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Uso de un Sistema de Chancado y Transporte Dentro del Rajo para Desarrollar una Operación Minera a Rajo Abierto
La disminución de los suministros de combustibles y los mayores costos de mano de obra han cambiado la forma en que se hace la selección de los equipos mineros.
Pruebas recientes de desempeño usando la última tecnología en clasificadores de minerales y el desarrollo cada vez mayor de los sistemas de manejo de materiales en gran escala, han visto el surgimiento de proveedores competitivos y verosímiles de máquinas para un manejo continuo de materiales para todo tipo de operaciones de explotación a rajo abierto.
Este artículo considera la posibilidad de una gran mina a rajo abierto que se está comenzando a explotar, el desarrollo a través de sus operaciones iniciales y su expansión posterior en un escenario sin camiones, reduciendo substancialmente los requerimientos de recursos.
Esto, por lo tanto, lleva a costos de operación más económicos sin una inversión de capital considerable.
En el año 2006, la industria minera vislumbró un futuro sombrío. Los proveedores de neumáticos propusieron una limitante insuficiencia e insistieron en que a las compañías mineras les bastaba el nivel de suministro existente. Eso podría no haber sido un problema importante si, al mismo tiempo, estas empresas no hubieran estado considerando uniformemente la expansión de sus operaciones.
Desde entonces, se ha desarrollado una capacidad adicional de neumáticos, pero las empresas mineras todavía se enfrentan a un mundo en que la escasez de neumáticos podría no ser un fenómeno aislado. Esto combinado con los altos precios de los combustibles y la escasez de mano de obra capacitada hace que el futuro se vea incierto.
Durante la crisis, varios operadores mineros consideraron el uso de sistemas de explotación continua y semicontinua a gran escala. Estos estudios produjeron interesantes resultados, algunos de los cuales se están implementando en tanto que otros están pasando al proceso de planificación.
Sin embargo, para cualquier mina que maneja una masa de roca competente o significativa, los estilos tradicionales de sistemas de extracción continua no son apropiados. Las excavadoras tipo roto-palas y las máquinas continuas para abrir galerías son capaces de suministrar un flujo de alimentación en fragmentos lo suficientemente pequeños como para ser transportados, pero su uso se limita a materiales que pueden cortarse o fragmentarse con facilidad.
La mayoría de los materiales de sobrecapa de los yacimientos no es adecuada para este estilo de operación y para rocas más competentes, la reducción del flujo de alimentación a un tamaño lo suficientemente pequeño como para ser transportado requiere de un chancador o un triturador.
Este artículo considerará, por lo tanto, el ejemplo más general de una instalación de chancado móvil.
1. Selección de Equipos
1.1 Unidades de Carga
El uso de tecnología de explotación continua no impone la selección de máquinas de excavación. Las unidades apropiadas para alimentar un sistema de chancado móvil incluyen:
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Palas hidráulicas
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Cargadores frontales de gran tamaño
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Palas de cable de tamaño mediano
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Palas de cable de gran tamaño
Cualquiera de éstas podría cargar sistemas de chancado móviles dentro del rajo a tasas variables.
1.2 Selección del cucharón
Al seleccionar un cucharón, usted debe prestar atención a:
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el peso del paquete protector contra el desgaste;
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el peso del cucharón;
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la densidad del material que se está excavando;
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los huecos que quedan en el cucharón debido a la forma o fragmentación del material; y
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el nivel de habilidad promedio de los operadores.
1.3 Operación por Frentes
Generalmente hablando, la explotación de un frente ancho, en tanto que la pala se arrastra por vía decauville en un patrón circular alrededor de la tolva del chancador, ofrece la mejor productividad global.
2. Selección de Chancadores
Los tipos de chancadores capaces de entregar material al chancador (o triturador) a una tasa máxima que se aproxima a 11.000 toneladas por hora incluyen:
Un chancador giratorio es capaz de ejercer una considerable fuerza compresiva sobre cualquier partícula que quepa en la cámara, la que es considerablemente más grande que la que puede recibir un triturador. Para materiales especialmente duros, un triturador de rodillos no es capaz de competir con un chancador giratorio en cuanto a desempeño o costos de operación.
Para la mayoría de las masas de rocas, un triturador podría ser una alternativa viable ante un chancador, ya que sus requerimientos de altura libre son mucho menores.
