Equipos Eq ipos de carg o carguotransporte-vaciadoMI57G Manejo de materiales y ventilacin de minas Profesor: Ral Castro

23 Abril 2007

ContenidosSISTEMAS DE CARGUIO TRANSPORTE-VACIADO Sistema LHDDescripcin sistema Calculo de rendimientos y costos Diseo de flota de equipos Automatizacin de equipos LHD

Cargadores frontales Descripcin Calculo de rendimientos y costos

Concepto es cargar-transportar y p g p descargar

Cabina Operador

motor

Especialmente diseado para trabajar en minera subterrnea: Pequeos radios de giro Pequeos Pequeo Ancho y alto Gran capacidad de tolva (pala) Gran Buena velocidad de desplazamiento Cargar camiones, piques y piso Existen LHD Diesel y electricosBalde Horquilla Pluma

EstructuraMotor : potencia Convertidor d t C tid de torque Transmisin Frenos F Direccin Servicios hidrulicos Sistema hidrulico general Cabina del operador

Factores que afectan el rendimientoIluminacin Visibilidad Vi ibilid d Estado de pistas de rodado Condiciones d l area d carguo C di i del de Condiciones del area de descarga Factor humano Granulometra del mineral a cargar Perdidas de Potencia Altura sobre el nivel del mar Temperatura

Disposicin general LHD Di i i l

Disposicin del LHD en el diseo y ngulo de la estocadaPE Ejemplo: radio de giro de 10 m

Largo requerido: 11 m desde el eje de la calle

A mayor ngulo el pilar mayor en mas ancho. h Posible efecto en recuperacin

Dimensiones t i Di i tpicas LHD

Especificaciones d equipos LHD E ifi i de iTipo de LHD TamrockMicro-100 EJC 61 TORO 151 EJC 100 D EJC 130 D TORO 301 EJC 210 D TORO 400 TORO 450 TORO 1250 TORO 1400 TORO 650 TORO 2500E Elphinstone 1500 1700 2800 4597 5486 6970 7341 8407 8620 9957 9252 10003 10508 10508 11410 14011 9195 10640 10697 5283 6593 8223 8530 9490 9800 10287 12396 1050 1448 1480 1702 1930 2100 2718 2440 2700 2700 2700 3000 3900 2482 2720 3048 1219 1651 1956 19 6 2040 2610 2590 2769 3404 3191 3734 4730 5004 5511 5780 6553 6590 6537 6672 6887 7180 9440 6400 6680 7390 3505 4700 5465 46 5800 6320 7010 8443 1000 2727 3500 4540 5897 6200 9545 9600 12000 12500 14000 15000 25000 9000 12000 16200 1361 3629 6000 10000 9525 12272 13608 20412

Largo mm

Ancho mm

Radio giro mm

Capacidad carga kg

WagnerHST-1A ST-2D ST - 3.5 35 ST-1000 ST-6C ST-7.5Z ST-8B ST 15Z ST-15Z

LHD: elctrico o Diesel?LHD Diesel FlexibilidadFlexibles faciles de Fl ibl y f il d mover no solo para cambiar el equipo en un nivel sino para usarlo en otras actividades como limpieza de calles y barro Se puede realizar reduccin secundaria detrs de las maquinas Requieren de aire fresco en la frente

LHD elctricoEstn li it d E t limitados a l zona d produccin la de d i Limita el acceso a las zonas de trabajo Se limita el uso de las unidades a otras tareas lo que es bueno Se debe tener cuidado con los cables elctricos

Reduccin secundaria Ventilacin Automatizacin

Operan bajo mnimos requerimientos de aire

Es posible automatizar estos equipos. No se pueden hacer conexiones con barreras de seguridad elctricas

Es posible automatizar estos equipos. Se pueden hacer conexiones con barreras de seguridad elctricas y la unidad de poder posibilitando el apagado del equipo en condiciones de emergencia.

