Download CAP. V.- IZAJE...
UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”
FIMGM ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS
MAQUINARIA Y EQUIPO MINERO SEMESTRE
Preparado por MSc. Ing. Wilfredo Rumaldo Neira
[email protected] RPM. Cel. 950892351
IZAJE EN MINERIA POLEA
CASTILLO
ESCALERA
TOLVA
El Castillo del Pique Esperanza - Chungar. Volcán Cía. Minera - Cerro de Pasco.
PIQUE LOURDES DE LA MINA RAUL ROJAS DE CERRO DE PASCO
INTRODUCCIÓN El sistema de izaje, se utiliza cuando el acceso al yacimiento minero de la mina no es posible por socavones de cortada o túneles, cuando se quiere introducir materiales, maquinarias y el mismo personal; y no se tiene socavones principales, se recurre a la utilización de infraestructura y maquinaria de izaje.
La elección del sistema de izaje, facilita que una grande, mediana, pequeña y minería artesanal decidan por las soluciones de los problemas de transporte vertical, lo importante es que se evita el sobreesfuerzo humano al utilizar estas maquinarias que permiten mejorar la productividad y la velocidad de extracción vertical o inclinada.
I Z A J E Cuando una mina opera con pozos o piques, es decir cuando el encampane de la mina no es favorable para hacer niveles principales de extracción, se establece el Izaje o movimiento de mineral por el pique. Los piques son labores verticales que sirven de comunicación entre la mina subterránea y la superficie exterior con la finalidad de subir o bajar al personal, material, equipos y el mineral esto se realiza mediante el sistema de izaje.
1. Necesidades de extracción de mineral. 2. Reducción de los costos de producción. 3. Profundización de los niveles de extracción.
1. Análisis de costos. 2. El área debe ser favorable y suficientemente grande para las instalaciones desde la superficie. 3. La naturaleza del suelo debe ser adecuada para las cimentaciones, realizando para ello estudios de geotecnia conducentes a la clasificación del macizo en el área destinada para el diseño del pique.
Los piques de mina, por lo general son de forma rectangular y circular, para elegir la forma de la sección transversal, es necesario tener en cuenta lo siguiente: 1. La ca cali lid dad del ma maci cizo zo ro roco coso so 2. El tiem tiempo po de serv servici icioo y el el desti destino no final final de dell pozo pozo 3. El mate materia riall de de fort fortific ificació aciónn a ser uti utiliz lizado ado
Sección Rectangular
Forma Rectangular de la Sección Transversal de un Pique Compartimientos: 1: de ascenso; 2: de escalera; 3: de tuberías y cable
Sección Circular La sección circular garantiza una mayor estabilidad, debido a que la fortificación va a resistir mejor la presión causada por la roca circundante ya que ésta, se distribuye mas uniformemente.
Forma Circular de la Sección Transversal de un Pique Compartimientos: Compartimi entos: 1: de ascenso; 2: de escalera; 3: de tuberías y cables
1.- Extracción por medio de un cable único no equilibrado. equilibrado. Se utiliza en piques poco profundos, como en la prospección y explotación a pequeña escala y en la extracción con planos inclinados. Es el sistema mas empleado por las minas del país. 2 ..- Extracción por medio de dos cables
equilibrados.
parcialmente
Se usa en piques profundos y cuando se requiere izar tonelajes grandes de mineral. En este caso las cargas se contrapesan parcialmente y el winche menor potencia para operar.
3.- Extracción por medio de dos cables completamente equilibrados por un cable que se denomina cable de contrapeso. Este sistema se usa en piques profundos y las cargas son unidos mediante un cable de equilibrio. Su uso esta difundido en Europa y USA .
Polea de fricción
Cables Cilindrico
Skip
Cable de Contrapeso Skip Cónico
Polea
Castillo
Cable
Winche Tornapunta
Tolva
Volquete Guías o Guíaderas
Cuadros del Pique
Carros Mineros Nivel Tolva
Skip
1. WINCHE. Sirven para envolver el cable durante el izaje, sin embargo otras solamente dejan pasar el cable (polea koepe).
