Sistema de Izaje en Minería Subterránea

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INDICE        

INTRODUCCIÓN OBJETIVOS GENERALIDADES SISTEMAS Y NORMAS DE SEGURIDAD COMPONENTES DEL SISTEMA DE IZAJE CÁLCULO DE IZAJE CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA

INTRODUCCIÓN  El sistema de izaje, se utiliza cuando el acceso al yacimiento minero de la mina no es posible por socavones de cortada o túne túnele les, s, cuan cuando do se quie quiere re intr introd oduc ucir ir mate materi ria ales, les, maqu maquin inar aria iass  y el mismo personal; y no se tiene socavones principales, se recurre a la utilización de infraestructura y maquinaria de izaje.

OBJETIVOS

Conocer y comprender  el sistema de Izaje que se utiliza en minería.

Conocer los componentes principales del sistema de Izaje en minería. Conocer la importancia del winche, poleas y cables.

Ver ejemplos aplicativos relacionados al sistema de Izaje

I. GENERALIDADES Definición de Winche de Izaje •

El Winche de izaje, es una maquinaria utilizada para levantar, bajar, empujar o tirar la carga; el Winche de izaje, es utilizado también para bajar e izar    personal del interior de la mina; siempre que cumpla con exigencias mínimas de seguridad.

I. GENERALIDADES Componentes del WINCHE de Izaje

TAMBORA SISTEMA DE SEGURIDAD: Lyli control, frenos, etc. CABLES

POLEAS

MOTOR   PALANCA DE CONTROL JAULA, BALDES.

CASTILLO

II. SISTEMAS Y NORMAS DE SEGURIDAD DE LOS WINCHES DE IZAJE. Cada equipo de izaje y accesorios debe tener claramente indicado la capacidad máxima y una tabla de ángulos de izaje; la misma que debe ser deberá ser remplazado también, cuando ha sufrido dobleces o pegada en un lugar adecuado y fácilmente visible para el operador

El cable  presenta COCADAS. En el caso de tambores de enrollado de cables, se inspección de equipos, y accesorios, esencialdel para debe asegurarLa que, permanezcan en elcomponentes tambor por lo menos tresesvueltas que el sistema de izaje se encuentre en buenas condiciones de referido cable.asegurar operación y funcionamiento. Las cuales serán hechas por personal •

competente principal del Winche), debe estar ubicado según diseño El pique (infraestructura y Planos; y debe tener acceso con los niveles principales para el transporte de Los titularesmateriales, serán responsables mantenimiento, así como de las  personal, herramientas, explosivos,delmineral y desmonte.

inspecciones periódicas a la que deben estar sujetos los sistemas de izaje.

El Winche jalará uno o dos jaulas de transporte de personal, pero cuando se El supervisor responsable del área de trabajo, es quien Las autoriza el uso del trate de acarreo del mineral, nunca se debe transportar personal. horas equipo de izaje sólo al personal calificado y certificado por terceros. de izaje de mineral o desmonte, deben ser independientes de las horas de izaje de personal. Durante las operaciones de izaje con winches, sólo debe usarse señales estándares; ya sea de sonido, de iluminación o micrófonointercomunicador

TRIANGULO DE SEGURIDAD EN EL IZAJE.

DISEÑO DE UN PIQUE

III. COMPONENTES DEL SISTEMA DE IZAJE 1.- TAMBORA

Son aquellos cilindros donde se enrollan los cables, en el que  podríamos hablar del enrollado activo que es el cable que verdaderamente trabaja y el enrollado de reserva para los cortes reglamentarios que dispone la ley de seguridad y para reducir el esfuerzo ejercido por el cable, a la unión con el tambor.

ELEMENTOS DE LA TAMBORA

EJE PRINCIPAL

FRENOS

Los elementos  principales de la tambora EMBRAGUES

RANURAS

III. COMPONENTES DEL SISTEMA DE IZAJE 2.- MOTOR 

3.- SISTEMA DE SEGURIDAD: LILLY CONTRO, FRENOS.

