Performance mining equipment (extraction-load-transportation) in the Ernesto Guevara Factory

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1 BOLETI DE CIECIAS DE LA TIERRA Performane mining equipment (extration-load-transportation) in the Ernesto Guevara Fatory Orlando Belete-Fuentes a, Severo Estenoz-Mejía b & Yoandro Diéguez-Garía a Instituto Superior Minero Metalúrgio de Moa, Holguín, Cuba, obelete@ismm.edu.u b Instituto Superior Minero Metalúrgio de Moa, Holguín, Cuba, sestenoz@eh.moa.minem.u Instituto Superior Minero Metalúrgio de Moa, Holguín,, Cuba, ygdieguez@ismm.edu.u Reeived: February 11 th, Reeived in revised form: Otober 26 th, Aepted: ovember 3 rd, 2015 Abstrat The general effiieny of the mining work of the outburst fronts in the loations of the Company Ernesto Guevara of Moa is below the produtivities established stokings of exploitation for eah one of the lines of teams that form the group tehnologial outburst-load - transports. In the work approahes are exposed about the yield of the mining teams and their produtivity, the behavior of the group is analyzed exavating truk for two variants of exploitation applied in the Mine: exavator-artiulate truk and exavator- rigid truk. Magnitudes of the different tehniian-eonomi-produtive indexes of the basi equipment are obtained on whose base yles and produtivities, and the onsumption of speifi fuel of the operations was determined. The results are based in tehniian-produtive aspets and inlude omparative approahes among the tehnique urrent exavatorartiulate truk and exavator- rigid truk. Keywords: Mining equipment, Synhronization, Exploitation, Mining Transport Rendimiento del equipamiento minero de arranque-arga-transporte de la empresa Comandante Ernesto Guevara Resumen El rendimiento general del laboreo minero de los frentes de arranque en las minas de la Empresa Comandante Ernesto Guevara de Moa, se enuentra por debajo de las produtividades medias de explotaión estableidas para ada una de las líneas de equipos que forman el onjunto tenológio arranque-arga- transporte. En el trabajo se exponen riterios sobre el rendimiento de los equipos mineros y su produtividad, se analiza el omportamiento del onjunto exavadora- amión para dos variantes de explotaión apliados en la Mina: Exavadora-Camión artiulado y exavadora-camión rígido. Se obtienen magnitudes de los diferentes índies ténio-eonómioprodutivos del equipamiento sobre uya base se determinaron las produtividades y el onsumo de ombustible espeífio de las operaiones. Los resultados se fundamentan en aspetos ténio-produtivos e inluyen riterios omparativos entre la tenología Exavadora-Camión artiulado ontra exavadora-camión rígido. Se determinó la variante más efetiva desde el punto de vista onsumo energétio y minero ténio del onjunto Exavadora-Camión. Palabras lave: Equipamiento Minero, Rendimiento, Explotaión, Transporte Minero 1. Introduión La industria minera en ualquier país del mundo aporta a su eonomía uantiosos reursos que omplementan el desarrollo en sus diferentes ramas. La industria niquelífera ubana, busa alternativas y variantes para lograr un trabajo más produtivo y efiiente, por lo que se realizan diferentes investigaiones relaionadas on el proeso de extraión, transporte, benefiio y proesamiento metalúrgio de las lateritas (Estenoz, 1999; Belete, ; Belete et al y Arrau, 2004). Estudios realizados igual que Xiribimbi (1999); Belete et al. (2003) y Belete et al. (2008) determinan las vías para seleionar el equipamiento minero raional onsiderando el método de explotaión, sin embargo, no onsideran los riterios sobre el rendimiento de los equipos mineros y su produtividad, no analizan el omportamiento de la efiienia del onjunto The authors; liensee Universidad aional de Colombia. BOLETÍ DE CIECIAS DE LA TIERRA (39), pp January, Medellín. ISS DOI:

