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ROADHEADERCurso: Equipo Minero.
Integrantes. García Calizaya, Diego. Oré Santi, Lizet. Roncal Laos, Jhunior Santa María Solórzano, Junior.
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
E.A.P. INGENIERÍA DE MINAS
Docente: Msc. E. Mauro Giraldo Paredez.
Ciclo: 2012-I
1. GENERALIDADES
1. 1. DEFINICIÓN
Una rozadora es una máquina excavadora que desarrolla un sistema de trabajo mediante un cabezal rotatorio, provisto de herramientas de corte de metal duro que incide sobre la roca y va montado sobre un brazo articulado; un sis tema de recogida y transporte de escombros desde el frente hacia la parte trasera de la má quina completa, mediante el ensamblado de los mecanismos descritos a un chasis móvil sobre orugas, el sistema de trabajo de estas máquinas.
Las Rozadoras son ampliamente utilizadas en la excavación de la roca suave a medio, tanto en minería subterránea y de túneles, y se han convertido en una alternativa viable a las máquinas de perforación de túneles para crear aberturas en varias configuraciones y tamaños sin alterar la superficie de la roca circundante.
1.2. ESQUEMA DE UNA ROZADORA.
1. Rozadora.2. Escudo.3. Cilindros de mando.
4. Cinta transportadora.5. Tubo de la máquina.6. Grupo hidráulico.
Partes de una rozadora.
2. FUNCIONAMIENTO
2.1. ATAQUE PUNTUAL
Estas máquinas utilizan el sistema de ataque puntual, en el cual la potencia total del motor de corte y el peso de la máquina (fuerza de reacción) se concentran en única punta cortadora, lo que permite atacar rocas bastante duras.
2.2. SISTEMAS DE CORTE.
Dos son los sistemas de corte empleados: Ripping y Milling. (Rasgado y Fresado).
2.2.1. Ripping:
En este sistema el cabezal de corte gira perpendicularmente al brazo soporte y las herramientas de corte (picas) golpean la roca utilizando todo el peso de la máquina, por lo que el rendimiento de excavación aumenta y posibilita el rozado de las rocas más duras. La fuerza de corte se aplica principalmente de un modo frontal.
2.2.2. Milling:
En este sistema el cabezal de corte cilíndrico o troncocónico gira en línea con el eje del brazo soporte y la fuerza de corte se aplica lateralmente, por lo que no se aprovecha todo el peso de la máquina como fuerza de reacción.
Para terrenos duros necesita disponer de unos gatos de apoyo sobre los hastiales para absorber los momentos de giro producidos en el cabezal.
Cabezal – Sistema Ripping
Cabezal – Sistema Milling
2.2.3. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE AMBOS SISTEMAS
Ambos sistemas tienen sus ventajas e inconvenientes, y cada uno tiene sus aplicaciones específicas. Existen máquinas en el mercado que permiten la utilización de ambos sistemas con la simple sustitución del cabezal de corte.
Sin embargo, ensayos realizados demuestran que para un motor de corte de las mismas características, el rendimiento del rozado aumenta hasta un 30 por ciento utilizando el sistema Ripping.
En minería puede tener una buena aplicación el sistema Milling, ya que al ser el cabezal de corte de dimensiones más reducidas, permite su utilización en capas estrechas de mineral que puede ser rozado sin afectar la roca encajante.
Sin embargo, cuando se trata de excavar rocas duras, las ventajas se inclinan hacia el sistema Ripping.
2.3. ÚTILES DE CORTE
Los útiles de corte, o picas, juegan un papel importante en el proceso de trabajo, ya que es el elemento sometido a un mayor desgaste. Su geometría, disposición secuencial de cabezal de corte y los materiales de que se compone influyen grandemente en el rendimiento y la durabilidad y, por tanto, en la economía de la operación de rozado.
Las picas constan de una pastilla o punto de metal duro (carburo de tungsteno), según el tipo, dentro de una matriz de acero sometida a tratamientos de endurecimiento.
Para rocas blandas se usan las picas planas o radiales, y para las rocas duras las picas cónicas. Se fabrica una gama muy variada y la elección de la pica más económica debe hacerse después de haber probado varias de entre las que por sus características de diseño, resultan más aconsejables.
Una adecuada elección reduce los costos de rozado en una cuantía considerable. En presencia de rocas duras y abrasivas debe usarse una pica cuya punta de metal duro tenga un diámetro grande (como U 47-52 de Kennametal).
El metal duro se compone principalmente de una aleación de carburo de tungsteno y cobalto, buscando siempre un compromiso entre la dureza y la fragilidad del metal resultante.