Dimensiones para di ti t t Di i distintos tamaos d equipos de iAncho/alto Largo Estocada6 5

Ancho de la galera (m)

4

3

20 18

2

Min nimo largo de estoca (m) ada

16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 5 10 15 20 25 30

1

0 0 5 10 15 20 25 30

Capacidad del LHD (toneladas)

6

5

Alto de la galera (m)

4

3

Capacidad del LHD (toneladas)

2

1

0 0 5 10 15 20 25 30

Capacidad del LHD (toneladas)

LHD elctricos- proteccin de cables elctricosLos cables elctricos deben ser reparados y tienen una vida util de 375 horas (148738). La vida del cable depende de: Area de trabajo: proteccin Area del cable, agua, derrames de rocas. Mecanismo d l carrete d l M i del t del cable Cables requieren de q mantencion: recauchaje, testeo de corrientes, etc

Calculo de rendimiento Equipos LHDDatos de entrada: Capacidad del balde, Cb: depende del equipo Densidad in situ de la roca, : (2,7 t/m3 tpicamente) Esponjamiento (depende de la fragmentacin) Factor de llenado del balde Fll (0,7-0,8) Distancia cargado-Distancia vacio, Di, Dv (metros): layout del nivel de d produccin d i Velocidad cargado,Vc: equipo, carga, seguridad, radio de giro Velocidad equipo vacio Vc: equipo Velocidad vacio, Tiempo de carga, T1 (min): equipo y operador Tiempo de descarga T2 (min): layout descarga, Tiempo viaje equipo, T3 (min): layout-velocidad del equipo Tiempo Tiempo de maniobras T4, (min): operador- layout

Rendimiento R di i t LHDNumero de ciclos por hora

60 Nc = T1 + T 2 + T3 + T 4Rendimiento horario

Ciclos/hora

R effectivo =

Nc C b Fll (1 + )

Tonelada/hora

Rendimiento LHD camin LHD-caminDatos de entrada: Capacidad d l b ld Cb C id d del balde, Capacidad del camion, Cc Densidad in situ de la roca, : (2,7 t/m3 tpicamente) Esponjamiento Factor de llenado del balde Fll (0,7-0,8) Distancia cargado-Distancia vacio, Di, Dv (metros) Velocidad cargado,Vc Velocidad cargado Vc Velocidad equipo vacio, Vc Tiempo de carga, T1 (min) Tiempo de descarga, T2 ( p g , (min) ) Tiempo viaje equipo, T3 (min) Tiempo de maniobras T4, (min)

Rendimiento LHD R di i LHD-camin iC LHD = N camion Cb Fll (1 + ) Cc C = C LHDCapacidad LHD

Numero de ciclos para llenar el camin

C Cc NP = entero C LHD NP C LHD Fll = CC

Numero de paladas

Factor llenado camin

Tllenado camion = N camion (T1 + T2 + T3 + T4 )

Rendimiento LHD camiones R di i LHD-n i

Tll d ( n 1) camiones = N camion (n 1)(T1 + T2 + T3 + T4 ) llenadoSe requiere saturar al LHD, por lo tanto:

C LHD (Tcamion ) (T n +1 Cc (T1 + T2 + T3 + T4 )n = numero de camiones para saturar al equipo T camin = Ti i Tiempo d viaje d l camin no i l de i j del i incluyendo el ti d l tiempo d carga de

Costos Sistema LHDCosto mano de obra Costos operacin C i -Consumo combustible -Consumo d i C de insumos ( (cuchara, neumticos, l b i h ti lubricantes) t ) Costos adquisicin Equipo Vida til Costos mantencin y reparacin Mantenciones menores Mantenciones mayores Costo operacin = costo operacin + costo mantencin y reparacin + costo mano de obra

Operacin de LHDsAutomatizado: toda la operacin la realiza el software y hardware Semi-autnomo: el carguo lo realiza el operador (telecomando) mientras que la ruta se hace de forma autnoma. Tele-comandado: toda la operacin la realiza el operador desde una estacin de control Manual: un operador controla el equipo en t d sus l b M l d t l l i todas labores. Hoy en da la mayor parte de las operaciones ocupa operacin manual. manual

Automatizacin de LHDsMinas que buscan alta productividad o tienen escasez de personal especializado buscan automatizar sus actividades subterrneas. En Chile se busca productividad y competencia (e g Mina El Teniente (e.g. ,Codelco) La automatizacin esta basados en tecnologa de punta obtenido en otras reas de la ingeniera (robotica) para aquellas tareas mas bien redundantes. Equipos son operados desde una sala de comando por medio de Equipos software y hardware especializado. Un operador puede operar varias maquinas (hasta 3 se han provado) de manera eficiente. Esta mas bien en el area de pruebas las que se han realizado en Esta algunas sectores de minas de la gran minera como lo son El Teniente (Chile), Olimpic Dump (Australia), Kiruna Mina (Suecia)