2 exavadora amión ni los diferentes índies ténio-eonómioprodutivos del equipamiento básio y el onsumo de ombustible espeífio de las operaiones. Existen proedimientos metodológios que determinan la produtividad de los equipos de arranque-arga y transporte en las diferentes minas de otros países (por ejemplo, los trabajos del Dr. Kuleshev, profesor de la Universidad Ténia de San Petersburgo), no así en estos yaimientos de partiularidades espeífias, donde se debe tener en uenta el omplejo exavadora-amión omo un todo, sabiendo que los álulos se realizan partiendo de las araterístias ténias de ada uno de ellos adaptadas a las ondiiones onretas de trabajo (Estenoz, 1991). El objetivo de esta investigaión onsistió en determinar el rendimiento del equipamiento minero óptimo que onsidere la sinronizaión de los equipos de arranque-argatransporte de ualquier tipo y apaidad, en funión del volumen y la distania de transportaión del material. 2. Materiales y métodos Los datos utilizados para el análisis proeden de investigaiones realizadas en la mina de la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara de Moa por Belete et al. (2008) y de observaiones diretas en el ampo, monitoreando los amiones argados y vaíos desde los frentes de arranque hasta los puntos de desarga. También se hiieron mediiones para onoer en detalles el onsumo energétio y la produtividad de las máquinas mineras, así omo la organizaión del transporte minero, los uales presentan los resultados del álulo de las produtividades teória, ténia y de explotaión de las exavadoras y amiones para jornada laboral de doe horas (un turno de trabajo) (Registro o , 2004). El muestreo se realizó en ada frente de arranque, depósitos de mineral y esombreras, tanto para las exavadoras omo para los amiones en todos los viajes, argado y vaío. En todos los frentes de arranque mineros se analizaron riterios sobre el omportamiento del onjunto exavadora amión para dos variantes de explotaión apliados en la Mina Che Guevara de Moa (Belete et al. 2008): Exavadora-Camión artiulado. Exavadora-Camión rígido. Teniendo en uenta el omplejo de meanizaión en las operaiones de arranque-arga y transporte, para el álulo de la produtividad ténia de las exavadoras y amiones, se utilizó la siguiente formula (Britaev & Zamishlaev, 1984): 2.1. Produtividad ténia k xq k i e u Te 60 (1) T x Tb Te - Produtividad ténia de la exavadora en dependenia del tipo de amión a utilizar, m 3 /h; ki - Coefiiente de irregularidad de las operaiones de arga y transporte. Se onsidera próximo a 1 ó 100% para la más alta y efetiva organizaión y sinronizaión de las operaiones de arga y transporte; ku - Coefiiente de utilizaión de la apaidad de la ama; T - Tiempo del ilo unitario de las operaiones de arranque-arga, y desarga de la uhara de la exavadora, min; T b - Tiempo que duran las operaiones de maniobra y ambio del amión en la zona de arga de la exavadora, el ual depende de la propia maniobralidad del amión, de la araterístias de la plataforma y del esquema de aeso a la exavadora; q e - Volumen de material que arga la uhara de la exavadora, en m 3. Este está determinado por la apaidad geométria de la uhara de la exavadora (E) en m 3 y el oefiiente de llenado (K LL ); x - Cantidad de ilos de trabajo de la exavadora o relaión q / q e. q K e x (2) q e q - Capaidad geométria óptima que debe tener el amión; K e Coefiiente de esponjamiento del mineral. La apaidad óptima de la uhara de la exavadora para el trabajo de arranque-arga debe de estar en orrespondenia on la apaidad de la ama del amión (E), la misma se alula por la fórmula siguiente (Estenoz, 1999): E q a q a (3) X 4,39 a - Coefiiente de aomodo y omprensión de la masa de material en la uhara de la exavadora. Este oefiiente depende de la forma de la uhara, las propiedades físiomeánias del material y el tipo de exavadora. La onstante 4,39, para amiones, en la fórmula (3) representa el punto medio óptimo en la antidad de ilos que debe realizar la exavadora para obtener el máximo de produtividad en los trabajos. Se orrelaionaron los valores de la apaidad de la uhara de la Dragalina para el trabajo de arranque-arga E, ontra el oefiiente de aomodo de la arga (a), uyos valores fueron tomados de la relaión a = f(e) de la urva de la funión a=0,0015*e 2 +0,0662*E+1,6893. Esta funión se obtuvo del proesamiento de varias mediiones realizadas en los frentes de arranque (Fig. 1). 13

