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Universidad de Santiago de Chile Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería en Minas Proyecto a Cielo Abierto
Informe de Metodología de Cálculo de Equipos de Producción y de Apoyo
PREPARADO POR:
Rigoberto Casanova Armijo Miguel Contreras Madariaga Felipe Medina Mella Carlos Nilo Vásquez Omar Sepúlveda Gutiérrez
REVISADO POR:
Sebastián Vera Muñoz
FECHA:
Miércoles 25 de Septiembre de 2014
Resumen Ejecutivo Una de las etapas más relevantes en un proyecto es la adecuada selección de los equipos industriales involucrados en el proceso productivo, ya que los costos estimados para el proyecto pueden diferir en gran medida con respecto a los reales en función de la selección de la maquinaria a utilizar. Es así que en la explotación de un yacimiento el dimensionamiento de los equipos resultará del análisis de gran cantidad de información, tanto tecnológica como práctica, las cuales permitirán determinar las mejores alternativas para la extracción y el manejo de los recursos involucrados. Para el proceso de dimensionamiento de equipos debemos definir los siguientes puntos:
Envergadura de nuestro proyecto (vida de la mina, reservas, etc.). Programa de producción (movimiento de materiales). Parámetros de diseño (malla de perforación, perfiles de transporte, restricciones en dimensiones generales de operación, altura de bancos, pendientes, etc.). Tecnología disponible (equipos y maquinarias). Factores operacionales (días de trabajo, sistemas de turnos, índices operacionales, etc.). Factores de relación Mina-Equipos (resistencia a la rodadura, abrasividad del material, etc.) Rendimientos y costos estimados.
En función de estos puntos se definen las mejores alternativas, las cuales serán evaluadas según criterios de selección que permitirá definir la mejor flota para la faena. La metodología que utilizó la División Andina para dimensionar la flota de carguío y transporte de sus minas a cielo abierto está basada en un método determinístico y está construida en módulos. División Andina utiliza el simulador Komatsu para determinar los ciclos de transporte, a partir de los cuales se determina la flota de carguío y transporte. Existen metodologías bien definidas para el dimensionamiento de flota de carguío y transporte en Divisan Andina CODELCO Chile.
Corto Plazo Largo Plazo
La diferencia entre estas metodología es que la metodología de corto plazo se basa en la fórmula de Match Factor (Factor de Compatibilidad), mientras que la metodología de largo plazo no utiliza la fórmula del Match Factor, sino que solo se consideran las horas requeridas versus las horas disponibles.
Resumen Ejecutivo Una de las etapas más relevantes en un proyecto es la adecuada selección de los equipos industriales involucrados en el proceso productivo, ya que los costos estimados para el proyecto pueden diferir en gran medida con respecto a los reales en función de la selección de la maquinaria a utilizar. Es así que en la explotación de un yacimiento el dimensionamiento de los equipos resultará del análisis de gran cantidad de información, tanto tecnológica como práctica, las cuales permitirán determinar las mejores alternativas para la extracción y el manejo de los recursos involucrados. Para el proceso de dimensionamiento de equipos debemos definir los siguientes puntos:
Envergadura de nuestro proyecto (vida de la mina, reservas, etc.). Programa de producción (movimiento de materiales). Parámetros de diseño (malla de perforación, perfiles de transporte, restricciones en dimensiones generales de operación, altura de bancos, pendientes, etc.). Tecnología disponible (equipos y maquinarias). Factores operacionales (días de trabajo, sistemas de turnos, índices operacionales, etc.). Factores de relación Mina-Equipos (resistencia a la rodadura, abrasividad del material, etc.) Rendimientos y costos estimados.
En función de estos puntos se definen las mejores alternativas, las cuales serán evaluadas según criterios de selección que permitirá definir la mejor flota para la faena. La metodología que utilizó la División Andina para dimensionar la flota de carguío y transporte de sus minas a cielo abierto está basada en un método determinístico y está construida en módulos. División Andina utiliza el simulador Komatsu para determinar los ciclos de transporte, a partir de los cuales se determina la flota de carguío y transporte. Existen metodologías bien definidas para el dimensionamiento de flota de carguío y transporte en Divisan Andina CODELCO Chile.
Corto Plazo Largo Plazo
La diferencia entre estas metodología es que la metodología de corto plazo se basa en la fórmula de Match Factor (Factor de Compatibilidad), mientras que la metodología de largo plazo no utiliza la fórmula del Match Factor, sino que solo se consideran las horas requeridas versus las horas disponibles.