3. Equipos de Chancado Móvil
3.1 Configuración de la Máquina
Por lo general, un equipo de chancador móvil tiene una tolva para recibir el material de la pala y un alimentador de placas inclinado para transportar el material al chancador, donde es entregado a un transportador recogedor y un transportador giratorio excéntrico tipo brazo mecánico.
De preferencia, la caja superior del equipo de chancador totalmente móvil debe poder girar independientemente del sitio de la oruga, para permitir a la unidad funcionar en paralelo al frente del banco que se está excavando sin limitar la posición de la tolva en relación con la pala.
Esto permite ciclos de giro más cortos para la pala y, por lo tanto, alguna mejora en la productividad, contrarrestada por un ligero aumento en el costo de capital.
4. Selección y Especificación de Transportadores
4.1 Transportadores de Brazo Mecánico de Descarga de Chancadores y otros transportadores cortos
En un sistema IPCC se incluye una serie de transportadores de centro corto (transportadores con brazo mecánico de descarga de chancadores, apiladores, belt wagon, transportadores en vagón plataforma (piggyback), etc.) Éstos son elementos que tienen un alto desgaste por lo que vale la pena ser algo conservadores en su diseño.
4.2 Correas Overland (Para frentes de trabajo, rampas, aproximación a botaderos, carguío radial de botaderos)
Por otra parte, las correas overland son por lo general mucho más largas y pueden, por lo tanto, operar a velocidades mucho mayores. También se debe considerar su necesidad de ser reubicadas periódicamente. Deberían estar hechas, por lo tanto, en un formato modular con componentes fácilmente transportables y con unos pocos medios para anclarlas al suelo.
4.3 Productividad del Sistema
4.4 Determinación del Tiempo de Operación
La naturaleza en serie del sistema (pala, chancador, transportadores y apilador) sugiere que el sistema quedará inoperante cuando cualquiera de las máquinas se detengan. Movimientos e interrupciones de los sistemas de transportadores debido a aspectos imprevistos de mantenimiento podrían ocurrir también periódicamente.
Sin embargo, vale la pena hacer notar que la pala puede operar cargando una flota de camiones, en aquellas oportunidades en que el sistema IPCC está fuera de servicio por un período prolongado. Un ejemplo de esto podría producirse durante la reubicación del sistema de una posición de trabajo al siguiente frente, entonces los transportadores podrían estar fuera de servicio por una semana o algo así.
4.5 Configuraciones de Minas
Geotécnicamente, las paredes de cualquier mina profunda son más estables si la geometría del rajo es más bien circular y se evitan las esquinas vivas. Ese tipo de limitación impondrá, por lo tanto, la configuración de los equipos de manejo de materiales IPCC.
A la inversa las minas a cielo abierto permiten bancos largos y rectos.
La configuración de los sistemas IPCC puede por tanto dividirse en sistemas que involucran ya sea:
5. Requerimientos de Equipos Auxiliares para IPCC
Para conectar las operaciones de los frentes ya sea a una planta de procesamiento de mineral o a los botaderos de desechos de la mina, podrían requerirse varios elementos de equipos auxiliares.
5.1 Belt wagon
El belt wagon permite que la estación del clasificador móvil opere en bancos por encima o por debajo de la elevación del transportador para el frente de trabajo. Permite también que el sistema de transportadores pueda estar ubicado a mayor distancia de la zona de tronadura de lo que podría lograrse sin un belt wagon.
5.2 Puentes Transportadores
El puente transportador es similar al belt wagon, encontrándose la principal diferencia en el mecanismo de soporte por debajo del brazo mecánico que es mucho más largo. El puente transportador enlaza bancos que están más distantes unos de otros en mejor forma que lo que podría hacerse por medio de un belt wagon.
5.3 Vagón Tolva (Hopper Car)
Debajo de la descarga de un transportador de brazo mecánico hay un vagón tolva móvil Estas estructuras de acero montadas en carriles incluyen chutes para recibir el material ya sea desde la estación del triturador móvil o de un transportador de descarga tipo belt wagon.
5.4 Carro para Rollos de Cable
El carro para rollos de cable es un dispositivo montado en carriles acoplado al vagón tolva. Éste se selecciona con la capacidad adecuada para llevar un cable que tenga la mitad del largo del transportador. Tanto el belt wagon, el chancador móvil y la pala pueden ser accionados desde este carro.