Automatizacin d LHD A t ti i de LHDsPor reduccin secundaria y bolones se ha adoptado por equipos semi semiautnomos en las operaciones. El tiempo de ciclo puede alcanzar un 30% sobre el manual El costo de adquisicin de la automatizacin es de un 40% mayor que una manual Un operador puede operar hasta tres equipos. Cambio turno 5 minutos Se requiere mano de obra especializada: en el taller mecnico se necesita un i ing. El t i Elctrico. Costos de servicio y piezas es menor en equipos semi-autnomos Desgaste de neumticos es menor en equipos semi-autnomos Costos de cuchara/ consumo de combustible/ consumo de lubricantes y aceites igual que el equipo operado manualmente. Un operador puede manejar el equipo en das mientras lo que en operacin manual puede tomar meses. p La zona en que trabaja el equipo se debe aislar por medio de puertas o sensores (sistema de tags) La maquina se apaga si encuentra un obstculo pero los sistemas actuales no pueden detectar personas o mas all de 20 metros metros.

Sistema de navegacin y Sala de control de LHD: equipos semi-autonomosSistema de Conduccin: controla los movimientos del equipo Sistema de navegacin: hace un profile de la galera para crear un cuerpo en tres dimensiones

El equipo es guiado la primera vez y aprende l ruta y l velocidades d d la t las l id d de carga/descarga. El equipo de detiene a unos metros de la q p pila y del punto de descarga donde el operador realiza las actividades. Este sistema requiere de redes y se estn probando/desarrollando sistemas de traspaso de informacin inalmbricas.

Ejemplos de operacin equipos semi autonomosPanel Caving Sub Level Stoping

Pipa Norte El Teniente (Chile)

Olimpic Dum BHP Australia

Sistema de restriccin a sectores en produccin Si t d t i i t d i

Electric Safety Lock

Photocell

Zone Status Lights Z St t Li ht

CARGADORES FRONTALESLos cargadores frontales son equipos de carguo diseados para Los cargar material quebrado Son equipos que operan sobre neumticos y son Diesel por lo que tienen autonoma y buen rendimiento. Sirven no solo para carguo sino para tareas de apoyo (servicios) No solo se ocupan en minera subterrnea sino en minera a cielo abierto, canteras, forestal, construccin entre otros. Para subterrnea estos equipos han sido diseados mas bajos y con Para articulacin central a fin de obtener menores radios de giro. Tienen la cabina del operador en el centro, y este opera mirando hacia el frente del equipo Son de menor costo de adquisicin que el scoop pero tiene un menor rendimiento y requiere de mayores secciones en las labores.

Cargadores frontalesVolvo L150E

New Holland W200

Cargadores frontales L120E Volvo

Caterpillar C t ill 966H

Dimensiones d cargadores Di i de d

45 A2 A1 A6 A3

Dt D L

Da

Capacidad: Colmado 1-5,3 m3 Al ras 0,8-4,4 m3 A5 Ancho de cuchara A3 Despejo de descarga a levante mximo A6 Alcance a levante mximo Alcance con brazos horizontales y cuchara a nivel Profundidad de excavacin L Largo total A2 Alto total a levantamiento mximo R Radio de giro medio A1 Altura de viaje mxima Altura al pasador con levante mximo -Profundidad mxima d excavacin P f did d i de i Dt Distancia centro de la mquina al eje trasero Da Distancia centro de la mquina al eje delantero D Distancia entre ejes

2,3-3,3 m 2,5-3,7 m 1-1,6 m *-3,3 m 0,9 1,4 0 9-1 4 m 5,9-9,6 m 4,2-6,5 m 5,2-7,9 m 3-3,9 m 3,3-4,74 m 0,11-0,06 0 11 0 06 m 1,17-1,77 m 1,17-1,76 m 2,34-3,53 m

Cargadores Frontales- especificaciones y Frontales costos de adquisicinCapacidades [Ton.] Medidas [mt.] Alturas Equipo VOLVO L150E VOLVO L120E N. N Holland W200 Caterpillar 966H JCB 456 ZX John Deere 744 J EspecificacinCargador frontal brazo estandar. Cargador frontal brazo estandar. Cargador frontal brazo estandar. Cargador frontal brazo estandar. Cargador frontal brazo estandar. Cargador frontal brazo estandar.

Radios de giro [mt.]

Motorizacion.