3 Gráfio1: a=f(e) a 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0, E a Figura 1. Capaidad óptima de la uhara de la Dragalina para el trabajo de arranque-arga ontra el oefiiente de aomodo de la arga, determinada por los autores. De la Fig. 1 se dedue que la apaidad geométria de la uhara de la exavadora está estrehamente relaionada por el oefiiente de aomodo y ompresión de la masa de material en la uhara de la exavadora, el ual permite un mayor aumento del oefiiente de llenado, disminuir el tiempo de ilos de la exavadora y disminuir el tiempo de espera del amión, heho que permite elevar progresivamente la produtividad de las máquinas mineras Produtividad de explotaión de la Dragalina Luego de alulada la produtividad ténia de la exavadora ( ex ) en funión de la apaidad de la arga de los amiones, así omo de la sinronizaión on las operaiones de arranque-arga, se determinó la produtividad de explotaión de las exavadoras ( ex ) durante los turnos de trabajos, mediante la fórmula siguiente (Estenoz, 1999): T ex h ; m3 /turno (4) h - Produtividad horaria de la exavadora en dependenia del tipo de amión a utilizar, m 3 /h. T Tp Coefiiente de utilizaión de la T exavadora en un turno de trabajo. T - Duraión del turno de trabajo; min. T p - Tiempo perdido por la exavadora en el transurso del turno por diversas razones, las uales se dividen en evitables (puramente organizativas) e inevitables. Después de estas valoraiones de suma importania para tomar deisiones, (Xiribimbi, 1999); (Belete et al. 2008), se deben revisar los promedios histórios de ada uno de estos valores y aumentarlos o disminuirlos en funión realidad y irunstania de ada mina Cálulo del parque de exavadora de la Para la determinaión del parque de exavadora de la mina se valoraron múltiples aspetos, los uales se agruparon en la magnitud del oefiiente de reparaiones y mantenimientos imprevistos, así omo en la magnitud eonómia de las pérdidas por el inumplimiento en los diferentes períodos de tiempo tanto para los trabajos mineros omo para las operaiones de preparaión y tratamiento metalúrgio. Además se onsideraron las afetaiones de omerializaión del produto final y los inumplimientos de los planes de produión. Los oneptos anteriores se pueden simplifiar a través de la siguiente expresión (Pereda & Polano, 1999): E K am e (5) K LL Eex E am : Capaidad del equipo de transporte; parque de exavadora; K LL oefiiente de llenado de la uhara; : Peso volumétrio, t/m 3 ; E ex : Capaidad geométria de la exavadora, m Cantidad de exavadoras neesarias para asegurar la produtividad anual planifiada de la mina (Estenoz, 1999) K m rm e (6) ex 14

4 m - Produtividad media de la antera por turno; m 3 /turno; k rm - Coefiiente que onsidera las reparaiones y mantenimientos imprevistos dentro del turno de trabajo. e Cantidad de exavadoras; ex Produtividad de explotaión de la exavadora. M m m (7) Ct C t - Cantidad de turnos al año; en unidades. M m - Masa minera a extraer anualmente en la mina, t/año. Mm M M K ; m 3 /año a ep e M a -Masa mineral a extraer para abasteer la planta metalúrgia, se determina onsiderando los volúmenes del produto terminado de la empresa y la reuperaión general de los omponentes útiles del mineral en funión de la alidad de la materia prima iniial, en t/año M ep - Masa de esombro a extraer anualmente en la mina; t/año. k e - Coefiiente de esponjamiento en la uhara y en la ama del amión. - Masa volumétria del mineral y de las roas a extraer; t/m 3 (Estenoz, 1999). M a Pni100 ; t/año (8) Cni Rni P ni - Produión anual de i ; t/año C ni - Contenido o ley media de níquel en la masa mineral; en %. R ni - Reuperaión de níquel en el proeso de benefiio y tratamiento metalúrgio de la masa de mineral, en parte de la unidad Cantidad de exavadoras en inventario (Estenoz, 1999) e inv (9) Ku1 K u1 : Coefiiente de preparaión ténia; inv Cantidad de exavadoras en inventario Cálulo del tiempo de reorrido total Este álulo no inluye el tiempo para la arga del trasporte ni el tiempo trasurrido durante la espera del próximo amión para la entrada en el frente de arga (Pereda & Polano, 1999): T L L a v v 60 Td Tm Va V, min. (10) v T v - Duraión del viaje del equipo de transporte o amión, en min. L a, L v Longitudes respetivas de la vía de transporte para los amiones uando transitan argados y vaío, km. V a, V v - Veloidades medias respetivas en la vía, para los trayetos on los amiones argados y para los amiones vaíos, km. Td - Demora del amión durante la desarga del mineral en el punto de desarga; min. T m - Tiempo de maniobra del amión en la plataforma de desarga; min Cálulo de la produtividad horaria del amión (Estenoz, 1999) k q k 60 i u Tx Tb T, m3 /h (11) v produtividad horaria del amión; T v - Duraión del viaje del equipo de transporte o amión, en min. En este tiempo no se inluye la duraión de las operaiones de arga Cálulo de la produtividad del amión por turno onsiderando el tipo de exavadora (Estenoz, 1999) P T e ; m3 /turno (12) e - Produtividad de explotaión del amión en el turno; m 3 /turno 2.9. Cálulo del parque de amiones neesarios para la mina (Estenoz, 1999) P K m rm CT K r (13) Pe m - Produtividad media da la mina por turno, en m 3 /turno. k r - Coefiiente de reserva general, el ual onsidera todo el proeso de preparaión ténia, inluidas las reparaiones y mantenimientos programados, así omo averías pariales o generales de los amiones y además imprevistos. 15