Índice 1
Objetivo .............................................................. ................................................................................................................................. ................................................................... 1
2
Alcance ............................................................... .................................................................................................................................. ................................................................... 1
3
INTRODUCCIÓN ............................................................. ..................................................................................................................... ........................................................ 2
4 DIMENSIONAMIENTO DE UNA FLOTA DE EQUIPOS PARA LA EXPLOTACIÓN DE UNA MINA A CIELO ABIERTO ..................................................................................................... ........................................................................................................................... ...................... 3 4.1
EQUIPOS DE PRODUCCIÓN: ......................................................... .......................................................................................... ................................. 5
4.2
EQUIPOS DE APOYO: ........................................................ ................................................................................................... ........................................... 10
5 EJEMPLO PRÁCTICO FLOTA DE EQUIPOS PARA LA EXPLOTACIÓN DE UNA MINA A CIELO ABIERTO.............................................................................................................................. ABIERTO........................................................... ............................................................................ ......... 15
6
5.1
Camión Minero.................................................................. ........................................................................................................... .......................................... 15
5.2
PALA MINA DON LUIS................................................................... ................................................................................................. ............................... 20
5.3
Perforadora (Caso Maricunga). ............................................................... ................................................................................... .................... 21
5.4
BULLDOZER (Maricunga): ............................................................. ............................................................................................ ............................... 22
5.5
OTROS EQUIPOS AUXILIARES: ................................................................. ..................................................................................... .................... 22
ANEXOS .............................................................. ............................................................................................................................... ................................................................. 23 6.1
ÍNDICES DE OPERACIÓN. (ASARCO) ...................................................................... ............................................................................ ...... 23
6.2
ÍNDICES OPERACIONALES ............................................................. ............................................................................................ ............................... 26
7
conclusiones ................................................................... ........................................................................................................................ ..................................................... 28
8
Referencias Bibliográficas ........................................................ ................................................................................................... ........................................... 28
Índice de Ilustraciones Ilustración 1.- Selección de Equipos. ............................................................................................. 2 Ilustración 2.- Equipos Mineros.- .................................................................................................. 3 Ilustración 3.- Perforadora. ........................................................................................................... 5 Ilustración 4.- Carguío y Transporte.-............................................................................................ 8 Ilustración 5.- Bulldozer. ............................................................................................................. 10 Ilustración 6.- Wheeldozer .......................................................................................................... 11 Ilustración 7.- Motoniveladora.................................................................................................... 12 Ilustración 8.- Cargador Frontal .................................................................................................. 13 Ilustración 9.- Camión Aljibe ....................................................................................................... 13 Ilustración 10.- Compactadores ................................................................................................. 14 Ilustración 11.- Camión Minero................................................................................................... 15 Ilustración 12.- Pala Minera. ....................................................................................................... 20 Ilustración 13.- ASARCO. ............................................................................................................. 25
Índice de Tablas Tabla 6.1-1: Ejemplo de la Estructura de un Perfil de Transporte .............................................. 15 Tabla 6.1-2: Plan Minero correspondiente al mes de abril de 2004 - Fase 1 Mina Don Luis ...... 16 Tabla 6.1-3: Índices de Eficiencia del Equipo de Carguío ............................................................ 17 Tabla 6.1-4: Rendimiento horario de equipo de carguío ............................................................ 18 Tabla 6.3-1: Input Maricunga. ..................................................................................................... 21 Tabla 6.5-1: Otros equipos auxiliares. ......................................................................................... 22
1 OBJETIVO Averiguar y analizar las metodologías de cálculo de equipos tanto para los equipos de producción como para los equipos de apoyo.
2 ALCANCE Se realizó un estudio de los equipos de producción y apoyo que existen en una minería a cielo abierto para determinar una metodología. Luego, se mostró ejemplos aplicados tanto a Andina, Maricunga u otros métodos empíricos que están sujetos a cambios ya que cada mina a rajo abierto tiene sus mediciones y propiedades particulares.
1
3 INTRODUCCIÓN Hoy en día selección del cálculo de equipos se realiza una vez que se ha definido el proyecto minero por explotar, el tipo de minería por desarrollar, ya sea a rajo abierto o subterráneo. Para ello se debe tener en consideración el plan minero, que consiste en una evaluación técnica y económica completa. La selección de equipos se realiza, entonces, en torno a tres grupos básicos de información: las condiciones del entorno, las características del yacimiento y la geometría de la explotación y sus requerimientos específicos. Es por lo anterior que es de suma importancia conocer el ambiente en donde se determina determinada faena de trabajo y conocer todas las características que la rodean.
Ilustración 1.- Selección de Equipos.
Una vez determinado el contexto general del proyecto y los materiales por manipular, es posible definir los equipos que pueden utilizarse para seleccionar la mejor alternativa. Existen variados métodos de selección, entre los cuales se destaca el de análisis de decisiones por objetivos ponderados. Dicho método consiste en fijar los objetivos o criterios específicos del proyecto, a los que se les asigna un "peso" relativo en función de su importancia, tanto si son cuantificables o subjetivos. Para cada una de las alternativas de máquinas consideradas en el desarrollo de las labores se estiman las calificaciones parciales o probabilidades de obtención de cada objetivo planteado. Luego, se calcula la utilidad relativa o puntuación total que adquiere cada equipo. Este sencillo método es subjetivo, ya que en principio una sola persona determina los pesos relativos de cada criterio. Esta dificultad puede controlarse en gran medida si la tarea es realizada por un grupo de técnicos y se dispone de datos históricos con los cuales validar el modelo.
2
4 DIMENSIONAMIENTO DE UNA FLOTA DE EQUIPOS PARA LA EXPLOTACIÓN DE UNA MINA A CIELO ABIERTO Una de las etapas más relevantes en un proyecto es la adecuada selección de los equipos industriales involucrados en el proceso productivo, ya que los costos estimados para el proyecto pueden diferir en gran medida con respecto a los reales en función de la selección de la maquinaria a utilizar. Es así que en la explotación de un yacimiento el dimensionamiento de los equipos resultará del análisis de gran cantidad de información, tanto tecnológica como práctica, las cuales permitirán determinar las mejores alternativas para la extracción y el manejo de los recursos involucrados.
Ilustración 2.- Equipos Mineros.-
La información tecnológica proviene de las distintas fábricas y distribuidores de equipos mineros disponibles en el mercado; la información práctica se obtiene de la experiencia en faenas mineras similares o de estadísticas (no aplicable en nuestro proyecto) como también de los estudios que se realicen respecto al comportamiento de las variables involucradas en el proceso de selección de la flota. Para el proceso de dimensionamiento de equipos debemos definir los siguientes puntos:
Envergadura de nuestro proyecto (vida de la mina, reservas, etc.). Programa de producción (movimiento de materiales). Parámetros de diseño (malla de perforación, perfiles de transporte, restricciones en dimensiones generales de operación, altura de bancos, pendientes, etc.). Tecnología disponible (equipos y maquinarias). Factores operacionales (días de trabajo, sistemas de turnos, índices operacionales, etc.). Factores de relación Mina-Equipos (resistencia a la rodadura, abrasividad del material, etc.) Rendimientos y costos estimados.