CLASES: Las winchas podemos clasificar de la siguiente manera:
a). Según su forma: Cilíndrico Cónico Tipo rueda
WINCHE DE TAMBOR CILÍNDRIC CILÍNDRICO O
WINCHE DE TAMBOR BICILINDROCÓNICO
b). Según la función que desempeña : De tambor: En el cual el cable es enrollado durante el izaje
De fricción: En este caso el cable pasa a través de una polea durante el izaje.
c). Según el número de tamboras: De un solo tambor De doble tambor
TAMBOR BICILINDROCÓNICO
2.- MOTOR. El motor que trasmite la fuerza necesaria para mover la tambora puede ser a aire comprimido o diesel para izajes pequeños y eléctrico en izajes grandes. Cualquiera sea el tipo de motor, la conexión es por acoplamiento directo, engranajes y fajas. En el primer caso el motor está unido directamente al eje de las tamboras. En el segundo caso, entre el motor y el eje de las tamboras se interpone engranajes de reducciones simples o dobles. En el tercer caso la transmisión de la fuerza del motor a la tambora se realiza por medio de una faja colocada en las respectivas poleas.
3.- SKIP. Son recipientes que circulan en el interior de los piques y sirven para transportar mineral desde el fondo del pozo hasta el exterior. El Skip una vez que llega al punto de descarga superior se abre automáticamente (por choque de los seguros en el cuerpo del guionaje y soportes), la compuerta situada en la parte inferior del skip. La ventaja del skip es que se puede izar tonelajes grandes, se utiliza mejor la sección del pique; se disminuye el peso muerto, el carguío y descargue del mineral es rápido, se usa poco personal en su operación operación (pudiendo ser automático). Existe skips llamados basculante que puede girar alrededor de un eje al momento de la descarga .
S K I P
4.- BALDE. Son recipientes cilíndricos de poca capacidad, usados en izaje de tonelajes pequeños de mineral y desmonte. La descarga se efectúa por balanceo accionado para tal fin.
5.- JAULA. Son compartimientos metálicos de uno o dos pisos que se usan para subir o bajar personal, materiales y carros mineros, en este caso en el piso de la jaula se fijan rieles para la entrada del carro minero. En las paredes laterales se fijan unas canaletas para que se deslicen por las guías del pique.
6.- CASTILLOS. Son estructuras metálicas y en algunos casos de madera que sirven para soportar la carga de izaje y al mismo tiempo servir para la instalación de tolvas de almacenamiento de mineral. Estas estructuras soportan esfuerzos de: viento, carga muerta y carga de trabajo. El armazón del castillo se compone de largueros verticales anclados en cimientos de concretos en la cabeza del pique y unidos entre si por piezas horizontales y diagonales, además se tiene las tornapun tornapuntas tas que sostiene al armazón cuando recibe esfuerzos a nivel de las poleas.
CASTILLO SIMPLE
TORRE PARA MÁQUINA KOEPE
7.- POLEA. Las poleas sirven para guiar al cable de la tambora hacia el pique. Deben cumplir las condiciones siguientes en vista de que el cable soporta esfuerzo de doblamiento al ser envuelto y es importante que se cuide el diámetro de éste:
a). EL DIÁMETRO DE LA POLEA. Debe ser igual a lo recomendado en la siguiente:
tabla
Tabla Nº 10 TIPO DE SERVICIO
TIPO CABLE
Cables de arrastre Transporte en minas Cable tractor Cables de izaje Standard (comúnmente usados) Winches de la mina Jalador de carros Cables extra- flexibles para izajes Cable flexible especial para izaje.
6x7
6x19
Ø DE POLEA RECOMENDABLE MINIMO 72d
45d
42d
30d
60-100d 6x19
31d
6x37
27d
21d 18d
b). RANURAS DE LAS POLEAS. El contorno de la ranura de la polea tiene gran influencia en el desempeño y vida del cable. El radio interior de la ranura no deberá ser pequeño ni grande con relación al diámetro del cable. Se tendrá en cuenta la siguiente tabla de tolerancia para evitar fatigas en el cable.
