ton), de carga 3 pasos- Camiones de transporte de 181 toneladas métricas (200 ton), de carga 4 pasos- Cuerda de avance con geometría optimizada en el extremo frontal

Serie 295 Hd

- Capacidad de carga útil de 38 toneladas métricas (42 ton)- El cucharón varía de 14 a 31 m3 (de 18 a 40 yd3)- Camiones de transporte de 109 toneladas métricas (120 ton), de carga 3 pasos- Camiones de transporte de 154 toneladas métricas (170 ton), de carga 4 pasos- Empuje de cremallera y piñón con mango de diseño sencillo de caja profunda

con respaldo integral del cucharón.

4. PALAS HIDRÁULICAS

Existen dos tipos de palas hidráulicas: las palas frontales y las retros. La diferenciaentre éstas se refiere al sentido de movimiento de los baldes y a la geometría de losequipos, distinguiéndose, por lo tanto, en la acción de carga.

- Mayor movilidad- Menor inversión que pala eléctrica- Costo operacional levemente mayor- Baldes hasta 30 yd3- Cuchara frontal o inversa

4.1. Equipo De Trabajo

El equipo de trabajo está constituido por diferentes elementos, dependiendo desi la forma de descarga es frontal o de retroexcavadora:

Palas Hidráulicas



- En sistemas frontales: El equipo de trabajo lo constituye la plumay el brazo con el balde en su extremo. La fuerza de penetración seconsigue mediante uno o dos cilindros hidráulicos del brazo, y la fuerza deexcavación por medio de otros dos cilindros en el balde. El movimientovertical se realiza gracias al accionamiento hidráulico de la pluma.

- En sistema de retroexcavadora: El equipo de trabajo lo compone lapluma, el brazo y el balde, articulados entre sí y accionados mediantesistemas hidráulicos.

a. Productividad

1º CPB = CCB * Fc

Donde: CPB: Capacidad Promedio del Balde (m3)

CCB: Capacidad Colmada del Balde (m3)Fc: Factor de carga (%)

2º Pn = CPB * Tc

Donde: Pn: Productividad Nominal (m3/hr)Tc: Tiempo de Ciclo (hr)

Pr = Pn * Fe

Donde: Pr: Productividad Real (m3/hr)Fe: Factor de Eficiencia (%)

b. Cálculo De La Producción

Pexacavadora =(Vcucharon/ Tciclo)* E * fca *fv

Donde: E=eficienciafca= ángulo y altura de cortefv= ángulo de volumen



c. Volumen De Cucharon

El volumen del cucharón se considera la capacidad colmada, afectada porlos factores de llenado.Vcucharon=vcolmado * fllenado

La capacidad colmada se estima a partir de la información del fabricante,que asume un acomodo del material con una loma en la parte central y unapendiente hacia los lados.

d. El Rendimiento De Las Palas

Vc : Capacidad de la cuchara en m3.Fe : Factor de eficacia de la máquina, entre 70 y 80%.Fe´ : Factor de eficacia de la cuchara, que depende de la clase de terreno:

Terreno flojo ………. 90-100%Terreno medio ……. 80-90%Terreno duro ………. 50-80%

Ct : Coeficiente de transformación. Para transformar el material esponjadoque contiene la cuchara de la máquina, en material en su estado natural,medido sobre perfil.

Tc : Tiempo de duración del ciclo en segundos. Comprende la excavación elgiro hasta la descarga, la descarga y el giro hasta origen. El tiempo del ciclo,con rotación de 90º es:

Terreno flojo ………. 15-20 seg.Terreno medio ……. 20-25 seg.Terreno duro ………. 25-30 seg.

4.2. Dimensionamiento

a. Índices Operacionales

Tiempo Cronológico– Horas Inhábiles (HI)– Horas Hábiles (HH)

• Horas Mantención (HMT)• Horas Reserva (HRE)• Horas Operación (HOP)

– Horas Operacionales Efectivas (HEF)– Horas de Perdida Operacional (HPE)



b. Indicadores Mecánicos

- Disponibilidad Física DF = (HOP+HRE)/HH- Índice de Utilización UT = HOP/(HOP+HRE)- Factor Operacional FO = HEF/HOP- Rendimiento Efectivo Ref = Rteo*UT*DF*FO

c. Tonelaje Por Palada (Ton/Palada)

Cp = Vbalde*Fllenado*dens /(1 + %esponjamiento)

d. Rendimiento Equipo De Carguío (Ton/Día)

R = Cp*DF*UT*FO*24*f(roca)/TCcarguío

e. Número De Equipos De Carguío

N = TPD/R

PROBLEMA

Una mina a cielo abierto debe mover diariamente un total de 400000 t de material (mineraly estéril) desde el Tajo. Se pide dimensionar los equipos necesarios (palas, camiones yperforadoras) considerando los siguientes parámetros:Se trabajan dos turnos por día de 10 horas cada uno. Palas mecánicas: capacidad del baldede 44yd3, factor de llenado de 90%, densidad del material 2.7t/m3, disponibilidad 90%,utilización 95%, tiempo por baldada 1min.

SOLUCIONPrimeramente se debe estimar el rendimiento de la pala de cables en toneladas por día,suponiendo que siempre tiene material para cargar (lo que depende de la perforación yvoladura) y camión para recibir. Para lo que se debe considerar lo siguiente:

- 44yd3 = 33.6m3. Densidad 2.7t/m3 => 90.8t. Llenado 90% => 81.7 t/balde.- Tiempo por baldada 1min => 4903 t/h.- 10 horas trabajadas por turno => 49030tpt.- 2 turnos por día. Utilización 95% => 83841 tpd (corresponde al rendimiento

efectivo del equipo).

