Carguío de Materiales Pesados (Open Pit)- 2013

CARGUÍO DE MATERIALES PESADOS (OPEN PIT) 1

CARGUÍO DE MATERIALES PESADOS (OPEN PIT)

Omar Cortez Eguia1; Omar Pérez Lizárraga

2.

Sinapsis

Uno de los problemas más difíciles de superar en cuanto al carguío de materiales pesados es la

caída de rocas, producto de la voladuras se obtiene taludes altos para el minado, se sabe por teoría que si reducimos 3 segundos promedio en el ciclo de carguío puede ofrecernos mejoras en

los rendimientos de hasta el 5% este es el caso de los materiales CG,FG y R en el caso de la

Mina 16-18.

Palabras Claves: Seguridad, Talud, Carguío, Equipos de Carguío.

Introducción

En lo que respecta al carguío de materiales

pesados (llamamos así a los materiales con densidades mayores a 4 TN/m3 ejemplo

Mina 16-18 Shougang-Marcona), la caída

de bancos de las pilas después del disparo

no es controlada por el equipo de carguío siendo un riesgo tanto para el equipo de

carguío y acarreo.

Esto implica perdida ya que para minimizar

el riesgo de la caída de bancos al camión el

operador del cargador tiene que cuadrar el camión alejado del talud perdiendo así

productividad ya que el ciclo de carguío se

incrementa.

El uso de equipo auxiliar (Tractor) es

necesario para bajar la altura de talud esto

ocasiona un consumo de recursos y un incremento de costo, el cual podría

utilizarse para otros trabajos, los bancos

colgados también conllevan a que el equipo de carguío pare de cargar y se encargue de

hacer caer los bancos colgados aumentando

de esta manera los tiempos improductivos,

buscamos así idear un método que mejore la productividad de los equipos de carguío,

reduciendo la incidencia de accidentes por

caída de rocas y optimizando el uso de los equipos auxiliares.

1 Ingeniero de Minas.CIP 112134.UNSA. [email protected].

2 Ingeniero de Minas.CIP 124250.UNSA.

[email protected].

Foto 1. Tractor bajando la altura de la pila.

Desarrollo

Análisis de Campo

El mineral volado en la Mina 16-18 no

fluye con facilidad y con pilas altas (hasta 16 m.) el riesgo de caída de rocas es alto ya

sea para el equipo de carguío y los

camiones, esto también se ve reflejado en

un factor de llenado pobre teniendo que realizar más pases de los que serían óptimos

para cargar un camión económicamente,

esto entre 3 a 5 pases.

Como se sabe tanto la pala hidráulica como

el cargador frontal al momento de cargar utilizan la fuerza de empuje (Crowd) y la

fuerza de giro (swing) del cucharon hacia el

frente, si no logran penetrar lo suficiente en

el material, porque este se encuentra entrelazado, y/o además el peso del

material sobre el toe de la pila de material

disparado ofrece resistencia al carguío de este, ocasionando que la máquina desarrolle

su máxima fuerza teniendo que levantar el

cucharon con poco material rastrillándolo como una pala eléctrica.


Foto 2. Carguío con altura de más de 12 m.

La bolonería de gran tamaño (rocas de

2.0x1.5x2.0m.) pueden llegar a pesar hasta 28 TN esto por las densidades que se tienen

insitu, estas rocas tienen que ser retiradas

por el equipo de carguío del frente para proseguir con la operación, además de

producir tiempo improductivo es riesgoso

cargar o mover rocas de gran tamaño.

La variabilidad del ciclo de carguío es

afectada por el tiempo que se utiliza

cambiando la dirección del ataque a la pila y esto se da en general por la presencia de

toes y bolones en el piso de la zona del

disparo los cuales impiden avanzar generando un patrón no constante de

carguío dejando de cargar y cambiándose

de lugar para encontrar una zona adecuada

para continuar con el carguío.

Después de la voladura en mineral se tienen

pilas con alturas de hasta 16 metros con una fragmentación irregular y bancos de hasta

1.5 metros de diámetro producto de esto los

accidentes que se han tenido en los frentes en su mayoría han sido por caída de roca.

Oportunidad de Mejora

Al desplazar el material volado fuera del

área perforada buscamos tener la pila de

material resultante de altura adecuada para su carguío en especial con el cargador

frontal, teniendo alturas máximas de 8

metros y así trabajar sobre una plataforma ya nivelada antes del disparo y por ende sin

presencia de toes, es importante limpiar la

zona de bolonería de gran tamaño en los

alrededores antes de la voladura porque estos bancos de mineral quedan enterrados

por el disparo y pueden dañar los equipos al

momento de entrar a cargar.