En función de estos puntos se definen las mejores alternativas, las cuales serán evaluadas según criterios de selección que permitirá definir la mejor flota para la faena. 3
4
4.1 EQUIPOS DE PRODUCCIÓN: Definida la vida útil de la explotación y los movimientos de materiales a realizar durante ese tiempo, tenemos determinado el ritmo de explotación de la mina y con ello el rendimiento exigido por nuestra faena, por lo tanto tenemos nuestro punto de partida para la definición de las actividades a realizar para cumplir con dicho rendimiento. 4.1.1
PERFORADORAS
Ilustración 3.- Perforadora.
En el caso de los pozos tendremos que diseñar la malla de perforación, la cual podrá estar definida como un global sin discriminar sectores específicos de la explotación, o también podrá definirse una malla particular para cada caso existente (mineral, estéril, sectores conflictivos, pre corte, bancos dobles, etc.). Recordemos que sobre la base del tipo de roca a perforar determinaremos la clase de perforación más adecuada. Cualquiera sea la situación necesitamos definir: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Diámetro de perforación Burden. Espaciamiento entre tiros. Disposición espacial relativa de los tiros. Ángulo de inclinación de los tiros. Largo de perforación (altura de banco + pasadura).
Definido el diámetro deberá determinarse (bajo criterios teóricos y/o empíricos) el burden y espaciamiento. Además se debe determinar la disposición espacial de los tiros, con lo cual quedará definida nuestra malla de perforación. Definido lo anterior más la longitud de los tiros, se podrá determinar el tonelaje a mover involucrado en la operación de perforación, siendo: Tt B E H P Δ
Tmb
= Tonelaje a remover por cada tiro (toneladas) = Burden (metros) = Espaciamiento (metros) = Altura de Banco (metros) = Pasadura (metros) = Densidad de la Roca (toneladas/m3) = Tonelaje a remover por metro barrenado (toneladas) 5
Tap T
= Tonelaje a remover por área sometida a Perforación (toneladas) = Tonelaje total por período (toneladas)
Tenemos que:
Con lo cual podremos obtener índices como:
Con lo cual podremos tener una aproximación de:
Número de tiros necesarios por período, para cumplir con el programa de explotación de perforaciones):
Metros barrenados requeridos por período, para cumplir con el ritmo de explotación de la mina (metros barrenados):
Área sometida a la perforación por período (metros cuadrados):
Para calcular el rendimiento de un equipo de perforación tendremos que determinar: DFp =
Disponibilidad física del equipo de perforación (%).
UTp =
Utilización del equipo de perforación (%).
FOp =
Factor operacional del equipo de perforación (%). Factor de Roca (%), que castiga la velocidad de perforación en función de la dificultad operacional que impone la roca.
FR
=
TDp =
Turnos a trabajar por día en perforación (turnos/día).
HTp =
Horas trabajadas por turno en perforación (horas).
VP
Velocidad de perforación instantánea del equipo (mb/hora), determinada por catálogo.
=
6
Con estos datos se procede al cálculo del rendimiento del equipo de la siguiente manera:
Velocidad real de Perforación:
Rendimiento por Turno:
Rendimiento por Día:
Definiendo los días a trabajar por período en perforación como DPp, se tiene que el número de equipos requeridos para cumplir con la producción es:
Resultado con el cual se realizará un análisis criterioso que permita definir un número entero de equipos para la operación (lo que incluye a los equipos de reserva). Dependiendo del equipo a utilizar tendrá que realizarse el dimensionamiento de equipos auxiliares de perforación necesarios (compresores, remolcadores, grupos electrógenos, etc.).
7
4.1.2
CAMIONES Y PALAS
Dentro de las operaciones unitarias el carguío y transporte es la que abarca mayor cantidad de análisis, ya que se encuentran directamente ligadas entre sí, por lo tanto el dimensionamiento de la flota considera las dos operaciones unitarias como un conjunto, debiendo recurrir al análisis de distintas combinaciones de equipos compatibles entre sí y con la operación. Dependiendo de las características de la explotación, muchas alternativas de equipos quedarán fuera del análisis, lo cual representa el primer paso de nuestro dimensionamiento (definir límites técnicos y/o económicos a los equipos a evaluar). Muchas veces sólo es posible descartar una alternativa después de haber evaluado económicamente la flota de carguío y transporte, lo cual introduce una dificultad adicional al requerir una evaluación más acabada de una flota que finalmente sería descartada. El rendimiento requerido por la explotación es el primer dato que permitirá diseñar la operación unitaria y definir el rendimiento de los equipos para cumplir con el plan del período. Junto con ello necesitamos las características básicas de la explotación (dimensiones de diseño, perfiles de transporte, pendientes, áreas disponibles, resistencia a la rodadura, limitantes de estabilidad por pesos máximos, otras limitantes, etc.). Antes de ser evaluada la flota de equipos para el carguío y transporte deberá cumplirse inicialmente con lo siguiente:
Compatibilidad física entre los equipos de carguío y transporte con la explotación, es decir que la flota de equipos sea capaz de operar en la faena en condiciones normales de operación y seguridad (en función de la altura de bancos, dimensiones operacionales, selectividad, altura de descarga del carguío v/s altura de carga del transporte etc.).
Ilustración 4.- Carguío y Transporte.-
Verificadas estas condiciones (especificaciones técnicas básicas), podemos continuar definiendo para el carguío: T = Tonelaje total a mover por período (toneladas). Vb = Volumen del balde del equipo de carguío (metros cúbicos). FLc = Factor de llenado del equipo de carguío (%). 8
= FM = €
Esponjamiento del material (%). Factor del material que castiga el tiempo del ciclo de carguío por causa de alguna propiedad del material que haga más difícil su manipulación (%).
