UNIVERSIDAD NACIONAL UNIVERSIDAD NACIONAL “ “SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”

F I M G MF I M G MESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINASESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS

MAQUINARIAMAQUINARIAY Y

EQUIPO MINEROEQUIPO MINERO

Preparado por MSc. Ing. Wilfredo Rumaldo Neira rumaldo27@hotmail.com RPM. Cel. 950892351

SEMESTRE

2012-0

IZAJE EN MINERIAIZAJE EN MINERIA

POLEA

CASTILLO

ESCALERA

TOLVA

El Castillo del Pique Esperanza - Chungar. Volcán Cía. Minera - Cerro

de Pasco.

PIQUE LOURDES DE LA MINA PIQUE LOURDES DE LA MINA RAUL ROJAS DE CERRO DE RAUL ROJAS DE CERRO DE

PASCOPASCO

I N T R O D U C C I Ó NI N T R O D U C C I Ó N

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.

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.

Forma Rectangular de la Sección Transversal de un PiqueCompartimientos: 1: de ascenso; 2: de escalera; 3: de tuberías y

cable

Sección RectangularSección Rectangular

Sección CircularSección 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 PiqueCompartimientos: 1: de ascenso; 2: de escalera; 3: de

tuberías y cables 

3.- .- Extracción por medio de dos cables Extracción por medio de dos cables completamente equilibrados por un cable completamente equilibrados por un cable que se denomina cable de contrapesoque 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.

Skip

Cónico

ContrapesoCable de

Skip

Cilindrico

Cables

Skip

Volquete

Tolva

Castillo

Cuadros del

Tolva

Carros Mineros

Pique

Nivel

GuíaderasGuías o

Tornapunta

Winche

Polea

Cable

WINCHE DE TAMBOR CILÍNDRICOWINCHE DE TAMBOR CILÍNDRICO

WINCHE DE TAMBOR BICILINDROCÓNICOWINCHE 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 BICILINDROCÓNICOTAMBOR BICILINDROCÓNICO

2.- MOTOR.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.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 (pudiendo ser automático). Existe skips llamados basculante que puede girar alrededor de un eje al momento de la descarga.

S K I PS 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 tornapuntas que sostiene al armazón cuando recibe esfuerzos a nivel de las poleas.

CASTILLO SIMPLECASTILLO 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 tabla siguiente:

Tabla Nº 10

TIPO DE SERVICIO TIPO Ø DE POLEA CABLE RECOMENDABLE MINIMO

Cables de arrastre 6x7 72d 42d

Transporte en minasCable tractorCables de izaje Standard 6x19 45d 30d

(comúnmente usados)Winches de la mina 60-100d

Jalador de carrosCables extra- flexibles 6x19 31d 21d

para izajes Cable flexible especial 6x37 27d 18d

para izaje.

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” +1/64”3/8” – ¾” +1/32”3/16 “ + 3/64”1 3/16 – 1 ½ + 1/16”1 9/16 – 2 ¼” + 3/32”2 5/16 – Más + 1/8”

POLEAS DE IZAJEPOLEAS DE IZAJE

8.- CABLES. Es un producto fabricado con alambres de acero, colocados ordenadamente, para desempeñar un trabajo determinado.

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).

C A B L E S

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.e). LUBRICANTE.- Sirve para reducir el rozamiento interno del cable, protegen a los alambres de acero de la corrosión y al alma contra su deterioro.f). REVESTIMIENTO PROTECTOR.- De acuerdo a las condiciones de trabajo a soportar, para proteger a los cables se revisten con zinc (galvanizado), estaño, cadmio y latón.

TIPOS DE CABLES ORDINARIOSTIPOS DE CABLES ORDINARIOS

TIPOS DE CABLESTIPOS 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 CHATACABLES DE FIBRA CHATA

CABLE CON ESPIRA CERRADACABLE 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 flexiblesCables extra flexibles

3.- SEGÚN EL USO- Cables para mineríaCables para pesqueríaCables para transporteCables para industria

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 AREA APROX. ALAMBRE dW A 6 x 7 0.106 d 0.36 d2 6 x 19 0.063 d 0.38 d2 6 x 37 0.045 d 0.38 d2 6 x 19 0.050 d 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 = P = 2. Ft2. Ft D.dD.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.