Carguío fuera del área perforada

Se trabaja sobre una plataforma ya

nivelada, el 60%-70% del material del disparo. Se ubica fuera del área

perforada.

No se encontraron toes en el piso los

cuales modificarían la estrategia de carguío y minado, (ya que se exige

seleccionar el mineral y seguir una

determinada dirección en donde se encuentra el mineral que el cliente

requiere).

Altura de la pila desplazada, máxima

de 8 metros máximo alcance del

cargador, y mínima la altura de un cucharon del equipo de carguío.

Se mantienen el límite de

desplazamiento a 1.5 revoluciones del

neumático.

Minimiza el riesgo de caída de rocas

(trabajo seguro) ya que la posibilidad

de que un banco ruede y dañe al

camión y/o cargador se reduce

drásticamente; se observa que en una pila alta cuando no se ataca

perpendicular al frente de carguío se

produce deslizamiento de rocas en dirección de los flancos del cargador

frontal lo cual podría dañar los

neumáticos de esta máquina.

Foto 3. Proyecto listo para disparar (RPO).

Foto 4. Material extendido.

Para el disparo que se aprecia en la foto se obtuvo 209 000Ton. De las cuales se


desplazo el 68% fuera del área perforada

según topografía, extendiendo el material

sobre una plataforma en donde ya se trabajó anteriormente por lo tanto esta plataforma

ya se encontraba nivelada, es decir ya fue

trabajada en el disparo adyacente previo.

En la Tabla 1 podemos apreciar que si

mejoramos la producción en un 10% el costo en $/BCM tiende a reducirse hasta en

un 9.1% lo cual es favorable para los

objetivos de la empresa.

En la Tabla 2 se puede apreciar la

diferencia cuando el material se encuentra

extendido y cuando no se encuentra extendido y en este último sale en negativo

lo cual es perdida.

Factores que causan la disminución de

eficiencia del trabajo (carguío y acarreo).

Se identifica los puntos que hacen que el factor de eficiencia de trabajo disminuya:

Eficiencia del operador al centrar su

atención en la caída de material del talud alto (pila de material) en

dirección al equipo de carguío o al de

acarreo.

Ciclos de carguío más largos ya que el

camión se posiciona alejado del equipo de carguío.

El carguío puede tornarse lento ya que con el talud alto se incrementa la

generación de polvo, producto del

material que cae de lo alto de la pila, disminuyendo la visibilidad del área de

trabajo.

El uso de equipo auxiliar, se hace necesario para eliminar toes en el

frente de carguío y bolonería colgada en el talud, en ocasiones se tiene que

parar la operación de carguío para

proceder. Traslado del cargador hacia distintas zonas dentro del mismo frente

buscando el lugar adecuado para el

carguío.

C.U.

Carguío ($/BCM) 0.995 289.40

166.20

350.00

Equipo BCM/Hr. H.E. H.M.Producción

BCM/H.E.$/BCM

Costo

Carguío ($)

Venta al C.U.

($)

Ganacia

($)

Cargador WA-900 333.00 9.5 10.5 3163.50 0.961 3038.70 3147.68 108.98

Cargador WA-900 338.55 9.5 10.5 3216.23 0.945 3038.70 3200.14 161.44

Cargador WA-900 344.10 9.5 10.5 3268.95 0.930 3038.70 3252.61 213.91

Cargador WA-900 349.65 9.5 10.5 3321.68 0.915 3038.70 3305.07 266.37

Cargador WA-900 355.20 9.5 10.5 3374.40 0.901 3038.70 3357.53 318.83

Cargador WA-900 360.75 9.5 10.5 3427.13 0.887 3038.70 3409.99 371.29

Cargador WA-900 366.30 9.5 10.5 3479.85 0.873 3038.70 3462.45 423.75

Mejora en la producción: 10.0% 0.087

9.1%

Tabla 1. Análisis de Carguío.

ANALISIS DE CARGUIO MARCONA

Reduccion del costo en $/BCM

Reduccion del costo en %

Cargador WA-900

Costo Horario ($/Hr).

Pala RH90C

Excavadora Cat 385

Equipo MaterialBanco

ProyectoH.M. H.E.