TCc =
Tiempo de ciclo del carguío (horas).
DFc =
Disponibilidad física del equipo de carguío (%).
UTc =
Factor de utilización del equipo de carguío (%).
FOc =
Factor operacional del equipo de carguío (%).
HTc =
Horas trabajadas por turno del carguío (horas).
TDc =
Turnos trabajados por día para el carguío (turnos/día).
DPc = = δ Cc = RDc = RHc =
Días por período para el carguío (días). Densidad del material (toneladas/metro cúbico). Capacidad del equipo de carguío (toneladas por palada). Rendimiento diario del equipo de carguío (toneladas/día). Rendimiento diario del equipo de carguío (toneladas/día).
La capacidad del equipo de carguío resulta de:
El rendimiento horario de un equipo de carguío resulta de:
El rendimiento diario de un equipo de carguío resulta de:
El rendimiento por período de un equipo de carguío resulta de:
El número de equipos requeridos para cumplir con la producción del período resulta de:
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Resultado al cual se tendrá que someter a un análisis criterioso que permita definir un número entero de equipos para la operación de carguío. Para el caso del transporte debemos considerar lo siguiente:
El número de horas, turnos y días por período en que opera el transporte, son los mismos que en el caso del carguío (no puede operar uno sin el otro). Se tendrá que maximizar la utilización de la capacidad del transporte en función de la capacidad del carguío o vise versa (garantizar que el número de paladas para llenar el equipo de transporte sea lo más próximo a un número entero, de modo de maximizar el factor de llenado o aprovechamiento de la capacidad del transporte). Se tendrá que optimizar el tiempo de llenado del transporte en función del tiempo de carguío, es decir que el número de paladas para llenar al equipo de transporte sea tal que no perjudique el rendimiento global de la flota.
4.2 EQUIPOS DE APOYO: Como sabemos, los equipos productivos requieren de ciertas condiciones de operación para cumplir con las exigencias de producción, en función de los rendimientos operacionales para los cuales han sido diseñados y seleccionados. Estas condiciones de operación no siempre se cumplen, por lo que se requiere contar con la asistencia de otros equipos de apoyo para que estas condiciones se materialicen. Es por ello que en cada faena o proyecto de explotación minero a rajo abierto, se incluye como parte del dimensionamiento de la flota de equipos, los llamados equipos auxiliares, de servicio o de apoyo minero, los que idealmente serán dimensionados en función de las actividades que tendrán que realizar. Dentro de los tópicos del curso se incluye el dimensionamiento de equipos de apoyo en forma práctica, basado en la experiencia y estadísticas observadas en las distintas faenas mineras explotadas por rajo abierto. 4.2.1
BULLDOZER:
Ilustración 5.- Bulldozer.
10
El número de bulldozers en una faena, tiene estrecha relación con el número de palas (o equivalente pala), botaderos en operación, accesos por abrir, presencia de nieve, etc., es así que:
Nº Bulldozers = f (Nº Palas, Nº de Botaderos, Accesos, Características específicas) Metodología usada por Maricunga:
Otra metodología general de una mina a rajo abierto de la segunda región que está sujeta a modificaciones cada año (no dispone de utilización ni disponibilidad, por lo que deben aplicarse al resultado):
∑
4.2.2
WHEELDOZER:
Ilustración 6.- Wheeldozer
El número de wheeldozers en una faena, tiene relación con el número de palas (o equivalente palas) en operación y la distancia que hay entre ellas, botaderos, nieve, accesos, etc. Se recomienda que un wheeldozer visite a una pala cada media hora, es así que:
Nº Wheeldozers = f (NºPalas y distancia entre ellas, Botaderos, caminos)
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4.2.3
MOTONIVELADORA:
Ilustración 7.- Motoniveladora.
En el mercado se pueden encontrar diferentes Modelos de motoniveladoras. Éstas no son máquinas para la producción, sino para realizar acabados, ya sea nivelación y/o refino. Su función principal es nivelar el terreno o dar la pendiente necesaria al material en que se trabaja; se considera como una máquina de terminación superficial. La motoniveladora es una máquina muy versátil, característica que está dada por los diferentes movimientos de la hoja, así como también por la serie de accesorios que puede tener. Éstas pueden imitar todo los tipos de tractores con dozer, pero su diferencia radica en que la motoniveladora es más frágil, ya que no es capaz de aplicar la potencia de movimiento ni la de corte del bulll o wheel. Los trabajos más habituales de una motoniveladora son los siguientes: • • • • •
Extendido de una hilera de material descargado por los camiones y posterior nivelación. Refino de explanadas Perfilado de taludes. Excavación, perfilado y conservación de las cunetas en caminos. Generar peraltes positivos en curvas de caminos en rutas al interior mina.
Para el cálculo de motoniveladoras depende de varios factoes, donde los principales inputs de entrada son: 1. Calidad y cantidad del terreno a trabajar. 2. N° de caminos. Finalmente, una fórmula empírica que se podría utilizar para determinar la flota de motoniveladoras es la siguiente:
N° de Motoniveladoras = Camiones Totales (Transporte) X 0.09 Donde dicha fórmula puede estar sujeta a cambios dependiendo de las condiciones de la faena.
