Carga, Transporte y Extracciónen Minería Subterránea

Carga, Transporte y Extracciónen Minería Subterránea

María B. Díaz Aguado

SEPTEM EDICIONES

Índice

1. Introducción ................................................................................................................ 91.1 Descripción del ciclo de avance ......................................................................... 10

2. Carga en la minería subterránea ............................................................................... 132.1 Tipos de carga ..................................................................................................... 132.2 Selección del sistema de carga ............................................................................ 132.3 Pala cargadora ..................................................................................................... 14

2.3.1 Pala de descarga central .............................................................................. 142.3.2 Pala de descarga lateral ............................................................................... 172.3.3 Cargadora con brazo recolector ................................................................ 18

2.4 Scraper ................................................................................................................. 192.5 Cargadoras de brazos articulados ...................................................................... 212.6 Cargadoras de perfil bajo LHD ......................................................................... 23

3. Transporte en la minería subterránea ....................................................................... 293.1 Definición y funciones del transporte ............................................................... 293.2 Tipos de transporte ............................................................................................ 303.2.1 Según su situación ........................................................................................... 30

3.2.1.1 Transporte interior ......................................................................... 303.2.1.2 Transporte de superficie ................................................................. 30

3.2.2 Según su dirección ...................................................................................... 313.2.2.1 Horizontal....................................................................................... 313.2.2.2 Inclinado ......................................................................................... 313.2.2.3 Vertical ............................................................................................. 31

3.2.3 Según su sentido ......................................................................................... 313.2.3.1 Ascendente ...................................................................................... 313.2.3.2 Descendente .................................................................................... 31

3.2.4 Según los lugares donde se realiza el transporte ....................................... 313.2.4.1 Transporte de explotación ............................................................. 313.2.4.2 Transporte en galerías..................................................................... 323.2.4.3 Extracción por planos inclinados y por pozos............................. 32

3.2.5 Según el ciclo de transporte ........................................................................ 323.2.5.1 Simple .............................................................................................. 323.2.5.2 Doble ............................................................................................... 32

3.2.6 Según el tipo de minería ............................................................................. 323.2.6.1 Transporte de carbón ..................................................................... 323.2.6.2 Transporte de sal ............................................................................. 323.2.6.3 Transporte en minería metálica ...................................................... 323.2.6.4 Transporte en otras minerías.......................................................... 33

3.2.7 Según la masa que se transporta ................................................................. 333.2.7.1 Transporte de mineral .................................................................... 333.2.7.2 Transporte de estéril ....................................................................... 333.2.7.3 Transporte de material .................................................................... 333.2.7.4 Transporte de maquinaria .............................................................. 333.2.7.5 Transporte de elementos de repuesto............................................ 343.2.7.6 Transporte de relleno del postaller y material para aprovecha-miento de huecos ........................................................................................ 343.2.7.7 Transporte de lodos........................................................................ 343.2.7.8 Transporte de personal................................................................... 34

3.2.8 Según el tipo de proceso ............................................................................. 383.2.8.1 Continuo ......................................................................................... 383.2.8.2 Discontinuo .................................................................................... 39

3.3 Organización del transporte .............................................................................. 393.3.1 Ejemplo de organización del transporte ................................................... 41

4. Transporte continuo en la minería subterránea ....................................................... 434.1 Transporte continuo por chapas ....................................................................... 434.2 Transporte continuo mediante transportador blindado .................................. 444.2.1 Partes del transportador blindado .................................................................. 46

4.2.2 Campo de aplicación .................................................................................. 504.2.3 Ventajas del transportador blindado ......................................................... 514.2.4 Desventajas del transportador blindado .................................................... 514.2.5 Otros equipos con transportador blindado .............................................. 534.2.6 Potencia del transportador blindado ......................................................... 55

4.2.6.1 Cálculo mediante fórmulas ............................................................ 554.2.6.2 Cálculo a partir de los ábacos del fabricante ................................. 56

4.3 Transporte continuo mediante cinta transportadora ....................................... 584.3.1 Partes de la cinta transportadora ................................................................ 614.3.2 Campo de aplicación .................................................................................. 654.3.3 Ventajas de la cinta transportadora ............................................................ 664.3.4 Desventajas de la cinta transportadora ...................................................... 664.3.5 Cálculos para la elección de una cinta transportadora ............................. 70

4.3.5.1 Ancho de banda.............................................................................. 704.3.5.2 Capacidad de transporte de una banda ......................................... 714.3.5.3 Velocidad mínima necesaria de la cinta ......................................... 74

4.3.5.4 Cálculo de la potencia necesaria .................................................... 754.3.5.5 Cálculo de las tensiones en la banda.............................................. 78