Meta

BCM/HE

Producción

BCM/HM

Producción

BCM/HE

%

BCM/HEObservaciones

Cargador WA-900 Refractario 662-41 7.93 7.81 333 372 380 14.11% Material extendido

Exc-385 Refractario 662-41 1.51 1.45 245 315 328 33.88% Material extendido

Cargador WA-900 Refractario 662-41 7.09 6.25 333 382 441 32.43% Material extendido

Cargador WA-900 Actinolita 662-34 7.39 6.93 440 564 602 36.82% Material extendido

Cargador WA-900 Actinolita 662-34 5.5 5.5 440 608 608 38.18% Material extendido

Cargador WA-900 CG 662-39 6.21 5.98 351 303 315 -10.26% Material no extendido

Cargador WA-900 CG 662-39 7.5 6.9 351 323 330 -5.98% Material no extendido

Tabla 2. Analisis de Diferencia en porcentaje entre los BCM/HE Meta vs Produccion.


Variabilidad de los ciclos

La variabilidad de los ciclos es una variable aleatoria esto no solo se observa en los

camiones sino también en los cargadores

por ejemplo un tiempo de ciclo de un minuto podría ser 50” o 1´20” de acuerdo a

las condiciones de la máquina y el frente de

carguío.

La variabilidad de los equipos es reflejada

por el Bunching que indica que a mayor

variabilidad la eficiencia de la operación será menor.

Tabla 3. Mismatch (Camiones vs. Cargador)

Tabla 4. Eficiencia de la Flota.

Tabla 5. Bunching.

Para hallar el Bunching se tomaron muestras de ciclos de los equipos de

carguío, las cuales representan una hora

efectiva de carguío (entre 50 y 54 minutos).

Tabla 6. Muestras para hallar el Coeficiente de Variabilidad.

La interpretación de la Tabla 6 de cada

resultado se detalla a continuación.

Muestra 1.- Material extendido

Fragmentación Mediana-Gruesa fuera

del área perforada.

Muestra 2.- Material no extendido,

dentro del área perforada (presencia de

toes).

Muestra 3.- Material no extendido, aunque se carga fuera del área

perforada.

Nivel-Proy 662-48 Nivel-Proy 662-48 Nivel-Proy 650-33 Nivel-Proy 662-54 Nivel-Proy 650-29 Nivel-Proy 650-34 Nivel-Proy 650-29 Nivel-Proy 650-33 Nivel-Proy 650-33 Nivel-Proy 650-33

Material RPO Material RPO Material CGPO Material Desmonte Material Actinolita Material CGPO Material CGPO Material Actinolita Material Actinolita Material Actinolita

fecha 17-mar fecha 18-mar fecha 19-abr fecha 19-abr Fecha 17-mar Fecha Fecha Fecha 08/04/2012 Fecha 10/04/2012 Fecha 11/04/2012

Guardia Noche Guardia Noche Guardia Noche Guardia Dia Guardia Noche Guardia Noche Guardia Guardia Dia Guardia Noche Guardia Noche

Equipo Exc-385 Equipo Exc-385 Equipo Exc-385 Equipo Pala RH90C Equipo Pala RH90C Equipo Pala RH90C Equipo Pala RH90C Equipo Pala RH90C Equipo Pala RH90C Equipo Pala RH90C

Ciclo (Seg) Ciclo (min) Ciclo (Seg) Ciclo (min) Ciclo (Seg) Ciclo (min) Ciclo (Seg) Ciclo (min) Ciclo (Seg) Ciclo (min) Ciclo (Seg) Ciclo (min) Ciclo (Seg) Ciclo (min) Ciclo (Seg) Ciclo (min) Ciclo (Seg) Ciclo (min) Ciclo (Seg) Ciclo (min)

Promedio 25 0.4181 30 0.5051 24 0.3988 24 0.3940 26 0.4333 27 0.4572 29 0.4769 32 0.5302 29 0.4819 32 0.5412

Desv. Estandar

Varianza

Coef. Variación

0.0799

0.0064

0.2827

0.0291

0.17060.1046

0.3234

0.0109

0.0768

0.0059

0.2771 0.5482

0.0903

0.30050.2419

0.0585

0.49180.4131

0.0902

0.0081

0.30030.3862

0.0222

0.1491

0.0119

0.1091

0.3304

0.0456

0.0021

0.2135

Muestra 8 Muestra 9 Muestra 10Muestra 7Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Muestra 5 Muestra 6

Nivel-Proy 650-33 Nivel-Proy 650-33 Nivel-Proy 650-10(Rampa) Nivel-Proy 650-10(Rampa) Nivel-Proy 650-10(Rampa) Nivel-Proy 650-34 Nivel-Proy 650-34 Nivel-Proy 650-03 Nivel-Proy 650-03 Nivel-Proy 650-03

Material Actinolita Material Actinolita Material CGPO Material Desmonte Material Refractario PO Material CGPO Material CGPO Material Refractario PO Material Refractario PO Material Refractario PO