Es el dispositivo que regula la velocidad, este actúa en caso de una súbita aceleración o desaceleración de la velocidad, ocasionado por  una posible falla mecánica, el Lilly control, acciona el dispositivo de emergencia del sistema de izaje. Es el propulsor de la acción mecánica, es el que realiza el trabajo de izaje. Las características del motor se eligen de acuerdo al requerimiento y la capacidad de la carga que se quiera izar  y a las dimensiones y modelos del pique.

4.- PALANCAS DE CONTROL

Son los dispositivos de control y manejo del Winche. Estos deben ser manipulados sólo por el operador o maquinista autorizado.

5.- JAULA, BALDE Y SKIP JAULA

Son compartimientos metálicos de 1 o 2 pisos, se usan para subir o bajar personal, material y carros mineros . En este caso 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.

SKIP

BALDES

Son recipientes que circulan en el interior de los piques y sirven  para transportar mineral desde el fondo del pozo hasta el exterior.

Son recipientes cilíndricos de poca capacidad, usados para Izaje de tonelaje pequeños de mineral y desmonte. La descarga se efectúa por balanceo accionado para tal fin.

6.- CASTILLO

Son estructuras metálicas/madera que sirve para soporta la carga de Izaje y la instalación de tolvas de almacenamiento de mineral. Estas estructuras soportan esfuerzos de viento cargas de trabajo.

7.- CABLES

III.COMPONENTES DEL SISTEMA DE IZAJE

Poleas Es una rueda acanalada que gira alrededor de un eje central por el que pasa el cable en cuyos extremos se encuentra la jaula o skip (resistencia) y en la otra el winche o tambora (potencia). Polea de izaje minero 72” Las poleas se puede construir de 3 formas: 1.

Por fundición

2.

Por acero moldeado

3.

Por construcción soldada.

Las poleas soldadas son menos pesadas y las más resistentes y son las más empleadas en la construcción de piques. La polea de izaje debe ser hecha y mantenida para acomodar adecuadamente el cable. El diámetro de la polea está establecido por reglas de seguridad para piques

Poleas o Winches de Fricción o de Koepe El cable simplemente pasa sobre la polea o tambora de fricción durante el izaje, que en cada extremo lleva una jaula o skip o contrapeso. La polea es accionada por un motor.

Fue introducido en Alemania por Frederick Koepe (1877 ) utilizando el principio de fricción de contacto. Existe un real contacto entre la polea y el cable que va de 180° a 200°.Las poleas de fricción son diseñadas para usar cables de cola como contrapeso, que aseguran el suficiente contacto de fricción, los cuales tienen el mismo peso que los cables de izaje, y así reducen el torque de movimiento necesario de la tambora de fricción. En caso de rotura del cable, caerían ambos vehículos inmediatamente. La polea de Koepe monocable se construye con diámetros que llegan hasta 9 m y a los lados del cable cuentan con regiones anchas que reciben las zapatas de freno.

La polea de Koepe multicable cuenta con tantas gargantas como cables a soportar.

Traviesas de Choque y Taquetes de Seguridad. Las poleas se aseguran mediante traviesas de choque dispuestas debajo de ellas, contra daños causados por la jaula o skip, en caso que el empuje de la jaula no haya podido ser absorvido por el ensanchamiento de las guiaderas.

Cuando la jaula o skip choca contra estas traviesas, existe el peligro de rotura del cable y de la caída de pasar la jaula ascendente y sitúandose en posición tal la jaula. Los taquetes evitan la caída, dejando que retienen la jaula al descender.

Ensanchamiento de las Guiaderas

Las guiaderas poseen un ensanchamiento en los extremos superior e inferior, a fin que las zapatas de deslizamiento se frenen y gracias al cual las jaulas se detienen de modo suave. Estos ensanchamientos son simétricos a cada lado, con una inclinación de 1:100 hasta llegar a una medida máxima de 5 cm a cada lado.

IV. CALCULOS DE IZAJE Esfuerzos, factor de seguridad y grosor de hilos

sin deformarse o romperse.

Resistencia: Propiedad que tienen los cables de soportar las acciones de agentes mecánicos, físicos, etc.