Cuchara3,8 m3 dientes segmentados 2,9 m3 roquera diente obtuso 3,2 3 2 m3 de dientes rectos 3,5 m3 diente largo y segmento 3,5 m3 dientes segmentados 3,5 m3 dientes segmentados

Carga til7,7 6,46 (*) 6,4 4,93 (*) 5,88 5 88 5,44 (*)

Peso bruto Peso Mx.17,43 25,13

Largo8,87

Ancho2,95

Maxima5,94

piso3,58

Volteo4,8

Pasador4,34

Interior3,8

Exterior Cilindrada [L]7,37 12

Potencia [Hp]384

RPM1700

USD sin IVA283.500

14,3

20,7

8,38

2,68

5,7

3,36

4,61

4,11

3,06

6,45

7,1

241

1500

201.700

10,97 10 97

16,85 16 85

7,71 7 71

3,01 3 01

5,26 5 26

3,32 3 32

4,4 44

3,9 39

NE

5,97 5 97

8,3 83

197

2200

155.250 155 250

? 5,95 (*) ? 5,95 (*) ? 5,95 (*)

23,69

9,2

3,3

6,1

3,6

4,8

4,2

NE

NE

11,1

283

1700

302.000

20,3

8

2,9

5,3

3,4

4,3

3,8

3,18

6,55

8,3

161

2000

159.500

23,35

8,55

3,01

NE

3,5

4,8

4,2

NE

NE

12,5

265

2000

254.100

Rendimiento Cargador F t l R di i t C d FrontalNumero de ciclos por hora

60 Nc = T1 + T 2 + T3 + T 4Rendimiento horario

Ciclos/hora

R effectivo =

Nc C b Fll (1 + )

Tonelada/hora

Tll d ( n 1) camiones = N camion (n 1)(T1 + T2 + T3 + T4 ) llenadoSe requiere saturar al cargador, por lo tanto:

n

Cc arg ador (Tcamion ) (T Cc (T1 + T2 + T3 + T4 )

+1

Este calculo es til tambin cuando se calculan los camiones destinados a remover marina de los desarrollos

Costos Sistema Cargador Frontal o LHDCosto mano de obra Costos operacin C i -Consumo combustible -Consumo d i C de insumos ( (cuchara, neumticos) h ti ) Costos adquisicin Equipo Vida til Costos mantencin y reparacin Mantenciones menores Mantenciones mayores Costo operacin = costo operacin + costo mantencin y reparacin + costo mano de obra

Ejemplo de aplicacin: d t Ej l d li i determinacin d fl t y i i de flota costos de operacin cargador frontalSe tiene una mina que sera explotada por medio de SLS a un ritmo de produccin de 2000 tpd. Determinar el equipo a utilizar y costos de carguo si la distancia media medida desde el casern al punto de vaciado es de 50 metros. Realice un anlisis para distintas opciones de capacidad de equipos de 3,8 , 3,5 y 3,9 m3 y concluya sobre la mejor opcin tecnica-economica. Hint: suponga que el layout considera superficie plana y utilize el principio de menor Costo Anual Equivalente CAUE para su eleccin

Solucin1. 2. 3. 4.

Determinar los tiempos de ciclo Determinar l fl t para cada opcin D t i la flota d i Determinar los costos de operacin y adquisicin Determinar el CAUE para cada opcin y elegir l que D t i l d i l i la da un menor costo actualizado medio.

1. D t 1 Determinar ti i tiempos d ciclo, rendimientos y de i l di i t flota requeridaEstimacin rendimiento cargador frontalEstimacin Rendimiento Cargador 3.8 m3 T Ciclo Cargador= T Carga + T acarreo + T Descarga + T retorno Estimacin Rendimiento Cargador 3.5 m3 T Ciclo Cargador= T Carga + T acarreo + T Descarga + T retorno Estimacin Rendimiento Cargador 2.9 m3 T Ciclo Cargador= T Carga + T acarreo + T Descarga + T retorno

T Carga T Descarga Tiempo acarreo velocidad cargado velocidad retorno distancia media tiempo acarreo tiempo retorno ti t tiempo viaje tiempo total Capacidad densidad factor de llenado Carga Cargador / ciclo Rendimiento Efectivo Utilizacin Factor operacional Rendimiento Cargador Numero de equipos Numero practico de equipos

1,5 0,5

min min

T Carga T Descarga Tiempo acarreo velocidad cargado velocidad retorno distancia media tiempo acarreo tiempo retorno ti t tiempo viaje tiempo total Capacidad densidad factor de llenado Carga Cargador / ciclo Rendimiento Efectivo Utilizacin Factor operacional Rendimiento Cargador Numero de equipos Numero practico de equipos