5 2.10. Determinaión del onsumo de ombustible de los amiones La produtividad de explotaión de los amiones, distania de transportaión del material y la produtividad general de la mina, permiten determinar el onsumo energétio de los amiones y valorar el más eonómio para las ondiiones medias de trabajo de la mina (Rodríguez, 2003). Finalmente se puede mediante la fórmula 14, alular el onsumo energétio de los amiones (Estenoz 1999): C v Tv Cep 60 p, l/turno (14) C ep - Consumo espeifio de ombustible, l/h. Según investigaiones de Britaev Zamishlaev, (1984) y Estenoz, (1999), el onsumo energétio de los amiones mineros depende de su apaidad de arga. La línea general del inremento de la potenia media de los motores en funión de la apaidad de la ama se puede representar por la siguiente funión (Estenoz, 1999): C 0,004q 0,428q 12,023 ;l/h (15) ep Sustituyendo en la fórmula (14) y (15) se obtuvo finalmente el onsumo energétio medio de los amiones por turno para el trabajo on exavadora de 4, 5 y 6 m3 de apaidad de la uhara. 3. Disusión y análisis de los resultados Los resultados obtenidos se fundamentaron en el siguiente análisis: La produtividad de explotaión de la exavadora según la apaidad de la ama del amión y la distania de transportaión obtenida por la fórmula (4) se ilustra en la Fig. 2. La Fig. 2 india el álulo de la produtividad de explotaión de la exavadora según la apaidad de la ama del amión y la distania de transportaión para uharas de la exavadora de 4, 5 y 6 m 3 de apaidad, esto india que la produtividad de explotaión va disminuyendo hasta los primeros m y a partir se produe un desenso bruso. En la Fig. 2 se expresa el número de uharas de la exavadora para la ama de los amiones: X=q/qe, La Fig. 3 muestra la antidad de uharas de la exavadora para la ama de los amiones en funión de la distania de transportaión. Se utilizaron uharas de la exavadora de 4, 5 y 6 m 3 de apaidad. Se puede observar una relaión lineal entre el número de uharas de la exavadora y la distania de transportaión. La apaidad de la ama del amión para todos los asos, varía en funión de la uhara de la exavadora uya tendenia al aumento, depende de la distania de transportaión (Fig. 4). Aquí se expresa que la apaidad de la ama del amión, según la uhara de la exavadora de 4,5 y 6 m 3 de apaidad, aumenta en funión de la distania de transportaión. La produtividad del amión disminuye según la distania de transportaión (Fig. 5): 3 Produtividad, t/turno 1 4 m3 5 m3 6 m Distania de transportaión, m Figura 2. Produtividad de explotaión de la exavadora según la apaidad de la ama del amión y la distania de transportaión. 16

6 úmero de Cuharas de la Exavadora para las Camas del Camiones 20 úmero de Cuharas Distania de transportaión, metros Figura 3 úmero de uharas de la exavadora para la ama de los amiones. Capaidad del Camión, m 3 Capaidad de la Cama del Camión según la uhara de la Exavadora Distania de transportaión, metros Figura 4. Capaidad de la ama del amión según la uhara de la exavadora. 120 Produtividad,t/h m3 5 m3 6 m Distania de transportaión, m Figura 5. Produtividad del amión según la exavadora y la distania de transportaión. 17

7 14 12 Cantidad de Camiones para la Flota de la Exavadora úmero de Camiones Distania de transportaión, metros Figura 6. Cantidad de amiones según la distania de transportaión y la exavadora. La Fig. 5 muestra la disminuión de la produtividad horaria del amión según la apaidad de la uhara de la exavadora (para 4,5 y 6 m3) y la distania de transportaión. La Fig. 6 señala omo disminuye la antidad de amiones según se va alejando el frente de arga, hasta llegar a m de distania en funión de la apaidad de la uhara de la exavadora. Para poder onoer la produión anual de la mina, fue neesario alular el número total de amiones, donde se produe un aumento gradual de la produtividad en los primeros m de distania, luego esta misma produtividad omienza a desender hasta los m (Fig. 7). El número total de amiones para el umplimiento de la produión anual (Fig. 7), se logra aumentando la distania de transportaión y la apaidad de la uhara de la exavadora para 4, 5 y 6 m3. Pareido a los asos anteriores, hay un aumento de la antidad de amiones en los primeros metros de distania de transportaión, por lo tanto aumenta la produtividad. Luego omienza a disminuir on la distania de transportaión. Los resultados de la variante analizada del álulo del onsumo de ombustible de los amiones se representan en la Fig. 8, donde se muestra el onsumo energétio de la flota de amiones trabajando on Dragalina de 4, 5 y 6 m3 de apaidad en la uhara. Toneladas / Turno umero de Camiones para la produión anual Distania de transportaión, metros Figura 7. úmero total de amiones para el umplimiento de la produión anual. 18