4.3.6 Ejemplos de cintas transportadoras ........................................................... 80

5. Transporte discontinuo sobre vía ............................................................................. 855.1 La vía minera ....................................................................................................... 875.2 Vagones ............................................................................................................... 89

5.2.1 Partes del vagón .......................................................................................... 895.2.2 Condiciones generales a satisfacer ............................................................. 905.2.3 Clasificación de vagones según su función ............................................... 90

5.2.3.1 Transporte y extracción de mineral y tierras ................................ 905.2.3.2 Transporte de personal................................................................... 915.2.3.3 Mesillas ............................................................................................ 915.2.3.4 Vagones de transporte especial ...................................................... 91

5.2.4 Clasificación de vagones según su tamaño ................................................ 925.2.5 Clasificación de vagones según su descarga .............................................. 92

5.3 Ventajas del transporte sobre vía ....................................................................... 935.4 Desventajas del transporte sobre vía ................................................................. 945.5 Locomotoras ....................................................................................................... 94

5.5.1 Esfuerzo y tracción en el gancho ............................................................... 955.5.2 Pendiente característica ............................................................................... 965.5.3 Tipos de locomotoras ................................................................................. 96

5.5.3.1 Locomotora eléctrica de trole ........................................................ 965.5.3.2 Locomotora eléctrica de acumuladores ........................................ 975.5.3.3 Locomotora Diesel ......................................................................... 995.5.3.4 Locomotora de aire comprimido .................................................. 99

5.5.4 Elección del tipo de locomotora .............................................................. 100

6. Transporte discontinuo sobre ruedas .................................................................... 1036.1 Vehículos para transporte de personal ............................................................ 1036.2 Vehículos para transporte de material ............................................................. 1036.3 Vehículos multiuso ........................................................................................... 1046.4 Vehículos para transporte de mineral .............................................................. 104

6.4.1 Shuttle car o camión lanzadera ................................................................ 1056.4.2 Volquete minero ........................................................................................ 1066.4.3 Camión articulado .................................................................................... 1076.4.4 Camión tipo Kiruna .................................................................................. 109

7. Extracción ................................................................................................................ 1117.1 Tipos de extracción ........................................................................................... 111

7.1.1 Extracción por plano inclinado ............................................................... 1117.1.1.1 Extracción continua ..................................................................... 1127.1.1.2 Extracción discontinua................................................................. 113

7.1.2 Extracción por pozo vertical .................................................................... 1147.1.2.1 Tipos de pozos mineros ............................................................... 114

7.2 Elementos de la extracción por pozo vertical ................................................. 1167.2.1 Castillete o torre de extracción ................................................................. 116

7.2.1.1 Castillete ........................................................................................ 1167.2.1.2 Torre de extracción....................................................................... 1207.2.1.3 Dispositivos de seguridad ............................................................ 121

7.2.2 Sistema de guionaje ................................................................................... 1227.2.3 Elemento de transporte ............................................................................ 125

7.2.3.1 Jaula ............................................................................................... 1257.2.3.2 Skip o vasija................................................................................... 126

7.2.4 Cables de extracción con sus amarres ...................................................... 1297.2.4.1 Cables de extracción ..................................................................... 1297.2.4.2 Carga de rotura del cable ............................................................. 1307.2.4.3 Tipos de cable redondo ................................................................ 1307.2.4.4 Coeficientes de seguridad............................................................ 1317.2.4.5 Amarres del cable.......................................................................... 133

7.2.5 Máquina de extracción ............................................................................. 1347.2.5.1 Doble tambor................................................................................ 1357.2.5.2 Doble tambor con cable de equilibrio......................................... 1367.2.5.3 Tambores bicilíndrico-cónicos .................................................... 1377.2.5.4 Bobinas de cable plano................................................................. 1387.2.5.5 Polea Koepe .................................................................................. 1387.2.5.6 Extracción multicable ................................................................... 1407.2.5.7 Accionamiento de la máquina de extracción .............................. 1447.2.5.8 Frenos............................................................................................ 146

7.2.6 Embarques ................................................................................................ 1487.2.7 Señalización ............................................................................................... 149

8. Legislación ............................................................................................................... 153

9. Referencias ............................................................................................................... 157Páginas web: ............................................................................................................ 158

10. Agradecimientos .................................................................................................... 161

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11. Introducción

La minería subterránea existe desde el principio de la Historia de la Humani-dad, pues se han encontrado restos de una mina de hematita con una antigüedadde unos 40.000 años en el cerro de Bomvu (Swazilandia), y de minas explotadasen torno al año 15.000 a.C., de las que los hombres primitivos extraían sílex parafabricar sus herramientas y útiles.

