Sistemas de extracción vertical

MI57G- Manejo de materiales y ventilación de minas

Profesor: Raúl Castro R.

Contenidos

Sistemas de extracción vertical Descripción del sistema Clasificación de sistemas de extracción vertical Componentes sistema

Cálculos de ingeniería del sistema Calculo de Ciclos Dimensionamiento de componentes

Sistemas de extracción vertical

La extracción vertical se emplea en minas cuya profundidad no permiten o justifican una extracción por medio de rampas o correas.

Los sistemas de extracción vertical utilizan piques por los cuales se transporta el material/personal hacia la mina o una combinación de ambos.

Sistema de extracción vertical

Sistema de tracción

Poleas

Estructura

Skip o jaulapique

Clasificación sistemas extracción vertical

1. Tipo de tracción Tambor – el cable es almacenado en el tambor Polea Koepe or fricción – el cable pasa sobre el tambor

2. Numero de elementos de transporte Un elemento Dos elementos (skip + jaula) Un elemento + 1 contrapeso

3. Tipo de guia y frenos Guías de madera/ metálica / cables

4. Tipo de recipiente Balde conico Skip automatico Jaula para transporte de personal

Principales componentes de un sistema de traspaso vertical1. Tipo de tracción:

1. Tambor2. Koepe

Elemento de transporte (clasificado de acuerdo a uso) Jaulas: personal y materiales Skips: transporte de roca quebrada o carbon y esteril

Tipo de cable1. Según tipo de cable:2. Cuerda Tracción: round strand, flattened strand, locked coil3. Cuerda contrapeso: non-rotating4. Cuerda guía: half-locked coil

1. Tipo de pique1. Proposito : pique de producción, servicio, exploración, escape, combinación2. Configuración: circular, rectangular, elíptico3. Tamaño: 3-15 m2 a 200 m24. Métodos de excavación: convencional (perforación y tronadura) y bored

2. Sistema de soporte1. Soporte: madera, concreto

3. Estructura1. Madera, acero o concreto: torre, backleg

Sistemas de tracción

Se instalan en un lugar estratégico

No balanceado: 1 cuerda

Balanceado= 1 cuerda se enrolla y la otra se estira

Koepe:

La rueda tiene una ranura con material friccionante

La cuerda no se guarda en el tambor

Las poleas se instalan en la estructura

2 cuerdas x skip

Tambor vs Koepe

Tipo Caracteristica

Doble tambor Se puede operar con dos compartimientos desde distintos niveles de la mina

Doble tambor Mejor sistema para la construcción de piques

Tambor Mejor para alta carga a transportar & poca profundidad

Tambor La capacidad esta limitada al uso de una sola cuerda, se puede adicionar una (tipo Blair) y entonces puede ocuparse para minas profundas

Friccion Los sistemas Koepe con mutiple cables tienen mayor capacidad en ton/hr que los tambores dentro de un rango de 460 a 1520 m.

Koepe Operación es simple, menor inercia rotación mas economicos. Pueden operar con una menor gasto de electricidad

Skips y accesorios

Skipping consiste en llenar, transportar, vaciar y retorno a llenado de materiales.

El mineral puede ser chancado o no y la operación de llenado puede ser manual o automatizada.

Para alcanzar altas velocidades los skips se guian

Se vacian en cualquier parte aunque es mas comun el vaciado en la infraestructura.

Las dimensiones del skip estan restringidas por el tamaño del material (para que fluya)

Existen tres tipos de skips

Volteo o Kimberley

Cuerpo movible

Cuerpo fijo

Tipos de skip

Cuerpo movil / descarga por el fondo

Cuerpo fijo descarga por el fondo

Accesorios

Otras componentes del sistema de transporte son:

Carguío skip: para transferir material desde la mina al skip. Buzon medidor (bin) Bin- alimentador- Correas Pueden ser automatizados

Control del Derrame: Se puede llegar a 1,5 hasta 5 % de derrame durante la carga al skip. Se utilizan deflectores bajo el skip o bien se desarrolla una rampa hasta el fondo del pique. Especial cuidado en sistema Koepe porque el cable llega al fondo.

Jaulas: para transporte de personal y materiales que entran y salen de la mina.

Contrapesos: para balancear el sistema. Se diseñan de manera de llenar el espacio disponible

Elementos de seguridad: “safety dog” que se activa en el caso de corte de cuerda y penetran las guías

Cálculos de ingeniería

Producción requerida del sistema (ton/h) - input Determinar tiempos de ciclo Tamaño del skip Tamaño (peso) de los cables Tamaño del tambor Calculo de potencia del motor Calculo del numero de sistemas de extracción Calculo del tipo de cable a utilizar

Ciclo en un sistema de extracción vertical

T1= tiempo aceleración

T3= tiempo desaceleración

T2= tiempo viaje veloc. maxima

Tr = tiempo parado (descarga/carga) v

T1= V/a

T3 = V/rT2 = L/V – V/2 x (1/a+1/r)

L = V/2 x (1/a + 1/r)

Tciclo= V/a + L/V – V/2 x (1/a + 1/r) + V/r + tr

L= profundidad de viaje

a = aceleración (m/s2)

r = desaceleración (m/s2)