- Si necesito mover 400000tpd y cada pala mueve 83841tpd calculo el número depalas requeridas como: 400000/83841=4.7 ~ 5 palas de 44 yd3.



III. DIMENSIONAMIENTO DE FLOTA CAMION VOLQUETE

Un camión es un vehículo motorizado para el transporte de bienes. Haycamiones de muchos tamaños y de todo tipo, desde camiones pequeños hasta lostrenes de carretera , pasando por los camiones todoterreno de 200 toneladas usadosen minería.

Los camiones se han ido especializando y tomando una serie de característicaspropias del trabajo a realizar. En una evolución de una simple caja a la forma másadecuada a la materia a transportar; peligrosas, líquidas, refrigeradas, en continuomovimiento que impida el fraguado, abiertos, cerrados, con grúa etc.

Camión Volquete vehículo más robusto y reforzado para el movimiento de grandesvolúmenes de áridos, y rocas, habitualmente denominado dumper en inglés,provisto de una caja basculante para verter la carga de forma rápida.

Tenemos algunos tipos de camiones como: Camión 785C, dumper, Camión 793C,Camión 793C XQ, 793D, CAT AD45B, 725 D, 772, 777 D, 797 F, 800px-Dumper,39329 highres.

1. Factores Que Afectan La Productividad Y Costo

Relación entre la capacidad del equipo de carguío con la capacidad del camión.

El tamaño de la caja del volquete no debe ser ni muy pequeño, ni débil, encomparación con el tamaño del cucharón de la máquina de carga para nodestrozarla en poco tiempo o viceversa.

a. Pendiente (Declive).

La disminución de la productividad del camión se reduce en promedio en0.5% por cada aumento en 1% de la pendiente de la rampa principal. Losplanificadores deben analizar alternativas de diseño teniendo en cuenta losefectos directos que significa un aumento o bien una disminución en lapendiente de una rampa.

Camión Volquete













Camión Volquete













Camión Volquete



b. Resistencia a la Rodadura

La resistencia a la rodadura es la fuerza de fricción que ocurre entre losneumáticos del camión y la superficie de la ruta. Esta fuerza de fricción esdirectamente tangente a los neumáticos del camión. La resistencia a larodadura se expresa en un porcentaje de la componente del peso del camiónque es normal (perpendicular) a la ruta.Se debe hacer un buen mantenimientode las vías de tránsito de los camiones.

c. Equilibrio entre el tamaño de los volquetes y los equipos de carga

El número de baldes de material que debe de depositar el equipo de cargasobre la unidad de transporte debe estar comprendido entre 3-6. Esta relaciónde acoplamiento queda justificada por:- El tamaño de la caja no es demasiado reducido con respecto al del

balde, resultando así menores los derrames e intensidad de los impactossobre la unidad de transporte.

- El tiempo de carga no es demasiado pequeño y, por la tanto, no seproduce una mala saturación del equipo de carga.

d. Otros Factores

Condiciones de trabajo de la obra en cuestión:

- Naturaleza, disposición y grado de humedad del terreno.- Accesos (pendiente, estado del firme).- Climatología (visibilidad, pluviometría, heladas)- Altitud

2. Términos

- Disponibilidad: es el porcentaje del tiempo total en que el equipo estádisponible mecánicamente para ser utilizado para su labor principal.

- Utilización: porcentaje del tiempo disponible en que el equipo estáefectivamente siendo utilizado para su labor principal.

- Rendimiento: es el grado de productividad que un equipo tiene en su laborprincipal, debe ser medido en unidades consecuentes a esta labor y el objetivoque tenga la medición de este. Por ejemplo: una pala de cables tiene unacapacidad de mover 80000 toneladas por día de material.



EJEMPLO:3

- Capacidad del camion:240tn/tolva- Distancia media de transporte:2.5km- Velocidad media(cargado):10km/h- Velocidad media(descargado):15km/h- Tiempo de aculatamiento:1 minuto- Disponibilidad:80%- Utilizacion:95%

SOLUCIÓN

- Para calcular el número de camiones necesario, se estima cuantos camionesnecesito por pala, para que esta´ este trabajando continuamente. Considerar losiguiente: (240tn/tolva)/(81.7tn/balde)=> 3 baldes/tolva (número de baldadas para

cargar un camión). 3 baldes/tolva. 1min/balde => 3min/tolva (tiempo de carguío por camión). Velocidad cargado 10km/h. Distancia 2.5km

=> 0.25h (tiempo de viaje cargado). Velocidad descargado 15km/h. Distancia 2.5km => 0.16h (tiempo de viaje

descargado). Tiempo descarga 1min. Sumando los tiempos anteriores, se obtiene un total de 28.6min para el ciclo

del camión (cargar, transportar, descargar y volver al punto de carguío). En este tiempo, considerando que la pala demora 3min en cargar cada

camión, ésta puede cargar un total de (28.6min.)/(3min.camion) = 9.5 ~ 10camiones.

En consecuencia, cada pala tener 11 camiones para satisfacer la producción. Disponibilidad 80%. Utilización 95% => 11/(0.8*0.95)

= 14.4 ~15 camiones/pala (efectivamente). Como se calculó un total de 5 palas, se tiene en consecuencia un total de 75

camiones de 240t.

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