El desgaste de picas es un factor muy importante a la hora de valorar el costo del rozado que será el componente principal del costo de la unidad metro cúbico de excavación. La vida de los cortadores es, en estos momentos, el factor dominante que limita el uso económico de estas máquinas. Modelos de picas a disposición.
2.3.1. ESPACIO ENTRE LAS PICAS Y EL DISEÑO DEL CABEZAL.
El espaciamiento entre los picos debe ser optimizado mediante el análisis de comportamiento de la roca y la profundidad prevista de penetración. Además, el diseño del cabezal cortador debe equilibrarse mediante el control de la colocación de los cortadores para seleccionar una distribución de la fuerza reducir al mínimo las vibraciones.
Este tema es de crucial importancia ya que el mayor espacio significa menos número de cortadores y las vibraciones potencialmente más altos. La vibración de la cabeza puede tener efectos adversos sobre la tasa de producción, la vida de la máquina, y el mantenimiento.
En consecuencia, un diseño cabezal de corte optimizado, logrado por la distribución de selección bien equilibrada y vibración minimizado, puede mejorar el rendimiento de una máquina dada.
2.4. SISTEMA DE CARGA DE ESCOMBROS.
El sistema de carga de escombros es diferente de unas máquinas a otras, y presenta básicamente cuatro variantes:
2.4.1. CARGA MEDIANTE BRAZOS RECOLECTORES.
El material rozado cae sobre una bandeja y es recogido mediante unos brazos que lo cargan a los transportadores (tipo Alpine, Roc-Miner Dosco y otros).
2.4.2. MESA RECOLECTORA.
El material cae sobre una mesa recolectora cuya parte superior tiene un movimiento alternativo hacia los lados, empujando el material hacia los transportadores.
2.4.3. CARRUSEL DE PALETAS.
Un transportador de paletas circulantes (transportador que da la vuelta) recoge el material. (Tipo Dosco).
3. FACTORES QUE DETERMINAN EL FUNCIONAMIENTO DE LAS
ROZADORAS3.1. PROPIEDADES DE LAS ROCAS
0 Densidad o Gravedad Específica. La suciedad afecta las propiedades de manejo de la excavadora.
0 Resistencia a la Compresión Uniaxial. Es uno de los parámetros más importantes que afectan la excavabilidad de la roca.
0 Resistencia a Tracción Indirecta (ensayo brasileño). Indica la tenacidad de la estructura de la roca.
0 La velocidad de Pulso Ultrasónico (velocidades acústicas). Reflejan la competencia y la fragilidad de la roca y afecta en gran medida a la facilidad de la excavación.
0 Constantes de elasticidad (módulo de Young y Coeficiente de Poisson).Indican la competencia y fragilidad de la roca.
0 Índice de Abrasividad Cerchar (CAI).
Es un resultado directo del ensayo de Abrasión que nos da una fuerte indicación del poco desgaste que existe.
Mientras que el rendimiento de corte está influenciado principalmente por cualidades macroscópicas, el desgaste de la herramienta es predominantemente afectado por propiedades microscópicas de las rocas, tales como contenido de cuarzo (equivalente Thuro 1997) y el grado de mineral de enclavamiento. Aunque la correlación entre el índice de Abrasividad CERCHAR y el consumo ha sido poco demostrado por Verhoef (1997), sólo hay pocos datos para imprimir un diagrama representativo.
Por ahora, el contenido de cuarzo en relación con la resistencia a la compresión no confinada parece ser la única base de datos fiables.
0 Abrasividad estimada.
La Abrasividad es el más importante de los factores económicos, y es función del porcen taje de minerales abrasivos que contiene la roca; como minerales abrasivos se definen aquéllos cuya dureza es superior a 5 1/2 puntos de la escala de Mohs. En el siguiente gráfico se clasifican las rocas según su Abrasividad.
Porcentaje de minerales abrasivos en Rocas
3.2. MEDICIONES DE FUERZAS.
Las fuerzas tridimensionales experimentadas por una herramienta de corte de roca pueden medirse directamente con la ayuda de una máquina de corte lineal (LCM). El LCM es una superficie rígida con un marco de acero instrumentado el cual sostiene una herramienta de corte único mientras una muestra de roca es forzada a pasar. La herramienta y la roca son de tamaño completo.
La profundidad de penetración y la velocidad de corte durante las pruebas se controlan, así como la distancia entre los cortes. Los valores de estos parámetros se eligen para imitar la acción de cortadores múltiples en una excavadora de campo, que directamente afectan a las fuerzas que actúan sobre la herramienta de corte durante la excavación.