5.5 Sistemas de Transportadores Reubicables
Cada uno de los transportadores principales está formado por componentes modulares. Dada la naturaleza de esta aplicación que requiere una continua reubicación, los cambios en la alineación, largo y elevación del transportador pueden acomodarse con relativa facilidad.
Para geometrías de minas particularmente estrechas, pueden usarse sistemas de transportadores en vagones plataforma (piggyback) en vez del tipo de desplazamiento con oruga (trackshifting). Éstos ofrecen flexibilidad y pueden, por lo tanto, adaptarse fácilmente a los cambios en las operaciones de la mina.
Otra variación de los transportadores reubicables son los puentes transportadores montados sobre orugas y autopropulsados. Éstos pueden usarse en una operación de lixiviación en pilas, manejo en botaderos de desechos o para operaciones en frentes de trabajo debajo del clasificador móvil.
5.6 Distribuidor (Tripper)
El distribuidor entrega material desde una correa transportadora a cualquier punto a lo largo de ésta.
5.7 Apiladores
Montadas sobre orugas, las unidades apiladoras se desplazan hacia arriba y hacia abajo del botadero mientras distribuyen los desechos. Sus dos transportadores montados en brazos mecánicos llevan el material desde el distribuidor al centro del esparcidor y lo transfieren al transportador de descarga. Los transportadores giran independientemente unos de otros para permitir flexibilidad en la colocación del material en el botadero.
5.8 Oruga de Transporte
Para mover las estaciones de accionamiento de los transportadores se necesita una oruga de transporte.
Accionada por motor diesel, la oruga tiene una unidad de carril asegurada a un marco giratorio con dispositivo de levante hidráulico y palancas de inmovilización. Puede fijarse a un ítem como el cabezal de accionamiento del transportador, levantar, reubicar y luego posicionar el ítem en su nueva ubicación.
6. Manejo de Desechos y Producto Simultáneamente
Para lograr una mina “libre de camiones”, se debe proporcionar algunos medios para el manejo simultáneo de desechos y mineral / producto. En muchas operaciones de explotación, los desechos, el mineral de baja ley y el mineral de alta ley pueden encontrarse en el mismo banco. Como no tiene mucho sentido reubicar todos los transportadores y unidades de carga cuando se encuentran variaciones en el material, podría usarse un centro de despacho.
Lanzaderas (shuttles), similares en concepto a el distribuidor (pero significativamente más pequeños que él), que desvían el flujo en un apilador, se emplean en el cabezal de cualquier transportador de entrada para permitir al operador de despacho desviar el flujo entrante ya sea a un sistema de flujo de manejo de mineral, un flujo de manejo de desechos o un sistema de apilamiento del mineral de baja ley, según se requiera.
6.1 Otros equipos auxiliares
El uso de un sistema móvil de chancado y transporte dentro del rajo podría ahorrar hasta 50% en horas de operación de tractores para el manejo de desechos. Además, se requiere poco apoyo de moto niveladoras para mantención de caminos y el uso de carros de agua es mínimo.
Una ventaja adicional inherente en el uso de un sistema IPCC es la capacidad de instalar controles de manejo de polvo en los puntos tanto de carga como de vaciado. Esto podría reducir substancialmente los posibles aspectos de polvo suspendido en el aire, con bastante menos necesidad de prestar atención a la retención de polvo en el rajo durante la excavación de los bancos superiores.
7. Operación del sistema IPCC
7.1 Consideraciones de Seguridad respecto de Sondajes y Tronadura
La mayoría de las rocas excavadas y movidas por el sistema IPCC requieren del proceso de tronadura. Los riesgos asociados con la tronadura y el potencial de daños físicos al equipo ocasionalmente han sido razón suficiente para excluir la consideración del concepto de IPCC. Sin embargo, hay formas en las que el equipo puede protegerse de daño en tanto que permiten que la operación de sondaje y tronadura entregue la fragmentación suficiente.
En algunos aspectos, el cuidado que se requiere en la tronadura del recubrimiento funciona a favor de los sistemas de chancado y transporte móviles dentro del rajo, que por necesidad deben funcionar cerca de operaciones de sondaje y tronadura. En tanto que el chancador, el belt wagon, el puente transportador y la pala pueden moverse lejos de cualquier área de tronadura, las ubicaciones de los transportadores para frentes de extracción no son tan flexibles y a través de la vida de la mina podría esperarse algún daño a raíz de rocas volantes.