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4.2.4
CARGADOR FRONTAL:
Ilustración 8.- Cargador Frontal
El número de cargadores frontales de servicio (no de producción), dependerá de la cantidad de trabajo que haya que realizar para mantener una faena en condiciones deseadas, por lo general se tiene:
Nº Cargadores Frontales = f (Mantención y tareas generales, Calidad y Nº de Caminos) 4.2.5
CAMION REGADOR:
Ilustración 9.- Camión Aljibe
Los camiones aljibes, regadores o aguateros, son camiones que poseen un estanque diseñado para transportar fluidos. Estos son usados como equipos de apoyo, los cuales poseen sistemas de dispersión en su parte posterior, de manera de ir humectando de forma equitativa. Además poseen pistones para largo alcance. Para el caso de la minería se utilizan generalmente en: • Humectar caminos de manera de evitar la suspensión de material particulad o provocado por
el tránsito de camiones de extracción u otros equipos en la mina. • Por otra parte, se pueden utilizar como medio para la extinción de incendios de equipos al
interior mina o para enfriar neumáticos. La cantidad de camiones aljibes deben estar de acuerdo con las necesidades de la mina, estando en función de las curvas de evaporación, ancho y largo de los caminos, velocidades de los equipos que transitan etc. Es por esto que a modo general se pueden establecer los siguientes inputs de entrada para el cálculo de una flota de camiones aljibes: 1. Calidad. 2. Número de caminos. 13
3. Características específicas de los suelos. 4. Características de los equipos que transitan. Una de las formas empíricas para el cálculo de la flota de camiones aljibes corresponde a la siguiente ecuación:
N° de Camiones Aljibes = Camiones Totales (Transporte) X 0.07 Donde dicha ecuación señalada anteriormente puede estar sujeta a cambios dependiendo de las condiciones de la faena. 4.2.6
COMPACTADORES:
Ilustración 10.- Compactadores
El número de compactadores de camino, deberá satisfacer las necesidades para la mantención de los caminos, en función del ancho de caminos, índices de compactación deseados, etc., es decir por la calidad y cantidad de los caminos relacionados con la faena. Por lo general se puede expresar como:
Nº de Compactadores = F (Calidad y Nº de Caminos a Compactar) Podemos resumir que la cantidad de equipos de servicio dependerá de las características de operación de la faena y sus necesidades.
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5 EJEMPLO PRÁCTICO FLOTA DE EQUIPOS PARA LA EXPLOTACIÓN DE UNA MINA A CIELO ABIERTO 5.1 CAMIÓN MINERO.
Ilustración 11.- Camión Minero.
5.1.1
Metodología División Andina (Año 2002)
La metodología que utilizó la División Andina para dimensionar la flota de carguío y transporte de sus minas a cielo abierto está basada en un método determinístico y está construida en módulos. División Andina utiliza el simulador Komatsu para determinar los ciclos de transporte, a partir de los cuales se determina la flota de carguío y transporte. Existen metodologías bien definidas para el dimensionamiento de flota de carguío y transporte en Divisan Andina CODELCO Chile. Corto Plazo Largo Plazo
5.1.1.1 Metodología para Dimensionamiento de flota - Corto Plazo Esta metodología se basa en la fórmula de Match Factor (Factor de Compatibilidad), y trabaja de la siguiente manera: Se construyen los perfiles de transporte que son obtenidos en formato xyz o de texto desde el software MineSight, los cuales se construyen de la siguiente manera: La primera línea corresponde a la distancia media horizontal en el banco, mientras que la segunda línea corresponde a la distancia vertical en el banco. Las líneas siguientes corresponden a la ruta que debe seguir el camión hasta el destino correspondiente. La siguiente tabla muestra el formato de un perfil de transporte cualquiera. Tabla 5.1-1: Ejemplo de la Estructura de un Perfil de Transporte
Pendiente 0 9 0 9 0 9
Rodadura 2 2 2 2 2 2
Distancia 137 1974 1254 254 1254 125
Vel. Máxima Vel. Máxima Vel. Máxima Vel. Máxima Vel. Máxima Vel. Máxima Vel. Máxima
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Vel. Final Descripción Vel. Final Dist. Horizontal Vel. Final Dist. Vertical Vel. Final Ruta Vel. Final Ruta Vel. Final Ruta Vel. Final Ruta
El perfil de transporte está compuesto por la distancia horizontal, distancia vertical y la ruta hacia el destino correspondiente. Una vez construidos los perfiles de transportes comprometidos en el plan minero en cuestión, el paso siguiente es ingresarlos al simulador Komatsu, obteniendo de esta manera los tiempos de ciclo para cada perfil de transporte, los cuales son almacenados en el archivo “ciclos1.xls”. Una vez conocidos los tiempos de ciclo para cada perfil de transporte se procede a trabajar con una planilla Excel que incorporará la fórmula de Match Factor para el cálculo de la flota de carguío y transporte de las minas a cielo abierto.