Las fuerzas se miden por una celda de carga en la base de la herramienta de corte mientras atraviesa una solo cortador a lo largo de una línea a través de la roca. Las lecturas se registran a una tasa de 1.000 muestras por segundo en promedio, y se utiliza para calcular la energía requerida por el cortador para excavar una unidad de volumen de la roca (energía específica de corte).
3.3. PRINCIPIOS DE LA FRAGMENTACIÓN DE ROCAS CON BARRENOS.
Cuando se corta, la punta de la broca golpea la roca en conjunto con un ángulo de penetración. A medida que la herramienta penetra en la roca, una zona de material triturado se desarrolla debajo del cortador, el cual transfiere la carga a la roca que rodea
En esta zona, una burbuja de presión se forma y se propagan fracturas no muy profundas a la superficie rocosa a través de los efectos hidráulicos de la burbuja debido a las limitadas fuerzas disponibles en la herramienta que crea una zona relativamente pequeña aplastada con baja presión creada. Luego los barrenos aprovechan dichas fracturas en los espacios conjuntos para formar astillas aliviando de esta manera la superficie de la roca.
Desafortunadamente, debido a la falta de rigidez y la naturaleza de la operación de corte con este tipo de máquinas, el seguimiento del cortador es muy difícil. El resultado es un entramado de cruce de las rutas de los barrenos y el corte ineficaz debido a un uso ineficiente de la fractura patrón desarrollado por cortes anteriores.
El espaciamiento entre los cortes tiene un efecto significativo sobre las fuerzas de corte: Un corto espaciamiento entre los cortes significa muy ineficiente corte y excesivo sobre-aplastamiento lo cual genera polvo. A medida que el espaciamiento se incrementa, el corte se vuelve más eficiente hasta un cierto punto donde la interacción entre las fracturas de cortes anexos cesa.
Schimazek (1987) determinó el valor de la abrasividad relacionada con el volumen de cuarzo como un porcentaje del volumen total. Este índice indica la viabilidad del corte de rocas con rozadoras que cuentan con cuchillas de ataque y ha sido descrita bajo esta fórmula.
Dónde:
3.4. ESTIMACIÓN DE LAS FUERZAS DE CORTE.
Para situaciones donde no se están disponibles las fuerzas de corte, varios métodos se han propuesto para estimar las fuerzas de corte necesarias para lograr una cierta profundidad de penetración. Uno de los métodos más comunes fue desarrollado por Evans (1984) el cual predice la fuerza de arrastre sobre un barreno cónico expresado por:
Dónde:
4. CRITERIOS PARA LA ELECCIÓN DE UNA ROZADORA
4.1. RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE LA ROCA.
La resistencia a compresión de la roca no es de fácil determinación, ya que el dato obtenido en laboratorio sobre probeta puede no reflejar la realidad de la matriz rocosa. El grado de fracturación y la orientación de la estratificación influyen sobremanera en la resis tencia real del macizo en el momento de ser ro zado; es necesario, por tanto, hacer una correc ción sobre el valor determinado sobre probeta sopesando el grado de fracturación y diaclasado de la roca, determinando el número de familias de diaclasas que darán como resultado una re sistencia real inferior a la calculada. La estima ción de esta resistencia exige la observación del frente de roca y experiencia para su interpreta ción. Puede emplearse también la media de los valores obtenidos con el martillo Schmidt, obte niéndose la resistencia a compresión mediante la expresión log o c = 0,00014 y R + 3,16, y peso de la muestra seca Ib/ft. R = media de va lor obtenidos.
La elección de la potencia de la rozadora está en estrecha relación con la resistencia a com presión simple de la roca, la siguiente tabla indica esta relación basada en la práctica.
Resistencia de la roca Re kg/cm2
Potencia de la cabeza de corte (kW.)
200 30
300 50
400 70
500 90
600 103
700 116
800 130
900 165
1.000 200
1.200 300
Relación entre la resistencia de la roca y potencia
4.2. RENDIMIENTO DE ROZADO
El rendimiento de rozado, medido en metros cúbicos sobre perfil, depende principalmente de la resistencia a compresión simple y de la po tencia de la cabeza de corte, para una misma re lación Oc/Oi entre la resistencia a compresión y tracción de la roca, una relación óptima de ésta varía entre 10/1 y 15/1.
La tabla indica los rendimientos de rozado para distintas durezas del terreno y potencias de las máquinas.
Potenciade la cabeza
de corte (kw.)
Resistencia a compresión simple del terreno
(oc = kg/cm2)
1.200 1.000 500 300 200 80
Rendimiento m3/hora (CE = 1,00) R,
300 23 29 50 72 94 116
200 12 29 48 67 81110 27 27 34 4650 1 2 17 4140 6 12 3520 3 12
Rendimientos de rozado.