7.2 Opción de Explotación 1 – Operación de Predesmonte mediante Transportadores desplazados con Orugas (Trackshifting)
Desplazamiento con orugas (Trackshifting) es el proceso de mover un transportador lateralmente mediante tractores.
Este proceso es especialmente adecuado para operaciones en que el sistema IPCC se usa para el desmonte previo antes de una operación con cable de arrastre. En ese caso, se puede proporcionar un frente largo y recto. Desde el frente, se requieren sólo tres o cuatro transportadores para sacar el material del frente de predesmonte y llevarlo hacia los botaderos de desechos.
7.3 Opción de Explotación 2 – desarrollo banco por banco
La disposición de banco por banco para un sistema IPCC involucra el uso de transportadores en vagón plataforma (piggyback). Aunque el uso de estos transportadores aumenta la complejidad del sistema, mejora significativamente su flexibilidad, particularmente con respecto a las formas de las paredes del banco.
7.4 Operación con Transportadores
El material excavado es transportado ya sea alrededor de, o fuera del rajo en transportadores. Los sistemas de manejo de mineral entregan directamente a la pila de acopio de alimentación a la planta de proceso. Los sistemas de manejo de desechos entregan ya sea a un botadero fuera del rajo o, si hay espacio disponible en el rajo, a operaciones de relleno.
Para los sistemas combinados de manejo de desechos y mineral, puede requerirse un centro de despacho.
8. Desarrollo de Estimación de Costos de Operación
8.1 Requerimientos de Personal
Para operar y mantener un sistema continuo de manejo de materiales de este tipo se necesita un equipo de alrededor de 26 personas, incluyendo supervisores, ingenieros, operadores de equipos y cuadrillas de operaciones.
8.2 Energía Eléctrica
No toda la energía eléctrica instalada se usa durante la operación. Al desarrollar una estimación del consumo de energía eléctrica, se debe considerar que la pala y el chancador se mueven a todo lo largo del transportador dentro del rajo. Esto significa que, en promedio, el consumo total de energía para este aspecto de la operación de explotación consumiría alrededor de la mitad del total de la posible demanda.
8.3 Mantenimiento del Sistema
El total de horas de mano de obra para mantenimiento que se gastan por año depende del tipo de máquina y el régimen de operación.
Una estimación de la mano de obra en terreno a través de un año podría calcularse sobre la base de que la máquina trabaja 20 horas al día, más 135 horas-hombre para mantenimiento (turnos de11 x 12 horas). Aunque esto variará ligeramente con diferentes disposiciones de plantas, en general sería un requerimiento típico para un clasificador móvil, belt wagon, red de transportadores de 20 MW y esparcidor.
9. Implicancias en la Infraestructura
Dado que en un sistema continuo de manejo de materiales se necesitan pocos camiones y otros equipos móviles para la excavación, esto reduce significativamente la infraestructura asociada con la operación y mantenimiento de estos equipos. Además esto reduce:
- la mano de obra de operaciones y, por lo tanto, los requerimientos de vivienda
- la mano de obra de mantenimiento y, por lo tanto, los requerimientos de vivienda
- espacio de talleres, almacenamiento de combustible diesel y sistemas de manejo de neumáticos
Como la tecnología predominante involucrada en el sistema IPCC es la misma incorporada en los sistemas de chancado y manejo de mineral, no se requieren nuevas capacidades que sean significativas.
10. Implicancias en la Implementación de Proyectos
Los tiempos típicos de demora en la entrega para el tipo de equipos que se emplea en un sistema continuo de manejo de materiales es de alrededor de 24 a 30 meses, contados desde el momento en que se colocan las órdenes hasta que se realiza la primera extracción. Este tiempo puede variar ya que la demanda por equipos mineros fluctúa, pero se recomienda considerar por lo menos ese plazo.
Como los plazos de entrega de los equipos son similares al de las máquinas en los patios que manejan las pilas de acopio de mineral (prácticamente por las mismas razones), la decisión de implementar un sistema IPCC debe adoptarse cuando se aprueba el proyecto.
El examen de los beneficios económicos de un sistema IPCC (y la conclusión a la que se llegue) se consideran mejor en la etapa de factibilidad de un proyecto.
Si usted desea recibir una copia completa del artículo presentado por David Morrison sírvase comunicarse con: Maria Whaley, Capability Marketing Manager, SKM Mining & Metals on +61 7 3244 7353 or mwhaley@skm.com.au.
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