Fecha 12/04/2012 Fecha 14/04/2012 Fecha 05/05/2012 Fecha 05/05/2012 Fecha 05/05/2012 Fecha Fecha Fecha Fecha Fecha

Guardia Noche Guardia Noche Guardia Día Guardia Noche Guardia Noche Guardia Día Guardia Día Guardia Noche Guardia Día Guardia Noche

Equipo Pala RH90C Equipo Pala RH90C Equipo WA-900 Equipo WA-900 Equipo WA-900 Equipo WA-900 Equipo WA-900 Equipo WA-900 Equipo WA-900 Equipo WA-900

Ciclo (Seg) Ciclo (min) Ciclo (Seg) Ciclo (min) Ciclo (Seg) Ciclo (min) Ciclo (Seg) Ciclo (min) Ciclo (Seg) Ciclo (min) Ciclo (Seg) Ciclo (min) Ciclo (Seg) Ciclo (min) Ciclo (Seg) Ciclo (min) Ciclo (Seg) Ciclo (min) Ciclo (Seg) Ciclo (min)

30 0.4958 30 0.4961 40 0.6610 36 0.6023 36 0.5992 38 0.6298 38 0.6263 39 0.6470 39 0.6432 38 0.6262

Muestra 20

0.0545

0.0030

0.2336

Muestra 18

0.0622

0.0039

0.2493

Muestra 19

0.0616

0.0038

0.2482

0.1389

0.0193

0.3728

0.2487

0.0618

0.4987

Muestra 11 Muestra 12 Muestra 13

0.0854

0.0073

0.2922

Muestra 14

0.0558

0.0031

0.2362

Muestra 17

0.0725

0.0053

0.2693

Muestra 15

0.0827

0.0068

0.2875

Muestra 16

0.0828

0.0068

0.2877


Muestra 4.- Se observa la diferencia de

coeficiente de variación en hornfels,

llegando cerca de un 90% de eficiencia

en el carguío.

Desde la muestra 5 a la 12 se trabajó

en condiciones con altura de banco

para minar de 12 metros, se trabajó

dentro del piso de la voladura, se tractoreo para descabezar el frente por

tal motivo los Coeficientes salen altos.

Muestra 13.- Se mejora con respecto al

Coeficiente ya que la altura del frente

no pasaba los 8 a 9 metros con una granulometría regular.

Muestra 14.- El material se presta para

minar sin problemas ya que es

desmonte y la altura de talud de trabajo tenía como máximo 6 metros, el piso

estaba fuera del área volada. Este caso

es uno de los que hemos tomado como referencia (coeficiente en materiales

como el hornfels).

Muestra 15.- Se carga mineral

refractario fuera del área perforada, la

granulometría es media con poca presencia de bolonería.

Muestra 16.- Se carga mineral CG

fuera del área perforada, la


Muestra 17.- Se carga mineral CG

fuera del área perforada, la



Refractario PO fuera del área

perforada, la granulometría es media

con poca presencia de bolonería.









La recolección de datos de campo nos

muestra que la variabilidad del equipo de

carguío da como resultados eficiencias de la flota entre 80% y 87%logrando reducir

en promedio entre 3” y 4.5”del ciclo

estimado teórico (presupuesto).Se estudió los ciclos de carguío de la Excavadora CAT

385L, la Pala Hidráulica R&H90C y el

Cargador WA900 obteniendo como ideal

para realizar este tipo de carguío al Cargador WA900 ya que las características

del frente favorecen su desempeño, no

obstante la Pala y la Excavadora también incrementaron su eficiencia. De esta manera

se podía atacar el material extendido con

cualquiera de los tres equipos de carguío

con buena eficiencia en el siguiente orden WA900; Excavadora CAT 385L y la Pala

R&H90C.

El uso de la Excavadora CAT 385L es muy

versátil, se usó en material extendido y en

zona de área perforada en la cual se obtuvo buenos resultados por la fuerzas de corte

que desarrolla.

La PalaR&H-90C mejoró su eficiencia en carguío de mineral considerablemente, pero

su uso era altamente productivo en

materiales medianamente ligeros tales como el hornfels.

Seguridad

Uno de los motivos por el cual se realizó

este trabajo es por la cantidad de accidentes con caída de roca ya que las pilas después

del disparo pasaban los 12 metros de altura

y esto acompañado con la densidad alta del

material eran un riesgo alto, los bancos colgados, como se aprecia en el cuadro de

resumen de accidentes por tipo la “Caída de

Roca” está en un promedio de 25%.

Tabla 7. Número y costo por caída de rocas.