CABLE ¼” – 5/16” – 5/16” 3/8” – ¾” – ¾” 3/16 “ 1 3/16 – 1 ½ 1 9/16 – – 2 2 ¼” 2 5/16 – Más
+ + + + + +
1/64” 1/32” 3/64” 1/16” 3/32” 1/8”
POLEAS DE IZAJE
8.- CABLES. Es un producto fabricado con alambres de acero, colocados ordenadamente, para desempeñar un trabajo determinado. Hilo o Alambre Alma
Torón
Cable de 6x7:
6 Torones. 7 Hilos.
a). HILOS O ALAMBRES .- .- Constituidos por elementos metálicos confeccionado de alambrón de acero de alto carbono (acero duro) galvanizado de bajo carbono (acero suave).
CABLES
b).TORONES.- Consiste en un conjunto de varios alambres de forma adecuada y dimensiones apropiadas que son hilados en forma helicoidal en una o mas capas. La forma de los torones puede ser: circular ovalada y triangular. c). ALMA.- Es el centro del cable o de un torón, pudiendo ser de fibra textil o metal. d). INSERTOS.- Son las fibras que son colocadas para separar los torones adyacentes a los alambres que están en el mismo o de recubrimiento. Sirve para reducir el e). LUBRICANTE.rozamiento interno del cable, protegen a los alambres de acero de la corrosión y al alma contra su deterioro. ). REVESTIMIENTO PROTECTOR.- De acuerdo a f las condiciones de trabajo a soportar, para proteger a los cables se revisten con zinc (galvanizado), estaño, cadmio y latón.
TIPOS DE CABLES ORDINARIOS
TIPOS DE CABLES: 1.- SEGÚN SU FORMA Y CONSTRUCCIÓN. a). Cables Redondos.-
Son cables de sección circular y bastante usados. Son fabricados de alambres circulares enrollados en forma de hélice alrededor del alma. Son los más económicos y versátiles para el izaje.
b). Cables de fibra chata .- .-
Los alambres están dispuestos en una forma triangular aplastada, exponiendo así el cable mayor superficie de contacto (4 veces mas que los de fibra redonda) sea en la polea o tambora, lo cual reduce considerablemente la abrasión y corte que sufre el cable durante el izaje.
CABLES DE FIBRA CHATA
CABLE CON ESPIRA CERRADA
c). Cable con espira cerrada ..- Difieren de los cables trenzados en que no tienen el cableado, porque no hay una torsión inicial en el cable, los alambres no se desarrollan bajo la acción de la carga, lo que es una ventaja sobre los otros tipos de cables.
2.- SEGÚN SU FLEXIBILIDAD.Cables
rígidos. Cables flexibles Cables extra flexibles
3.- SEGÚN EL USOCables
para minería Cables para pesquería Cables para transporte Cables para industria
a). Esfuerzo de doblado.- A medida que pasa el cable alrededor de un tambor o polea, los hilos exteriores aumentan de longitud y los interiores disminuyen produciendo tensión adicional en los hilos exteriores. Para el cálculo del esfuerzo de doblado existen varias formulas, como:
Sb = E. c/R
Donde:
Sb: Esfuerzo doblado E: Modulo de elasticidad del cable (psi) dw: Diámetro del hilo, en pulgadas. D: Diámetro del tambor o polea, en pulgadas. Nota: c = dw/2 ; R = D/2
El Valor de E no corresponde al modulo de elasticidad del material o alambre, sino al cable entero, de acuerdo a experiencias E = 12000,000 PSI. El valor de dw ; depende de la construcción del cable. Para cálculos preliminares, del diámetro del alambre y el área de la sección transversal total del metal de un cable se puede determinar por la tabla siguiente. (Tabla N° 11).
CABLE
DIAMETROS dW
6x7 6 x 19 6 x 37 6 x 19
0.106 d 0.063 d 0.045 d 0.050 d
AREA APROX. ALAMBRE A
0.36 d2 0.38 d2 0.38 d2 0.35 d2
Sin embargo para los cálculos es conveniente convertir el esfuerzo de doblado al equivalente de carga al doblado, para lo cual se utiliza la formula.
Fd = A. E. dw D
b) Resistencia a la fatiga.-
Conforme a experiencias existe relación entre la fatiga de rotura y el esfuerzo de trabajo total, incluyendo el esfuerzo del doblado. El mejor criterio para esto es la presión de soporte del cable sobre la polea para la resistencia a la fatiga.