Esfuerzo: Fuerza que al ejercer sobre el cable, tiende a alargarlo ( tracción ) o doblarlo ( flexión ).

Elasticidad: Propiedad que tienen los cuerpos deformados por una fuerza exterior de recobrar su forma primitiva cuando cesa de actuar dicha fuerza deformadora. Módulo de Elasticidad: Relación existente entre la magnitud de las fuerzas externas que provocan el alargamiento elástico del cable y el valor que alcanza dicho alargamiento.

En los cálculos de Resistencia de Materiales siempre se tiene en cuenta dicho Módulo para que en ningún caso puedan alcanzar las piezas el límite de elasticidad que provocaría la deformación o la ruptura del cable. Factor de Seguridad : Es la carga o esfuerzo máximo que puede soportar el cable sin romperse, y la magnitud del esfuerzo máximo a que se halla sometido. Grosor de los hilos: Constituido por el diámetro de cada hilo, que a su vez debe guardar una relación

con el diámetro del cable.

4.1.- Esfuerzo de tracción = Peso del cable y carga/Sección transversal del cable = lbs/(3.1416 * r2) = lbs/pulg2 4.2.- Esfuerzo de Curvatura =(Módulo Elasticidad cable * Grosor hilo)/Diámetro de polea = lbs/pulg 2 * pulg/pulg = lbs/pulg 2 4.3.- Esfuerzo Total = Esfuerzo de tracción + Esfuerzo de Curvatura = lbs/pulg2 4.4.- Factor de Seguridad = Resist. a la rotura del cable/Esfuerzo total; sin unidad. Existe otra forma práctica para hallar el Factor de S eguridad: - Para transporte de personal = 9.5 - (0.001 * T)

- Para extracción

= 7.2 - (0.0005 * T)

donde T = Profundidad del pique; m.

4.5.- Grosor de Hilo = ( Diámetro del cable/30 ) + 1; mm. Diámetro del cable = mm. Este grosor de hilo finalmente se transforma a pulgadas: mm/25.4 30= Relación entre diámetro cable y diámetro hilo; s/u

Ejercicio

Un cable de 2 pulgadas de diámetro tiene una resistencia de rotura de 171,000 lbs/pulg2; su Módulo de elasticidad es de 12'000,000 lbs/pulg2. El total de carga que soporta incluido el peso del cable es de 45,000 lbs; el diámetro de la polea es de 96 pulgadas.

Solución  ESFUERZO DE TRACCION = 45000/(1)2 * 3.1416 = 14324 lbs/pulg2  GROSOR DE HILOS = (50.8mm/30) + 1= 2.69 mm = 0.106 pulg  ESFUERZO DE CURVATURA = (12000000 * 0.106)/96 = 13255 lbs/pulg2  ESFUERZO TOTAL = 14324 + 13255 = 27579 lbs/pulg2  FACTOR DE SEGURIDAD = 171000/27579 = 6.20  ESFUERZO DE TRACCION = 45000/(1)2 * 3.1416 = 14324 lbs/pulg2  GROSOR DE HILOS = (50.8mm/30) + 1= 2.69 mm = 0.106 pulg  ESFUERZO DE CURVATURA = (12000000 * 0.106)/96 = 13255 lbs/pulg2  ESFUERZO TOTAL = 14324 + 13255 = 27579 lbs/pulg2  FACTOR DE SEGURIDAD = 171000/27579 = 6.20

Cálculos de viajes, tiempos, velocidad, peso del cable, carga admisible, diámetros, distancias, longitud cable desde polea hasta tambora, ancho de tambora y numero de vueltas Durante el izaje, la marcha de la máquina es alternada, denominándose: Tiro: Al viaje de la jaula o skip y está compuesto normalmente de 3 partes a) Un periodo de aceleración b) Un período de régimen, con velocidad uniforme c) Un periodo de frenado o desaceleración

Maniobra: Son las operaciones de carga, descarga y tiempos muertos. Cordada: Es la sumatoria del Tiro y Maniobra; compuesto por el Tiempo de Izamiento (Ti) y Tiempos Muertos (Tm). El Ti a su vez se encuentra constituido por los tiempos aceleración (ta), tiempos de velocidad uniforme (tu) y tiempos de desaceleración ( td ). Los Tm se encuentran constituidos por el tiempo que toma el carguío, descarguío y otros, en que la jaula o skip se encuentra detenido.