30 D

D

6 Dy Grapas

Abrazadera

FORMAS DE ENGANCHAR EL CABLE.-En el izaje el cable se engancha al skip, jaula y balde por dos sistemas:1.- Sistema de 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.

Cables Encajado

CableAlambres

Zinc

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.

Factor de seguridad para cables de alambre de mina, cuando transita personal:

LONG. DEL CABLE FACTOR DE SEG. MINIMOLONG. DEL CABLE FACTOR DE SEG. MINIMOPique en pies Para cable nuevo 500 a menos 8 500 a 1000 7 1000 a 2000 6 2000 a 3000 5 3000 a más 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. Pies/min. Menos de 200 150 492 Mas de 200 250 820

Para izaje con skip o balde, la velocidad de izamiento será superior, pudiéndose adoptar las velocidades siguientes:

Longitud del cable Velocidad máxima en el pique, en pies Pies/min. 500 a menos 1200 500 a 1000 1450 1000 a 1500 1700

1500 a 2000 1950 2000 a 2500 2250 2500 a 3000 2500 3000 a 3500 2750 3500 a 4000 3000 4000 a 4500 3250 4500 a 5000 3500Estos 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 RESISTENCIA A LA ROTURA:TABLA PARA HALLAR EL PESO DEL CABLE Y RESISTENCIA A LA ROTURA:

ROUND STRAND FLATTENED LOCKED COIL (Fibra redonda) STRAND (Fibra (Espira cerrada)

Clase 6 x 19 chata) Tipo H 6x27 Acero duroAcero duro mejorad Tipo G 6 x 30 mejorado

Diámetro Peso Resistencia Peso Resistencia Peso Resistencia a la rotura a la rotura a la rotura

Pulgadas Lbs/pie TC Lbs/pie TC Lbs/pie TC¾ 0.95 23.8 1.01 26.2 1.37 35.07/8 1.29 32.2 1.39 35.4 1.87 46.01 1.68 41.8 1.80 46.0 2.43 61.61 1/8 2.13 52.6 2.28 57.9 3.30 76.11 ¼ 2.63 64.6 2.81 71.0 3.75 92.01 3/8 3.18 77.7 3.40 85.5 4.78 115.01 ½ 3.78 92.0 4.05 101 5.65 135.0 1 5/8 4.44 107 4.75 118 6.88 155.01 ¾ 5.15 124 5.51 136 7.56 182.0 1 7/8 5.91 141 6.33 155 9.00 212.02 6.72 160 7.20 176 9.77 240.02 1/8 7.59 179 8.13 197 --- ---2¼ 8.51 200 9.10 220 --- ---

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 ANGULO DE DESVIACIÓN

Acanalada 2° ó menos Superficie lisa 1.5°

El valor del ángulo se puede obtener por la siguiente razón trigonométrica

Tan Ø = (b/2) / V H2 + a2

Polea

Cable

Tambora

Polea

Tambora

Cable

a

H

Ø

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 un 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’/(3.1416x6) = 26.5 N° de vueltas x Ø cable + % seguridad 26.5 x 1.125 + 10% = 29.81 + 2.98 = 32.8” = 2.7’

2.- Carga de doblado: Fd = A . E. dw DPara 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 = 72 2.84 TC.

Luego:Peso mineral: 2.0Peso jaula: 2.5Peso carro: 1.25Peso cable: (500x2)/2000 = 0.50Aceleración cable: (2+2.5+1.25)3 / 32.2 = 0.54

Carga de doblado: 2.84

9.63 TC

3.- Chequeo por factor de seguridad:

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 AFRONTE LOS RETOS Y PERSISTA EN SU AFÁN POR APRENDER SU AFÁN POR APRENDER ””