Tipo 2009 2010 2012 Total por tipo %

Caida de Roca 7 2 11 20 25%

Otros 15 9 36 60 75%

Costo Anual * $ 11,750.00 $ 1,000.00 $ 18,122.00 $ 30,872.00

Accidentes por Año

*Costo anual solo por caida de roca

23%

77%

Grafico Caida de Roca vs

Otros

Caida de Roca Otros


El costo por los accidentes que se tuvo fue

de $ 30,872.00 esto en los años 2009, 2010

y 2012.

Esto también está relacionado con la

Energía Potencial ya que no es igual que una roca caiga de una altura de 8 metros a

una altura de 16 metros.

Tabla 8. Densidades de los materiales.

Calculo de la energía potencial de un

banco colgado de mineral en el talud de

trabajo.

El control sobre la energía en la actividad

de carguío y acarreo minimizará los riesgos asociados a la actividad para ello

calculamos la energía potencial a la cual

estamos expuestos en un frente de carguío.

La relación de la masa del cuerpo, la

aceleración de la gravedad y la altura

respecto al nivel del suelo nos da la energía potencial debido a las densidades de los

materiales con los que trabajamos el peso

de estos materiales será alto respecto al

hornfels u andesita y esto suma para incrementar la energía potencial en cuerpos

de dimensiones similares, comparamos dos

cuerpo de la misma dimensión:

Dimensiones promedio:

1m.x0.8m.x0.8m= 0.64m3

Densidad mineral primario: 4.47gr/cc.

Densidad desmonte Hornfels: 2.74

gr/cc.

Tabla 9.

Lo que indica la Tabla 9 es que la relación

promedio de reducción de la energía potencial es el 50% respecto al mismo

material y la energía del hornfels respecto

al mineral primario con una misma altura es

38.85% aproximadamente 40% menor.

CONCLUSIONES:

Se cuida los neumáticos, minimizando

los impactos a neumáticos, del equipo

de carguío y del equipo de acarreo al

trabajar en un piso nivelado y lastrado (preparado), se reduce la posibilidad de

encontrar toes los cuales podrían cortar

los neumáticos.

Al tener altura de pila adecuada, baja

la energía potencial del banco, produciéndose mejoras en la reducción

del riesgo asociado al carguío de

materiales.

No se utilizará el equipo auxiliar para

controlar los bancos colgados a

diferencia de trabajar en taludes altos

(entre 9 y 16 metros de altura).Se reduce uso de equipo auxiliar lo que

mejora el uso de este recurso y reduce

costos de operación (en este caso el

tractoreo para bajar la altura del talud de trabajo que como mínimo se utilizó

30 horas en el disparo del proyecto

650-22, un proyecto de 150,000TN). Las 30 horas utilizadas por el tractor

(107.4 $/h) en ese proyecto fue un

gasto de $ 3,222.93 los cuales se

pueden ahorrar al expandir el material.

La eficiencia del carguío de materiales

tales como mineral y actinolita se

reduce cuando el material tiene una

granulometría mediana a gruesa y se encuentra apilado con más de la altura

de trabajo óptima afectando en el

factor de llenado del cucharon del equipo de carguío.

La probabilidad de disminuir el tiempo

de ciclo del equipo de carguío se

incrementa al generar condiciones

adecuadas tales como altura de talud de trabajo adecuada (compatible al

equipo que realice el carguío).

Recomendaciones

Generar áreas adecuadas para el

desplazamiento óptimo de la pila de material, caso particular de mineral

CG, FG y R.

Mineral CG;FG;R(PO) CG;FG;R(BL)

Densidad en banco(max) 4.47 tn/m3

3.96 tn/m3

Densidad suelto (max) 3.2 tn/m3

2.8 tn/m3

Factor de esponjamiento teórico 40% 40%

Factor de carga 71% 71%

U= M.G.H

Material M(kg) G(m/s2) H(m) U(joules)

Mineral PO. 2860.8 9.8 16 448 573.44

Mineral PO. 2860.8 9.8 8 224 286.72

Hornfels 1753.6 9.8 16 274 964.48

Hornfels 1753.6 9.8 8 137 482.24


Reducir la generación de bolonería de

gran tamaño en la pila de material

volado, ya que al mejorar la

fragmentación se incrementa el factor de llenado.

Generar proyectos de un solo tipo de material para no tener inconvenientes

en el desplazamiento y dilución del

mineral a ser volado.

Referencias

1. Diplomado Intercade “Equipos de

Carguío y Acarreo en Minería Superficial”.

2. P.N. Calder “Tópicos de Ingeniería de

Minas a Tajo Abierto”. 3. CIDEAD “Propiedades de los

Materiales”

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