V= velocidad máxima (m/s)

Calculo de ciclo

Para cálculos iniciales:V= 0,41L (Tambor)V=0,436L (Koepe)Tr= 20 sL= profundidad en metros (m)

Entonces:

Tciclo= 0,612 x L + 22,439 (Tambor)Tciclo= 0,651 x L + 22,29 (Koepe)

Velocidades según tipo de guía:

10 m/s (madera)

15 m/s (acero)

20 m/s (cable)

Calculo Tamaño del skip

Carga, W = Producción requerida/ n° viajes x hora

= producción / tiempo ciclo (s) x 3600 (s/hr)

W skip = 0, 5 W + 680 o bien,

W skip = 5/8 x P

Calculo del peso de cables

W cable = W(1+Wskip) x 1000 (kg/m)

Ls - 1370

Ls = Lu

5

Lu = largo máximo del cable que puede ser suspendido

W cable = W(1+Wskip) x 1000 (kg/m)

Ls - 1

L < 1370 m L > 1370 m

Calculo del tamaño del tambor

dt

dw

Criterio:

dt > 60 dc (para cualquier aplicación)

dt > 80 dc (dc > 25 mm)

dt > 60 dc (dc < 25 mm)

dt > 100 dc (cable tipo locked coiled)

Ct = 3,024 x dw x N x (dt/dc + 0,85 x (N-1))

Capacidad del tambor (metros de cable)

N= numero de vueltas

Dc = diametro del cable (m)

Calculo de la potencia del tambor

Dos aproximaciones

Simple:

HP = carga x velocidad 33,000

HP =pies/m x tons x 2000 = carga x velocidadk k

Calculo de la potencia del tambor- aprox. simple

k

Profundidad ( pies)

Calculo de la potencia del tambor- mejor aprox.

Considera distintas etapas de aceleración del sistema de arrastre & corrección por eficiencia

1. 0 - Marcha lenta (acelera)

2. Marcha lenta (sin acelerar)

3. Aceleración (HP1)

4. Velocidad máxima (HP3)

5. Desacelerar a marcha lenta

6. Marcha lenta (sin acelerar)

7. Desacelera hasta detenerse (HP2)

8. Detención

Carga dinámica (EEW)

Koepe

Tambor simple

Tambor doble

* Ejemplo Calculo de potencia

Dt (pies)

Calculo numero de sistemas de extracción mina

1. Numero de viajes de mineral por día2. Numero de viajes estéril por día3. Numero viajes materiales por día4. Numero de viajes hombres por día5. Tiempo requerido para inspecciones del pique,

tambor/Koepe, cables, mantención y las requeridas por legislación.

6. Tiempos perdidos

Calculo numero de sistemas de extracción mina

Tiempo mineral = producción mineral (ton/hr) producción skip (hr/día)

Tiempo estéril = producción estéril producción skip

Tiempo materiales = N x T 3600

N = numero de viajes con insumosT = tiempo ciclo viaje insumos

Numero de viajes de transporte de personal depende de: Capacidad de la jaula Numero de niveles U.G. Velocidad a primer nivel y de ahí a otros niveles Tiempo carga descarga

Tiempo mantención Mantenciones requeridas Semanal (3,5 horas)

1,5 pique/skip/cable 0,5 poleas 1,5 tambor

Mensual (4 horas) Mantencion cable: 4 h/mes

Trimestral (4 horas) Test electromagneticos cables Cables y accesorios Test de caida skip

Si considera disponibilidad ocupar 1 hr/día

Se ha medido hasta un 90% de utilización en faenas.

Usar 70% utilización i.e. 16,8 hr/día (conservador)

T = Tm + Te + Tm + Th + Tm + Ti (h)

Utilización (%)

Si T > 24 h se necesitan mas piques!!

Utilización

Calculo de requerimiento de Cables Alma

Torón

Alambre

Alambres:

•existen alambres de hasta 2480 MPa.

•Mayor resistencia : menor vida util y fatiga

•Existen diferentes formas

•Acero galvanizado

Torones:

•Circulares

•Triangulares

•ovalados

Alma: diseñados para resistir esfuerzos de compresión interna

Trenzado: indica la forma en que son trenzados los cables

Cables- Tipos de trenzado

Trenzado regular:

•Resistencia a la distorsión y golpes

•Para cable de contrapeso

Trenzado tipo Lang

Resistencia a la abrasión y mayor flexibilidad

Para cables de tracción

Tipos de cable

Round strand: los torones son circulares Flattened strand : los torones son

triangulares Full locked coil: no son entrelazados

Tabla de características de cables

Selección de cables

Que mirar en cable:

Resistencia a la tensión Resistencia a la fatiga Resistencia a la abrasión Resistencia a golpes y distorsión Forma de trenzado con respecto a la posición del tambor y la

forma en que se enrolla el cable

Selección de cables - Factor de seguridad

Selección de cables para tambores

Resistencia requerida = carga estática ( 7,0 – 0,001 L)

Si L < 3000 pies

Resistencia requerida = carga estática x 4,0

Si L > 3000 pies

(*) Ejemplo calculo resistencia cables. Los ejemplos serán dados en clases