1,5 0,5

min min

T Carga T Descarga Tiempo acarreo velocidad cargado velocidad retorno distancia media tiempo acarreo tiempo retorno ti t tiempo viaje tiempo total Capacidad densidad factor de llenado Carga Cargador / ciclo Rendimiento Efectivo Utilizacin Factor operacional Rendimiento Cargador Numero de equipos Numero practico de equipos

1,5 0,5

min min

8 12 50 0,375 0,25 0 25 0,625 2,625 3,80 1,7 0,85 5,49 126 0,9 0,8 90 0,92 1

km/hr km/hr m min min i min min m3 T/m3 Ton/Ciclo Ton/hr

8 12 50 0,375 0,25 0 25 0,625 2,625 3,50 1,7 0,85 5,06 116 0,9 0,8 83 1,001 2

km/hr km/hr m min min i min min m3 T/m3 Ton/Ciclo Ton/hr

8 12 50 0,375 0,25 0 25 0,625 2,625 2,90 1,7 0,90 4,44 101 0,9 0,8 73 1,14 2

km/hr km/hr m min min i min min m3 T/m3 Ton/Ciclo Ton/hr

Tons/Hr

Tons/dia

Tons/dia

2. Determinar costos de operacinCosto Operacin Equipo de Carguo US$/hr Combustible Lubricantes Neumaticos Mantencion/ Reparacin Subtotal Costo Operacin Valor Equipo C CIF Vida Valor Inversion Intereses Costos de Adquisicion Resumen Subtotal Costo operacin Total Costo Operacin Equipo Rendimiento Equipo Carguio Total Costo Equipo Operadores Costo Por Operador Produccin Mano de Obra Total Costo Operacin Cargador Frontal US$/hr US$/hr US$/hr US$/hr US$/hr US$ S$ horas US$/hr US$/hr US$/hr 3,8 m3 22,4 0,41 6,0 8,9 37,7 283.500 21600 13,13 0,13 13,26 3,5 m3 17,6 0,4 6,0 8,9 32,9 250000 21600,0 11,6 0,1 11,7 2,9 m3 14,4 0,41 6,0 8,9 29,7 202.000 21600 9,35 0,09 9,45

US/hr US$/hr Ton/hr US$/ton

37,7 37,7 125,5 0,30 3 900 50000 0,05 0,35

32,9 44,6 115,6 0,4 1 900,0 50000 0,02 0,40

29,7 39,2 101,4 0,39 1 900 50000 0,02 0,40

US$/mes Ton/mes US$/ton US$/ton

Precio combustible = 0,8 US$/l

3. Determinar CAUE para cada opcin

CAUE = VANCOSTOS( 1) (N, )

r (1+r)N ( ) (1+r)N -1

Donde Van es el van de costos de la alternativa

Calculo de CAUECosto anual uniforme equivalente (CAUE) 3.8 yd3 ao Produccin Costo operacin Depreciacin Flujo costos antes de impuestos Impuesto Flujo Costos despues de impuestos Inversion Flujo Costos tasa de descuento n VAN Costos CAUE Costo anual uniforme equivalente (CAUE) 3.5 yd3 ao Produccin Costo operacin Depreciacin Flujo costos antes de impuestos Impuesto Flujo Costos despues de impuestos Inversion Flujo Costos tasa de descuento n VAN Costos CAUE Costo anual uniforme equivalente (CAUE) 2.9 yd3 ao Produccin Costo operacin Depreciacin Flujo costos antes de impuestos Impuesto Flujo Costos despues de impuestos Inversion Flujo Costos tasa de descuento n VAN Costos CAUE 0 0 0 0 0 0 0 0 404000 404000 11% 3 1.888.052,30 772616 1 2008 600000 242452 134667 377119 56568 455217 0 455217 aos US$ US$ 2 2009 600000 242452 166667 409119 61368 514417 0 514417 3 2010 600000 242452 166667 409119 61368 514417 0 514417 0 0 0 0 0 0 0 0 500000 500000 11% 3 2.042.837,18 835.956 1 2008 600000 242289 166667 408956 61343 514279 0 514279 aos US$ US$ 2 2009 600000 242289 166667 408956 61343 514279 0 514279 3 2010 600000 242289 166667 408956 61343 514279 0 514279 0 0 0 0 0 0 0 0 283500 283500 11% 3 1.350.300,16 552.560 1 2008 600000 212677 94500 307177 46076 355600 0 355600 aos US$ US$ 2 2009 600000 212677 94500 307177 46076 355600 0 355600 3 2010 600000 212677 94500 307177 46076 355600 0 355600