La sumatoria de Ti y Tm constituye el Tiempo total del ciclo ( T tot).

4.6.- Número de viajes por hora (NV/hora) NV/hora = Ton a extraer/(Horas efectivas * Capacidad skip) = Ton/(horas * ton/viaje) = viaje/hora

4.7.- Tiempo total del ciclo ( T tot ) T tot = 3600/N = (seg/hora)/(viaje/hora) = seg/viaje = seg/ciclo

4.8.- Tiempo de velocidad uniforme ( tu ) tu = T tot - ( ta + td + tm ); seg/ciclo Donde tm = Tiempo muerto, es decir skip detenido por alguna circunstancia exceptuando el carguío y descarguío

4.9.- Velocidad de Izaje ( V ) V = L/(Ti - ((ta + td)/2)) ; pie/seg donde L = Longitud del cable ( profundidad efectiva + distancia piso de exterior a punto de volteo + punto volteo a punto opuesto de polea Ti = Tiempo de izamiento = ta + td + tu

4.10.- Peso del Cable ( P ) P = Q tot/((R/0.9 * S) - Lv); kg/m donde P = Peso del cable ; kg/m Q tot = Carga o peso total suspendido ( peso de la jaula, carga y carros ) R = Resistencia del cable a la rotura S = Coeficiente de seguridad Lv = Longitud vertical del cable desde profundidad efectiva hasta el punto de contacto con polea

4.11.- Carga Admisible ( Q adm ) Q adm = ( Sc * R )/S ; kg donde Q adm = Carga o peso admisible del cable; kg Sc = Sección del cable = 3.1416 * r2; cm2 R = Resistencia del cable a la rotura; kg/cm2 S = Coeficiente de seguridad

4.12.- Diámetro de la Tambora ( D tamb ) D tamb = 64 dc ; m D tamb = 80 dc ; m Donde D tamb = Diámetro de la tambora ; m dc = Diámetro del cable ; m Como quiera que se puede definir el diámetro entre estas dimensiones, es preferible escoger el mayor

4.13.- Diámetro de la Polea ( D polea ) Generalmente, es el mismo diámetro de la tambora ; m.

4.14.- Distancia horizontal eje tambor - Eje cable vertical ( b ) b = (0.45 * Hc) + D tamb + ( 0.5 * D polea ) + 6 ; m Donde Hc = Altura del castillo desde el piso exterior hasta el punto de volteo de polea ; m

4.15.- Longitud inclinada del cable desde punto opuesto polea hasta tambora ( Li )

Li =

√

(Hc - c)2 + (b -( D polea/2) )2 ; m Donde c = Altura del eje de la tambora sobre el piso; m

4.16.- Ancho del Tambor Ancho del tambor = tg α * Li * 2 ; m

Donde α = Angulo de desviación del cable entre polea y tambora. Máximo debe ser 1.5 ° a cada lado de la tambora, desde el eje de la polea.

4.17.- Numero de vueltas del cable en el tambor núm. vueltas = Ancho tambor/( dc + separación ranuras tambor) Donde dc = Diámetro del cable; m Separación ranuras del tambor = m

Ejercicio

Se desea extraer 350 TC de mineral en 6 horas efectivas de trabajo por medio de un sistema de izaje balanceado usando skips, a través de un pique con los siguientes parámetros:

Profundidad efectiva Longitud piso exterior a punto volteo Longitud punto volteo a punto opuesto de polea Capacidad del skip Peso del skip Peso del mineral Resistencia del cable a la rotura Coeficiente de seguridad del cable Diámetro del cable Altura eje tambor sobre el piso Separación ranuras del tambor Tiempo de aceleración Tiempo de desaceleración Tiempo muerto