8 8 7 Consumo de Combustible de los amiones por Turno 6 Viajes / Turno Distania de transportaión, metros Figura 8. Consumo energétio de la flota de amiones trabajando on Dragalina de 4, 5 y 6 m 3 de apaidad en la uhara. Elaboraión propia. Es evidente que on una mayor distania de transportaión, hay un menor número de viajes por turno, y por lo tanto, mayor onsumo energétio, así los indian las urvas en olores de la Fig. 8, donde expresa que el onsumo energétio de la flota de amiones disminuye en los primeros m y omienza a aumentar hasta los m. Se propone que para la transportaión del mineral, se usen distanias menores de m. Un análisis similar al aso anterior se realizó para el estudio de la produtividad a la variante Dragalina-amión rígido obteniéndose resultados pareidos. Analizando ambas variantes desde el punto de vista de onsumo energétio, para m de longitud de reorrido, la más raional resultó ser la Dragalina - amión rígido on apaidad de la uhara de 4 m3 y apaidad de la ama de 30 t, y desde el punto de vista minero ténio, la variante Dragalina - amión artiulado on apaidad de la ama de 21.6 t. 4. Conlusiones El estudio realizado en la Mina de la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara permitió determinar el rendimiento del equipo minero óptimo que onsidera la sinronizaión de los equipos de arranque-arga-transporte de ualquier tipo y apaidad, en funión del volumen y la distania de transportaión del material. Se desarrolló un método para determinar la relaión entre la apaidad de la uhara de la exavadora, ama del amión y distania de transportaión, que permite disminuir el onsumo espeífio de ombustible por toneladas de mineral extraído y transportado, así omo alanzar el mayor grado de homogenizaión del material en la ama del amión, y finalmente se determinó la variante más efetiva desde el punto de vista de onsumo energétio (la variante Camión rígido - Dragalina on apaidad de la ama de 30 t), y desde el punto de vista minero ténio, resultó ser la variante amión artiulado- Dragalina on apaidad de la ama de 21.6 t. Referenias [1] Arrau, J., Avanes tenológios para máquinas mineras. en línea, [feha de onsulta 02/12/2004]. Disponible en: http- :// [2] Belete-Fuentes, O., Máquinas de exavaión-arga. Folleto. Editorial G-Art, Guantánamo, Cuba,. 60 P. [3] Belete-Fuentes, O., Estenoz-Mejía, S. y Diéguez-Garía, Y., Vías para seleionar el equipamiento minero raional onsiderando el método de explotaión, Taller Internaional de la Geología y la Minería del íquel Cubano en: Memorias del V Congreso de Geología y Minería, La Habana, Cuba, ISB [4] Belete-Fuentes, O., Estenoz-Mejía, S. y Diéguez-Garía, Y., Sinronizaión de las labores de arranque-arga-transporte de las labores mineras en la Mina de la Empresa Ernesto Che Guevara. Moa. Evento CIAREM 10/2008. ISB [5] Correa-Arroyave, A., Galerías mineras: La modelizaión analítia omo una ayuda geomeánia para el diseño minero. Revista Ingeniería e Investigaión, 25, pp , [6] Elias, M., ikel laterite deposits-geologial overview, resoures and exploitation, in: Giant Ore Deposits: Charateristis, Genesis, and Exploration Cooke, D.R., Pongratz, J., eds, Centre for Ore Deposit Researh, Speial Publiation 4. Univ. of Tasmania, pp ,. [7] Estenoz-Mejía, S. Metodología para seleionar el equipamiento óptimo en la sinronizaión de las labores de arranque, arga y transportaión de minerales en las anteras, Evento IX Sesión Científia del CIL, Libro de resúmenes, Moa, Cuba, pp. 2-15, [8] Garía, R., Dúmpers artiulados veinte años en el merado. Revista Roas y Minerales. XV (188), pp , [9] Pereda, S. y Polano-Almanza, R., Transporte minero. 2 da ed. Editorial Félix Varela. La Habana. 1999, 325 P. 19

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