Los rendimientos que figuran en la tabla anterior hay que afectarlos de un coeficiente que llama remos de eficiencia, definido del siguiente modo:
Grado Condiciones del trabajo Coeficiente de eficiencia (CE)
1 Buenas condiciones en la solera. Se produce poco polvo. 1
2 Solera en malas condiciones. Poco polvo. 0,86
3 Mucho polvo, a veces hay que in terrumpir el trabajo. 0,69
4 Solera en malas condiciones. Mu cho polvo 0,52
Coeficiente de eficiencia en relación a las condiciones de trabajo.
4.3. CARACTERÍSTICAS ESPECÍFICAS DE CADA MÁQUINA
Cada máquina tiene sus peculiaridades que la pueden hacer más apta para un trabajo concreto. En la elección debe tenerse en cuenta:
0 Velocidad de traslación.0 Energías alternativas en la traslación.0 Si es apta o no para trabajar en ambientes potencialmente explosivos.0 Si dispone de brazo telescópico.0 Si dispone de brazo articulado.0 Los mecanismos de seguridad.0 La robustez de la máquina en las partes que más están sometidas a esfuerzos.0 Si dispone de sistema de chorro de agua a alta presión.0 Si dispone de un sistema adicional de di rección y control automático del perfil
de la excavación, etc.0 Asistencia técnica a pie de obra.0 Otras prestaciones.
5. RENDIMIENTOS.
Para calcular el rendimiento que puede obte ner una máquina rozadora es necesario sopesar todos los factores que pueden afectar al mismo.
Para su cálculo se propone la siguiente ex presión:
Dónde:
REXD = rendimiento de excavación/día en metros cúbicos (sobre perfil).
CE = coeficiente de eficiencia
RI = rendimiento instantáneo de excavación en m3/hora (sobre perfil),
n = número de horas trabajadas al día.
Ci = coeficiente de tiempos muertos, no dis ponible, en cada relevo.
CD = coeficiente de tiempo disponible para el rozado
El coeficiente CD se define del siguiente modo:
CD(%) Condiciones de trabajo
10 Condiciones pésimas.
20 Terrenos malos con varias fases de ejecución rea lizadas con la misma rozadora en los que se coloca un sostenimiento sistemático impor tante.
50 Cuando se trabaja por un frente en una sola fase y con un sostenimiento de cuantía ligera.
85 En condiciones óptimas, sin ningún impedimento para el trabajo de la máquina (situación no real).
Relación entre coeficiente CD y las condiciones de trabajo.
Ejemplo:Supongamos un túnel de una mina cuyo terreno presenta unas características geomecánicas muy malas (tipo E de Lauffer), siendo necesaria la ex cavación en fases.Suponiendo que se trabaja en tres turnos y que los coeficientes que intervienen en la ex presión son:
CE = 0.79, R, = 19 m3/h, H = 24 h, C, =0.812, CD = 0.29
Resulta:
Si la superficie rozada es de 90 m2, el avance día será de:
6. VENTAJAS.
0 Es un sistema que admite alta meca nización.0 Reduce sobre-excavaciones en relación con el uso de explosivos. 0 No altera prácticamente las característi cas iniciales de la roca. 0 Reduce la cuantía del sostenimiento frente al uso de explosivos. 0 Se adapta mejor que otros sistemas a la ejecución por fases.
En comparación con equipos TBM (topos) presenta las siguientes ventajas:
0 Tiene precios más razonables.0 Mayor flexibilidad para adaptarse a cual quier cambio de terreno.0 Se puede utilizar en una amplia rama de secciones, tanto en relación con su forma como en sus
dimensiones.0 Su instalación es mucho más fácil y económica.0 El porcentaje de mano de obra especiali zada es menor.0 En rocas de mala calidad permite un me jor acceso al frente para efectuar los tra bajos de sostenimiento.0 Permite efectuar la excavación en fases, lo que es decisivo en terrenos de mala calidad.0 El mayor rendimiento de avance del TBM es neutralizado por la incidencia en tiempo de los trabajos de
sostenimiento.
7. APLICACIÓN DEL ROADHEADER EN LA MINA SAN VICENTE:
7.1. CARACTERÍSTICAS.
0 Tipo: Rozadora para frentes de minado subterráneo0 Marca: Dosco 0 Capacidad: 400 t/h0 Tipo de yacimiento: Cuerpos de gran potencia y longitud horizontales y sub
- horizontales de minerales de zinc (blenda, esfalerita, pirita, pirrotita, otros).