200 m 28 m 2 m 1.5 TC 1000 1200 kg 16000 kg/cm2 kg 7 1 pulg 1 m 6 mm 12 seg 6 seg 22 seg

Hallar:

           

Número de viajes por hora Tiempo total del ciclo Tiempo de velocidad uniforme Velocidad de izaje Peso del cable Tiempo de izamiento Carga admisible del cable Diámetro de la tambora y polea Distancia horizontal eje tambor a eje cable vertical Longitud inclinada del cable desde polea hasta tambora Ancho del tambor Número de vueltas del cable en el tambor

Desarrollo:  NUMERO DE VIAJES POR HORA

N = 350/(6 * 1.5) = 39 viaje/hora  TIEMPO TOTAL DEL CICLO

T tot = 3600/39 = 92.31 seg/ciclo  TIEMPO DE VELOCIDAD UNIFORME

tu = 92.31 - ( 12 + 6 + 22 ) = 52.31 seg  VELOCIDAD DE IZAJE

L = 200 m + 28 m + 2 m = 230 m * 3.28 = 754 pie Ti = 12seg + 6seg + 52.31seg= 70.31 seg V = 754/(70.31 - (12 + 6)/2)) = 12.30 pie/seg

 PESO DEL CABLE

Q tot = 1000 kg + 1200 kg = 2200 kg R = 16000 kg/cm2 S=7 Lv = 200m + 28m = 228 m P = 2200/((16000/(0.9 * 7) - 228) = 0.95 kg/m  TIEMPO DE IZAMIENTO

Ti = ts + td + tu = 12seg+ 6seg + 52.31seg = 70.31 seg  CARGA O PESO ADMISIBLE DEL CABLE

1 pulg = 2.54 cm Sc = 3.1416 * (1.27)2 = 5.07 cm2 Q adm = (5.07 * 16000)/7 = 11589 kg

 DIAMETRO DE LA TAMBORA

D tamb = ( 64 a 80 ) dc ; m dc = diámetro del cable = 1 pulg = 0.0254 m D tamb = 64 * 0.0254 = 1.63 m D tamb = 80 * 0.0254 = 2.03 m Optamos por D tamb = 2.03 m, porque es preferible el mayor.  DIAMETRO DE LA POLEA

D pol = 2.03 m, es decir el mismo diámetro que la tambora.  DISTANCIA HORIZONTAL EJE TAMBOR - EJE CABLE VERTICAL

b = ( Hc * 0.45 ) + D tamb + ( D pol * 0.5 ) + 6 ; m = ( 30 * 0.45 ) + 2.03 + ( 2.03 * 0.5 ) + 6 = 22.55 m

 LONGITUD INCLINADA DEL CABLE DESDE POLEA HASTA TAMBORA

c=1m Li = √ (30 - 1)2 + (22.55 -( 2.03/2))2

= 36.12 m  ANCHO DEL TAMBOR

ancho de tambor = tg 1.5° * 36.12 * 2

= 1.89 m

 NUMERO DE VUELTAS DEL CABLE EN EL TAMBOR

dc = diámetro del cable = 1 pulg = 0.0254 m separación ranuras tambor = 6 mm = 0.006 m Número de vueltas = 1.89/(0.0254 + 0.006) = 60 vueltas

CONCLUSIONES Se han desarrollado los principales componentes del sistema de Izaje, viendo sus  principales funciones y aplicaciones en las diferentes actividades mineras. Se ha conocido las principales funciones del winche, cables, poleas y otros complementos del sistemas de Izaje.

Relacionamos al sistema de Izaje con aplicaciones de minas que utilizan estos obras dentro de sus operaciones.

BIBLIOGRAFÍA 

 Planeamiento Integral en la ejecución del pique TIMMERS. Volcan  –  2011



Compañía Peruana de uso Minero Ecológico y Técnico. Módulo Minería  –  2006 



 Revista del Instituto de Investigación de la Facultad de Geología, Minas, Metalúrgia, y Ciencias Geográficas. Lima  –  Perú 2000.