N = Número de camiones que componen la flota
Tiempo de ciclo de transporte = (tiempo de maniobra en el carguío + tiempo de carguío + Tiempo de transporte + tiempo de maniobra en la descarga + tiempo de descarga) A continuación se muestra un ejemplo práctico de la metodología de dimensionamiento de flota de carguío y transporte utilizada por División Andina. 5.1.1.2
Movimiento de material correspondiente al Plan Minero correspondiente al mes de abril de 2004 - Fase 1 Mina Don Luis
Tabla 5.1-2: Plan Minero correspondiente al mes de abril de 2004 - Fase 1 Mina Don Luis Banco Mineral Estéril Botadero Tonelaje Días Disp Ci cl os N° Cami one s Flota Kton Kton Kton Total Mineral Esteril Mineral Esteril Ponderada 3804 0 117,15 0 117,149 4,7 25,3 23,77 6,02 6 3804 258,226 49,866 9,968 318, 060 12,7 12,6 12,84 23,77 3,25 6,02 4 3804 307,017 9,500 1,615 318,132 12,6 12,7 12,84 23,77 3,25 6,02 3
Veamos los camiones que se necesitan para transportar las 258,226 Kton de mineral del banco 3804. Para el año 2004 se considera un tiempo de maniobras de 1,2 minutos y 2,75 minutos para la operación de carguío. Aplicando Match Factor, tenemos
N
= 12,84 / (1,2 + 2,75) = 3,25
Ahora, calculamos los camiones que se necesitan para transportar las 59,834 Kton de estéril del banco 3804 Aplicando Match Factor, tenemos
N
= 23,77/(1,2 + 2,75) = 6,02
Calculamos una flota ponderada para el banco 3804, de la siguiente manera. Flota ponderada
= ((N° de camiones mineral x tonelaje minera) + (N° camiones esteril x tonelaje estéril)) / Tonelaje total
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Para el banco 30804, tenemos Flota ponderada
= ((3,25 x 258,226) + (6,02 x 59,834)) / 318,060 = 3,77 camiones = 4 camiones
¿Durante cuantos días se necesitarán 4 camiones para trabajar en el banco 3804? Rendimiento Kton/día
Roca 25.168
Morrena 18.715
Botadero 21.941
Ocupación
= ((Ton.Mineral + Ton.Mzdo + Ton.Estéril) / (Rend.Roca)) + ((Ton.Morrena) / (Rend.Morrena)) + ((Ton.Botadero) / (Rend.Botadero))
Ocupación
= 12,7 días
Ahora se deben considerar los índices de eficiencia del equipo Tabla 5.1-3: Índices de Eficiencia del Equipo de Carguío MESES
DIAS
DISP
UTIL
FO
Hrs/Efec
DIAS
UTIL
Hrs/Efec
Enero
30
0,77
0,85
0,85
13,352
31
0,823
12,921
Febrero
29
0,77
0,85
0,85
13,352
29
0,85
13,352
Marzo
31
0,77
0,85
0,85
13,352
31
0,85
13,352
Abril
29
0,77
0,85
0,85
13,352
30
0,822
12,907
Mayo
26
0,77
0,85
0,85
13,352
31
0,713
11,198
Junio
20
0,77
0,85
0,85
13,352
30
0,567
8,587
Julio
20
0,77
0,85
0,85
13,352
31
0,548
8,31
31
0,548
8,31
30
0,765
12,017
Agosto
20
0,77
0,85
0,85
13,352
Septiembre
27
0,77
0,85
0,85
13,352
Octubre
29
0,77
0,85
0,85
13,352
31
0,795
12,49
Noviembre
30
0,77
0,85
0,85
13,352
30
0,85
13,352
Diciembre
30
0,77
0,85
0,85
13,352
31
0,823
12,921
Total
321
0,844
366
139,717
Para el mes de abril de 2004, periodo al cual corresponde el plan minero analizado, tenemos 12,907 horas efectivas al día. Se calcula un factor de conversión, considerando que en un día normal se trabajaran 18 horas. Factor = 12,907 / 18 = 0,72 Esto es, de los 30 días de abril se considerara que se trabajaran (30 x 0,72) 22 días. Por lo tanto, los 6 camiones se utilizaran no durante 12,7 días sino que durante 9 días (12,7 x 0,72) En el banco 3804 se utilizaran 4 camiones durante 9 días Análogamente se repite el procedimiento para los demás bancos
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Para calcular las horas de transporte requeridas se considera un rendimiento según el tipo de roca.
Tabla 5.1-4: Rendimiento horario de equipo de carguío
Rendimiento Horario Cargador L - 1400 Fase Roca Morrena Botadero Fase I Don Luis 1,95 1,45 1,7 Otra Fase 2,1 1,45 1,7
Nieve 0,75 0,75
Rendimiento Horario Cargador L - 1400 Abril 2004 Fase Roca Morrena Botadero Fase I Don Luis 25,168 18,715 21,941 Otra Fase 27,11 18,715 21,941
Nieve 9,682 9,682
Ahora con las horas efectivas y el rendimiento horario se calcula el rendimiento diario del equipo. Calculo de Horas de Transporte Requeridas
Aplicando esta fórmula tenemos que para transportar las 258,226 Kton de mineral del banco correspondiente al plan minero de abril de 2004 tenemos: Factor de eficiencia = 3,77 (camiones ponderados) / 4 (camiones redondeados) Horas requeridas = 258226 / ((60/12,84 x 170 x 0,94) = 345 horas 5.1.1.3
Metodología para dimensionamiento de flota - Largo Plazo.
El procedimiento para dimensionar la flota de carguío y transporte para las minas a cielo abierto considerando un horizonte de planificación de largo plazo, no utiliza la fórmula del Match Factor, sino que solo se consideran las horas requeridas versus las horas disponibles. Al igual que en el corto plazo, se utiliza el simulador Komatsu para obtener los ciclos de transporte a partir de los perfiles de transporte.
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( ) Flota de camiones = (tonelaje / días/año)) / (Turnos día x turno nominal x disponibilidad x utilización x rend Op) Turnos Día = 2 (2 turnos por día) Turno nominal = 12 horas
5.1.1.4
Determinación Flota de Camiones División Andina - CODELCO para el año 2009
Inputs Tonelaje = 115640 Kton Turnos Día = 2 Turno Nominal = 12 hrs Días/año = 330 Disponibilidad = 87,88% Utilización Máxima = 94% Factor Operacional = 84,98% Carga Útil = 299 toneladas Ciclo de transporte = 23,043 minutos Se calcula el Rendimiento efectivo Rend.efectivo (ton/hef)
= (60*299)/ 23,043 = 778,6 ton/hef
Luego calculamos el Rendimiento Operacional Rend.Op (ton/hop)
= 778,6*(84,98/100) = 661,6 ton/hef
Ahora calculamos la flota de camiones para el año 2009 Flota de camiones
= (115640000/330)/ (2*12*0,8788*0,94*661,6) = 27 Para el año 2009 se necesitan 27 camiones de 300 toneladas.
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5.2 PALA MINA DON LUIS.
Ilustración 12.- Pala Minera.