0 Roca encajonante: Pizarra concordante con los cuerpos tabulares
inclinados a 29º.
7.2. ANTECEDENTES PARA SU ADQUISICIÓN:
La perforación y voladura origina inestabilidad permanente en la pizarra y peligro constante para el personal, reflejado en la alta frecuencia y severidad de los accidentes en el interior de la mina. La baja inclinación de la pizarra confinada al ser liberada en galerías y tajeos tiende a desprenderse en lajas ayudada por las vibraciones de los disparos.
El costo de sostenimiento es muy elevado (cerchas de acero, concreto rociado reforzado, pernos de anclaje longitudinal, cuadros de madera, relleno hidráulico).
La estructura geológica del yacimiento es de tipo tabular sub-horizontal de gran potencia y longitud.
El sistema de minado es por cámaras y pilares con relleno ascendente.Las galerías son de 4x5 m para acarreo sin rieles.El acceso a los tajeos es mediante una rampa a 12% pendiente.Tiempo de operación del equipo: 30 días.
7.3. MOTIVOS PARA SU PARALIZACIÓN:
Generación de polvo y ruido en el frente de excavación.Dificultad para eliminar el material roto en el frente de avance.Exposición del equipo y del personal a la caída de rocas.Frentes con abundante agua.Los motivos para la paralización fueron subsanados a un costo apreciable
pero la paralización continuó en razón de que ya no existían cuerpos tabulares potentes de baja inclinación. La operación minera estaba recuperando pilares de mineral dejados en la explotación pasada. La operación de la rozadora en la extracción de pilares es ineficiente y riesgosa.
8. MODELOS DE ROZADORAS.
Entre los principales modelos de rozadoras tenemos.
Eickhoff ET210Q Voest Alpine AM85 Dosco - LH1300 Misui Miike - MRHS220M DOSCO MK4 Alpine AM50 Voest Alpine MR520 Dosco LH1400 Sandvik ATM105 Voest Alpine AM65 Dosco MK3 Voest Alpine AM65 Dosco MK2A
9. MEDIDAS Y ACCIONES PREVENTIVAS DURANTE EL MANEJO
DE UNA ROZADORA.0 Todo personal que manipule la rozadora o cabrestante debe conocer la estructura de la máquina,
las instrucciones de explotación y las normas de seguridad.0 La rozadora y el cabrestante permanecerán siempre en buen estado de conservación y
mantenimiento.0 Se prohíbe utilizar los cables de la rozadora para bajar o subir por el taller.0 Las operaciones a realizar sobre la máquina se harán con ella parada y sus cofres
correspondientes estarán con el seccionador abierto. El responsable de poner en funcionamiento la máquina lo hará sólo cuando le avise el responsable de la operación.
0 El maquinista de arranque reconocerá de forma continua la atmósfera en el taller, siempre que comprueben la existencia de metano en proporción igual o mayor del 1% deberán desconectar los aparatos eléctricos. No se volverán a conectar hasta no haber recuperado la atmósfera adecuada.
0 Cuando se realicen labores de arranque, limpieza, etc., por delante o por detrás de la instalación, en zonas sin postear, se llevará a cabo previamente la correspondiente labor de saneo del techo y del frente del carbón.
0 El vigilante de arranque comprobará diariamente el funcionamiento del control de aislamiento de la instalación.
0 Semanalmente se hará una revisión de todos los elementos que componen la rozadora y los tornos, sustituyendo las piezas gastadas o deformadas.
10. MEDIDAS CORRECTORAS COMPLEMENTARIAS.
0 Formar al trabajador en materia de prevención de posturas inadecuadas, procurando además que exista una alternancia de posturas.
0 Reforzar las medidas de mantenimiento de las calles, evitando obstáculos innecesarios y permitiendo, en la medida de lo posible, que el espacio de trabajo facilite los movimientos del cuerpo.
0 Realizar los descansos reglamentarios y necesarios minimizará la probabilidad de aparición de fatiga mental y física, así como las consecuencias del sobreesfuerzo postural.
0 Establecimiento de un código de comunicación que evite confusiones y malentendidos entre el ayudante minero y el maquinista de arranque, por ejemplo repetir las instrucciones más de una vez comprobando así que el mensaje se ha comprendido correctamente.
0 Necesidad de medir y evaluar los niveles de ruido.0 Buscar procedimiento de trabajo adecuado para evitar taponamientos de carbón a la
entrada del taller y, como consecuencia, el riesgo de asfixia por defecto de oxígeno.0 Aumentar el número y frecuencia de las mediciones de polvo.
Fin de la Exposición.