Para un Angulo de contacto de 180°, la presión de soporte nominal es:
P = 2. Ft D.d Donde: Ft: Carga tensional sobre el cable (Carga de trabajo total – carga de doblado) D: Diámetro de la polea en pulgadas d :Diámetro del cable en pulgadas.
FORMAS DE ENGANCHAR EL CABLE.En el izaje el cable se engancha al skip, jaula y balde por dos sistemas: 1.- Sistema de grapas.grapas.- Consiste en el engrampado del cable por medio de grampas, teniendo en cuenta que la longitud de empernado sea igual a 30 veces el diámetro del cable y los espacios de perno a perno igual a 6 veces del diámetro del cable. 30 D D
Abrazadera y Grapas 6D
2 ..- Sistema de soldadura.-
El más característico de este sistema es el cable encajado y es el único que desarrolla el 100% de la resistencia del cable, los alambres son limpiados y separados luego encajados y llenados con zinc fundido o metal babbit.
Zinc
Cables Encajado
Alambres Cable
1. FA FACT CTOR OR DE SEG SEGUR URID IDAD AD..El factor de seguridad para un cable se define como la relación entre la resistencia final a la tensión del cable y la carga total, incluyendo el esfuerzo de doblado. En las tablas siguientes se da los factores de seguridad establecidos: Factores de seguridad para cables de alambre, basados en la resiste re sistencia ncia final final (tabl (tabla a N° 12)
SERVICIO Ascensores Winches de mina Grúas impulsadas con motor Teclas Torres de perforación
FACTOR DE SEGURIDAD 02.5 443-
12 5 6 5 5
Factor de seguridad para cables de alambre de mina, cuando transita personal:
LONG. DEL CABLE Pique en pies 500 a menos 500 a 1000 1000 a 2000 2000 a 3000 3000 a más
FACTOR DE SEG. MINIMO Para cable nuevo 8 7 6 5 4
2. VELOCIDAD DEL IZAJE.En nuestro país la velocidad de izamiento esta reglamentado por el Ministerio de Energía y Minas en especial cuando se transporta personal, así tenemos que la jaula debe tener las velocidades siguientes: (Tabla N° 13).
Profundidad pique
Velocidad Mts/min.
Menos de 200 Mas de 200
150 250
Pies/min. 492 820
Para izaje con skip o balde, la velocidad de izamiento será superior, pudiéndose adoptar las velocidades siguientes:
Longitud del cable en el pique, en pies 500 a menos 500 a 1000 1000 a 1500 1500 a 2000 2000 a 2500 2500 a 3000 3000 a 3500 3500 a 4000 4000 a 4500 4500 a 5000
Velocidad máxima Pies/min. 1200 1450 1700 1950 2250 2500 2750 3000 3250 3500
Estos se usarán con el factor de seguridad, expuesto en la segunda tabla (cuando transita personal).
3. PESO DEL CABLE.Es el peso del cable por unidad de longitud. Para hallar se usa la siguiente formula:
W = w. L Donde: W: Peso del cable, en libras w: Peso unitario del cable de 1 pie L: Longitud del cable, en pies
En la tabla siguiente se da los pesos unitarios del cable y resistencia a la rotura (tabla N° 14).