Pero la minería como tal está muy ligada al cobre, que ya se explotaba me-diante distintos métodos mineros. Desde entonces, la minería subterránea ha su-frido un gran desarrollo tecnológico, muchas veces unido a grandes avances de laCiencia, como la aparición de las máquinas de vapor o de la electricidad en elsiglo XIX, que supusieron el comienzo de la mecanización de las labores mine-ras.

Estos avances no sólo no se detuvieron, sino que experimentaron su mayorimpulso durante el siglo XX, y esta evolución de los equipos continúa en el sigloactual. La adquisición de los equipos suele rondar el 40-45 % de los costes decapital de una mina y, de ellos, un gran porcentaje se destina a las operaciones decarga, transporte y extracción. Además, solo la carga y el transporte ocupan en-tre un 25 % y un 45 % del tiempo total de un relevo normal.

Por tanto, las operaciones de carga, transporte y extracción adquieren unagran relevancia en el ciclo minero, y de su rendimiento y buena organizacióndepende en gran medida la producción. Esa organización, aunque indispensablepara cualquier tipo de minería, es aún más necesaria, a la vez que más complica-da, en minería de interior. La selección del sistema más adecuado y de los equi-pos idóneos para cada una de estas operaciones, así como el acoplamiento entreellas, se convierte en un parámetro fundamental de optimización de una explota-ción minera.

El reto de la minería del futuro es continuar disminuyendo costes y consu-mos, así como mejorando rendimientos y productividad de todas las operacio-nes mineras en general y del sistema acoplado carga-transporte-extracción enparticular.

Antes de proceder a describir estas tres operaciones es importante situarlas enel contexto del ciclo básico minero o ciclo de avance, pues van muy ligadas a laproducción y, por ello, al avance y al arranque.

María B. Díaz Aguado

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11.1 Descripción del ciclo de avance

El ciclo minero básico consta de las operaciones que se muestran en la Figura1.1 y se explican brevemente a continuación.

1. Perforación de barrenos con martillo neumático o, más comúnmente, conjumbo de perforación, seguido de la carga de los mismos.

2. Voladura, siguiendo alguno de los principales tipos de cuele. Consiste enconexionar y disparar la pega.3. Ventilación: Una vez disparada la pega se evacuan los gases y el polvo gene-rado durante la operación de la voladura.4. Saneo del frente de trabajo: Generalmente, antes de proceder a cargar elmineral o el estéril, es preciso sanear la zona del frente de trabajo para evitarpequeños desprendimientos de la corona y del frente. Esta operación es fre-cuente realizarla desde la pila de material generado. Otras veces, como en elcaso que muestra la Figura 1.1, se sanea después de la carga y el transporte ypreviamente a la colocación del sostenimiento.5. Carga y transporte de la roca o mineral volado a su destino, que se desarro-llan en los siguientes capítulos. Antes de cargar, es frecuente regar para mini-mizar el polvo durante estas operaciones.

Figura 1.1. Ciclo minero básicoFigura 1.1. Ciclo minero básicoFigura 1.1. Ciclo minero básicoFigura 1.1. Ciclo minero básicoFigura 1.1. Ciclo minero básico

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16. Sostenimiento. Posteriormente se coloca el sostenimiento necesario para garanti-zar la seguridad de las personas y máquinas que van a trabajar en el frente de trabajo.7. Replanteo topográfico de la dirección de avance, que cierra el ciclo básico.Normalmente el relevo comienza con las tareas indicadas en el apartado 4 del

ciclo; es decir, se empieza saneando la zona. Posteriormente se riega y retira elmaterial producido en la voladura al final del turno anterior y se continúa con elresto de las operaciones del ciclo. El relevo finaliza cargando el explosivo y dis-parando la pega, con el fin de disparar sin interrumpir las labores y de aprove-char el cambio de relevo para la ventilación.

Toda la producción y el estéril generado se transportan fuera de la mina mediante laextracción, que además debe garantizar la entrada en la explotación del personal, elmaterial y los equipos necesarios para dar la producción en condiciones de trabajoseguras.

A continuación se describen detalladamente la carga, el transporte (tanto conti-nuo como sobre vía minera o rodado) y la extracción, así como los principales equi-pos y elementos que las componen.

Aunque en la minería de interior se utilizan no sólo equipos propios de inte-rior, sino también equipos de minería a cielo abierto (como se puede observar enla Fotografía 1.1, que muestra una retro en una mina de pizarra subterránea),para este libro se han seleccionado únicamente los equipos específicos de mineríade interior, que en general también tienen aplicación en obra civil.

Fotografía 1.1. Retro empleada en carga en mina de interior de pizarraFotografía 1.1. Retro empleada en carga en mina de interior de pizarraFotografía 1.1. Retro empleada en carga en mina de interior de pizarraFotografía 1.1. Retro empleada en carga en mina de interior de pizarraFotografía 1.1. Retro empleada en carga en mina de interior de pizarra