Se tienen los siguientes inputs: T = 258,226 Kton de mineral del banco 3804 Vb = 35 m3 (Pala P&H 4100) FLc = 95 % = 30% € FM = 1 TCc = 0,08 (horas). DFc = 95 (%). UTc = 90 (%). FOc = 90 (%). HTc = 10 (horas). TDc = 1 (turnos/día). DPc = 25 (días). = 2,7 ton/m3 δ
La capacidad del equipo de carguío resulta de: Cc = 35 x 0,95 x δ / (100 + e) = 89,8 (ton/palada)
El rendimiento horario de un equipo de carguío resulta de: RHc = (89,8 x 0,95 x 0,90 x 0,90 x 1) / 0,08 = 960 (ton/hra) El rendimiento diario de un equipo de carguío resulta de: RDc = 960 x 10 x 1 = 9600 (ton/día) El rendimiento por período de un equipo de carguío resulta de: RPc = 9600 x 25 = 240000 (ton/período=mes) El número de equipos requeridos para cumplir con la producción del período resulta de: Nº Equipos Carguío = 258226 / 240000 = 1,07 = 1 Pala P&H 4100
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5.3 PERFORADORA (CASO MARICUNGA). Tabla 5.3-1: Input Maricunga.
MODELO Diámetro Barreno (mm) Velocidad de rotación (m/s) RPM Longitud Máxima Barrenado (m)
DM25SP 100 0.36 0 -100 15
Cabe destacar que dado la velocidad de rotación y diámetro del barreno se puede estimar la frecuencia, en efecto, para este modelo es 69 RPM. Para diseñar la malla de perforación, requiero de fórmulas empíricas. Las ecuaciones a utilizar son:
Resolviendo las ecuaciones se obtiene que la malla de disparo es de 3.7 metros de Burden, 1 metro de pasadura y 4.5 metros de espaciamiento. A continuación se realizan los siguientes cálculos:
(t)
Se puede estimar la velocidad máxima de perforación mediante la siguiente ecuación:
Agregando los indices operacionales: - DF = 0.75 - UT = 0.8 - FO = 0.85
Finalmente el número de perforadoras necesarias para cumplir con la producción es 4.
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5.4 BULLDOZER (MARICUNGA):
Metodología usada por Maricunga:
Datos:
N° Botaderos= 1 de terraza N° Perforadoras= 4 N° Palas= 2
Reemplazando en formula:
5.5 OTROS EQUIPOS AUXILIARES: Según el método mencionado anteriormente y suponiendo que tenemos 4 palas y 30 camiones, en una gran minería, tenemos el siguiente cuadro: Tabla 5.5-1: Otros equipos auxiliares.
EQUIPOS
FORMULA
Motoniveladoras Wheeldozer Aguadores Manipuladores
Suma de camiones totales X 0.090 Suma de todas las palas X 1.290 Suma de camiones totales X 0.070 Suma de las palas con cable eléctrico X 0.410
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N° Eq. Aux. 3 5 2 2
6 ANEXOS 6.1 ÍNDICES DE OPERACIÓN. (ASARCO) De modo genérico y en función de su representatividad y contenido, estos índices operacionales mineros se pueden clasificar en cuatro grandes grupos:
6.1.1
Índices Mecánicos: Los que informan sobre la disponibilidad física de equipos e instalaciones y sus rendimientos o producciones por unidad de tiempo.
6.1.2
Índices de Insumos: Los que señalan magnitudes de los elementos consumidos para lograr una unidad de producto comercial o el rendimiento del insumo expresado en unidades de producto por unidad de elemento consumido (ejemplo Kg.explosivo/tonelada, ton-Km/lt combustible).
6.1.3
Índices Mineros: Los que muestran las relaciones y/o proporciones que toma la materia prima mineral y sus leyes al fluir por las distintas etapas del proceso de extracción y beneficio (ejemplo razón estéril/mineral).
6.1.4
Índices de Resultados: Los que indican logros planeados y reales para el período reportado (por ejemplo ton Cu fino/mes). Limitándonos a nuestro tema, solo abordaremos los índices mecánicos, los cuales provienen de la información obtenida por un sistema desarrollado y aplicado, a objeto de lograr la optimización de los siguientes aspectos relacionados con equipos e instalaciones: - Uso, funcionamiento y operación. - Mantención electromecánica. - Reemplazo oportuno y adecuado. La optimización debe entenderse como máxima disponibilidad operativa y rendimiento al mínimo costo de inversión, operación y mantención. A continuación definiremos los parámetros a utilizar en la obtención de los índices, estos parámetros dicen relación con la distribución temporal de la máquina en cada tarea en un período dado. 6.1.4.1 Tiempo Cronológico o Calendario (TCR):
Son las horas correspondientes al tiempo calendario natural como días, meses, años, etc., y se divide en dos tiempos que corresponden a: I Tiempo Hábil. II Tiempo Inhábil.
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6.1.4.2 Tiempo Hábil u Horas Hábiles (HH): Son las horas en que la faena está en actividad productiva y/o en tareas de mantención de sus elementos de producción y/o infraestructura, en estas horas cada instalación o unidad está en: - Operación. - Reserva. - Mantención. 6.1.4.3 Tiempo Inhábil u Horas Inhábiles (HIN): - Son las horas en que la faena suspende sus actividades productivas y/o mantención de sus elementos y/o infraestructura por razones como: -
Paralizaciones programadas: Domingos, festivos, vacaciones colectivas, colaciones etc..
-
Imprevistos: Originadas y obligadas por causas naturales como lluvias, temblores, nieve, etc., u otras ajenas al control de la faena como la falta de energía eléctrica, atrasos en la llegada del transporte de personal, ausentismo colectivo por epidemias.