TABLA PARA HALLAR EL PESO DEL CABLE Y
ROUND STRAND (Fibra redonda) Clase 6 x 19 Acero duro mejorad Diámetro Pulgadas ¾ 7/8 1 1 1/8 1¼ 1 3/8 1½ 1 5/8 1¾ 1 7/8 2 2 1/8
Peso
Resistencia a la rotura Lbs/pie TC 0.95 23.8 1.29 32.2 1.68 41.8 2.13 52.6 2.63 64.6 3.18 77.7 3.78 92.0 4.44 107 5.15 124 5.91 141 6.72 160 7.59 179
RESISTENCIA A LA ROTURA:
FLATTENED FLATTENED LOCKED COIL STRAND (Fibra (Espira cerrada) chata) Tipo H 6x27 Acero duro Tipo G 6 x 30 mejorado
Peso
Resistencia a la rotura Lbs/pie TC 1.01 26.2 1.39 35.4 1.80 46.0 2.28 57.9 2.81 71.0 3.40 85.5 4.05 101 4.75 118 5.51 136 6.33 155 7.20 176 8.13 197
Peso
Resistencia a la rotura Lbs/pie TC 1.37 35.0 1.87 46.0 2.43 61.6 3.30 76.1 3.75 92.0 4.78 115.0 5.65 135.0 6.88 155.0 7.56 182.0 9.00 212.0 9.77 240.0 -----
ANGULO DE DESVIACION DEL CABLE (FLEET ANGLE).Es el que forma entre la línea media de la polea y la línea media del cable que va a la tambora. A fin de evitar el desgaste en la polea rozamiento del cable con la polea y con las otras vueltas del cable sobre la tambora, este ángulo debe ser lo mas pequeño posible. Un ángulo de desviación demasiado grande puede ser la causa del resquebrajamiento del cable en la tambora. Un ángulo de desviación demasiado pequeño hace que el cable se amontone en las bridas de la tambora. El ángulo de desviación recomendable es:
TAMBORA Acanalada Superficie lisa
ANGULO DE DESVIACIÓN 2° ó menos 1.5°
El valor del ángulo se puede obtener por la siguiente razón trigonométrica Polea Polea Cable
H Ø Cable a
Tambora Tambora
Tan Ø = (b/2) / V H2 + a2
1.
La operación del Winche requiere de alta responsabilidad y mucha personalidad en la coordinación y el cumplimiento de las ordenes.
2. No está permitido llevar material y personal juntos en una misma jaula. 3. Para asegurar el uso correcto del sistema sistema de izaje, izaje, se requiere una constante capacitación del personal. 4. Semanalmente debe realizarse la limpieza, engrase, chequeo del estado del cable de un compartimiento del Pique y el respectivo mantenimiento a los componentes de todo el sistema de izaje.
Calcular el cable de Izaje para una instalación de extracción de mineral por un pique vertical y para las siguientes condiciones de operación: Profundidad del pique vertical: 800 pies Peso jaula: 5000 Lbs Peso carro: 2500 Lbs Peso mineral: 4000 Lbs Tonelaje a Izar: 600 TC Tiempo de aceleración y desaceleración: 6 seg. Tiempo muerto en subir o bajar la jaula: 5 seg. Izaje por medio de un cable único no equilibrado.
Solución: 1.- Cálculo del diámetro del cable: El diámetro del cable se determina mediante tanteos, asumiendo diámetros tentativos cuyo resultado será comprobado por la relación entre la resistencia del cable y la carga total a levantar la misma que debe ser superior al factor de seguridad elegido. Sea Ø cable / Ø polea =1/64 y escogemos escogemos un cable cable de Ø 1 1/8” de 6 x 19 con peso de 2.13 lbs/pie y una resistencia de 52.6 TC (ver tabla N° 14) y un FS = 5 (tabla N° 12). El diámetro de la polea será: 1.125” x 64 = 72” y el diámetro de la polea será igual al diámetro de la tambora. Ø polea = Ø tambora = 72” = 6’ El lado de la tambora será: N° de vueltas cable: 500’/3.1416 D = 500’/(3.1416x 500’/(3.1416x6) 6) = 26.5 N° de vueltas x Ø cable + % segurid seguridad ad 26.5 x 1.125 + 10% = 29.81 + 2.98 = 32.8” = 2.7’
2.-
Carga de doblado:
Fd = A . E. dw D Para un cable de 6 x 19 de Ø 1 1/8” Fd= 0.38 (1.125)2 x 12 x 106 x 0.063 (1.125 ) = 5681 lbs = 2.84 TC. 72
Luego: Peso mineral: Peso jaula: Peso carro: Peso cable: (500x2)/2000 = Aceleración cable: (2+2.5+1.25)3 / 32.2 = Carga de doblado:
2.0 2.5 1.25 0.50 0.54 2.84 9.63 TC
3.- Chequeo por factor de seguridad: s eguridad: FS = Resistencia del cable / Carga total a levantar FS = 52.6 /9.63 = 5.40 > 5, Lo que indica que el cable elegido es correcto.
AFRONTE LOS RETOS Y PERSISTA EN SU AFÁN POR APRENDER
“
”