-
Cuando en horas o tiempo programado como inhábil un equipo o instalación es operado y/o sometido a mantención y/o reparación, el tiempo real es computado como tiempo hábil y clasificado en una de sus tres condiciones.
6.1.4.4 Tiempo de Operación u Horas de Operación (HOP): Son las horas en que la unidad o instalación se encuentra entregada a su(s) operador(es), en condiciones electromecánicas de cumplir su objetivo o función de diseño y con una tarea o cometido asignado. Este tiempo se divide en: - Tiempo Efectivo. - Tiempo de Pérdida Operacional. 6.1.4.5 Tiempo Efectivo u Horas Efectivas (HEF): Son las horas en que la unidad de equipo o instalación está funcionando y cumpliendo su objetivo de diseño. 6.1.4.6 Tiempo de Pérdida Operacional u Horas de Pérdidas (HPE): Son las horas en que la unidad de equipo o instalación, estando en condiciones electromecánicas de cumplir su objetivo de diseño, a cargo de su(s) operador(es) y con una tarea asignada, no puede realizarla por motivos ajenos a su funcionamiento intrínseco, como son los traslados, esperas de equipo complementario y en general por razones originadas en la coordinación de las operaciones.
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6.1.4.7 Tiempo de Reserva u Horas de Reserva (HRE): Son las horas hábiles en que la unidad de equipo o instalación, estando en condiciones electro-mecánicas de cumplir su función u objetivo de diseño, no lo realiza por motivos originados en una o más de las siguientes razones: - Falta de operador (si es en la hora de colación se toma como tiempo inhábil, si el equipo sigue funcionando y hay cambio de operador se considera tiempo de operación). - Falta de capacidad prevista de equipo complementario o accesorio. - No requerirlo el programa o plan de trabajo. - No permitirlo el área donde debería cumplir su función. 6.1.4.8 Tiempo de Mantenimiento u Horas de Mantención (HMT): Son las horas hábiles comprendidas desde el momento que la unidad de equipo o instalación no es operable en su función objetiva o de diseño por defecto o falla en sus sistemas electro-mecánicos o por haber sido entregada a reparación y/o mantención, hasta que ha terminado dicha mantención y/o reparación y el equipo está en su área de trabajo o estacionamiento en condiciones físicas de operación normal. El tiempo de mantención se divide en: -
Esperas de personal y/o equipos de apoyo y/o repuestos. Traslados hacia y desde talleres o estación de mantención o reparación. Tiempo real de mantención y/o reparación. Movimientos y/o esperas de estos en lugares de reparación y/o mantención.
Ilustración 13.- ASARCO.
Igualdades: TCR = HH + HIN HH = HOP + HRE + HMT HOP = HEF + HPE Ahora veremos la utilización de estos parámetros temporales en la definición de los índices mecánicos.
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6.2 ÍNDICES OPERACIONALES 6.2.1.1 Disponibilidad Física: Es la fracción del total de horas hábiles, expresada en porcentaje, en la cual el equipo se encuentra en condiciones físicas de cumplir su objetivo de diseño.
Este indicador es directamente proporcional a la calidad del equipo y a la eficiencia de su mantención y/o reparación, e inversamente proporcional a su antigüedad y a las condiciones adversas existentes en su operación y/o manejo. 6.2.1.2 Índice de Mantenimiento: Es el tiempo en horas que el equipo es operado por cada hora invertida en su mantención y/o reparación.
El valor de este índice es proporcional a la calidad del equipo controlado y a la eficiencia de su mantención y/o reparación, e inversamente proporcional a su antigüedad y a las condiciones adversas en su operación o manejo. 6.2.1.3 Índice de Utilización: Es la fracción del tiempo, expresada en porcentaje, en la cual el equipo es operado por cada hora en que este está en condiciones de cumplir su objetivo de diseño o físicamente disponible.
Es directamente proporcional a la demanda o necesidad de la operación de utilizar el equipo, e inversamente proporcional a su disponibilidad física y a su rendimiento. 6.2.1.4 Aprovechamiento: Es la fracción del total de horas hábiles, expresada en porcentaje, en que el equipo físicamente disponible es operado en su función de diseño incluyendo sus pérdidas operacionales.
Es directamente proporcional a la demanda o necesidad de la operación de utilizar el equipo, dentro del límite impuesto por la disponibilidad física del mismo, e inversamente proporcional al rendimiento del equipo.
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6.2.1.5 Factor Operacional: Es la fracción de tiempo, expresada en porcentaje, en que el equipo realiza efectivamente su función de diseño por cada hora en que es operado.
Es inversamente proporcional al tiempo de pérdida operacional. 6.2.1.6 Rendimiento: Es el promedio de unidades de producción realizadas por el equipo por cada unidad de tiempo de operación.
Es directamente proporcional a la velocidad de producción del equipo e inversamente proporcional al tiempo de pérdida operacional. 6.2.1.7 Rendimiento Efectivo: Es el promedio de unidades de producción realizadas por el equipo en cada unidad de tiempo Efectivo de operación.
Teóricamente este valor debería ser el de diseño para el equipo, pero es alterado por las características físicas de donde se aplica su función, el medio ambiente, condiciones físicas del equipo y por las técnicas de su utilización. Con estos índices podemos llevar un control en el transcurso de la vida de cualquier equipo, debemos tener en claro que por sí solos cada índice no representa una herramienta útil para dar solución a problemas o detectar causas de problemas, sino que en conjunto deberán analizarse para poder enfocar cualquier tipo de investigación al respecto, y el éxito de ello dependerá directamente de la calidad de la información obtenida para el cálculo de cada uno de ellos, es decir solo nos serán de utilidad si es que han sido medidos con claridad, comprobabilidad, constancia y responsabilidad, es la única manera para que la implementación de este sistema de control en una faena tenga buenos resultados.
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