MINADORES II

Título:	EQUIPOS MOVILES
Subtítulo	MINADORES II
Fecha de realización:	05/01/2018
Grupo:	DISEÑO Y SELECCION DE MAQUINAS
Tema:	MAQUINAS MINERAS
Código:	DIS-MIN-EMO-10-02

INDICE

1 EQUIPOS DE ARRANQUE SIN ACARREO.
1.1 APLICACIONES.
1.2 CONSIDERACIONES DE SELECCIÓN.
1.2.1 RESISTENCIA A LA COMPRESION DE LA ROCA.
1.2.2 RENDIMIENTO DEL ROZADO.
1.2.3 CONDICIONAMIENTO GEOMETRICO.
1.2.4 CONDICIONAMIENTO GEOMECANICO.
1.2.5 PENDIENTE DE TRABAJO.
1.2.6 PRESION TRANSMITIDA AL TERRENO.
1.2.7 CARACTERISTICAS ESPECIFICAS DE CADA MAQUINA.
2 BIBLIOGRAFIA.

	Fecha	Autor	Observaciones
	05/01/2018	Ing. Juan Carlos Miranda Rios	Documento Base
Rev.01
Rev.02

EQUIPOS MOVILES 

1 EQUIPOS DE ARRANQUE SIN ACARREO

1.1 APLICACIONES

Una de las ventajas más importantes de los minadores continuos es la de poder obtener un producto de mayor calidad, como consecuencia del arranque selectivo que se realiza de los minerales que se explotan. 

Los minadores actuales pueden efectuar el arranque con una precisión de corte de unos 2 cm, lo que permite en determinados yacimientos obtener materiales de diferentes calidades. Esto supone numerosas ventajas entre las que cabe destacar:

• Las plantas de tratamiento de los minerales pueden dimensionarse para capacidades más pequeñas, al ser una parte de la producción directamente vendible. 
• El material producido está menos diluido al no mezclarse con estéril y la recuperación es mayor que con equipos convencionales. 
• Cuando el mineral presente ciertos niveles con sustancias contaminantes concentradas, el valor de la producción puede aumentarse dentro de la propia operación minera, pues se evita la penalización o la necesidad de un tratamiento costoso. Tal es el caso del azufre, en forma de pirita y en algunos yacimientos de carbón. 
• La granulometría de los productos puede ser adecuada para un aprovechamiento inmediato. 

Por otro lado, además de poder efectuar un arranque selectivo en algunos casos se busca la homogeneización de los materiales arrancados; las situaciones que pueden presentarse, tanto en el ataque horizontal como en el frontal, quedan reflejadas en la figura siguiente. 

Corte de rocas blandas 

Se entiende por rocas blandas un material que se corta fácilmente, dando un producto seco bien fragmentado, por ejemplo pizarras blandas. Los materiales húmedos y plásticos (arcilla) o tenaces (talco o yeso) poseen unas características de corte distintas. La mayoría de los materiales blandos tienen una resistencia a compresión inferior a los 50 MPa, o presentan muchas fracturas que permiten obtener un tamaño pequeño de fragmentación, menor de 200 mm. 

En rocas blandas, y generalmente no abrasivas, las elevadas velocidades de la cabeza de corte de las rozadoras transversales y la gran superficie de la sección transversal de la misma permiten alcanzar, en general, unos rendimientos instantáneos de corte superiores a los de las máquinas de tipo axial equivalente. En estas condiciones, la capacidad de corte de la rozadora es generalmente superior a la carga y transporte. 

Las minadoras transversales en material blando cortan generalmente por movimientos verticales. Es ventajoso empezar en la parte superior y trabajar hacia abajo únicamente en condiciones ideales; en la mayoría de los casos, el corte se hace desde el piso hacia el techo. Debido a la dirección de rotación de la cabeza de corte, ésta puede lanzar el material directamente hacia la plataforma de carga. Si la capacidad de transporte no está sobresaturada, se puede reducir el tiempo de limpieza y de carga, aumentando así el rendimiento global de arranque. En algunas circunstancias, especialmente cortando desde el suelo hacia el techo, es posible que se lance material por encima de la plataforma, lo cual puede exigir desplazamientos adicionales del minador para limpiar el tajo. 

Las minadoras axiales efectúan normalmente un corte limitado en la parte central del frente, para ensancharlo luego en todo el ancho el túnel. Los rendimientos instantáneos de corte serán ligeramente inferiores a los de la minadora transversal debido al menor tamaño y velocidad del cabezal. 

El tiempo necesario para un corte completo en terreno blando es relativamente pequeño en comparación con la carga y limpieza. En estas condiciones, adquieren mucha más importancia la maniobrabilidad de la minadora y su capacidad de carga y transporte. 

El corte en materiales medios a duros 

Debido a la dirección de rotación de la cabeza transversal, el minador está siempre sometido a fuerzas que tratan de empujarlo hacia fuera del corte. En terreno duro, hacen falta peso y esfuerzo de tracción para mantener a la máquina en el corte. Esta reacción adquiere mayor importancia en condiciones de humedad o en excavaciones en rampas ascendentes. 

Normalmente, las minadoras transversales cortan en rocas duras moviendo el brazo horizontalmente en todo lo ancho del frente, luego se posiciona de nuevo la cabeza para el corte siguiente. El socavado se hace normalmente a la altura del piso, conociéndose esta modalidad de corte como climb milling. La profundidad y la anchura del plano de corte dependen del material a arrancar. Cuando la cabeza transversal se usa en la modalidad de arco, sólo de una de las dos cabezas está en el corte, mientras que la otra la acompaña consumiendo potencia y produciendo polvo y desgaste de las picas. 

En lo relativo a las minadoras axiales sólo se utiliza esfuerzo de tracción para el socavado inicial, y después la acción de corte depende de la estabilidad de la máquina. Generalmente, después del socavado se hace corte poco rebajado transversalmente en el centro del frente, el cual se va agrandando a continuación. La rozadora axial puede dar las pasadas en cualquier dirección. 

Perfilado 

Debido al eje de rotación de las cabezas transversales y al tamaño de las mismas, existe cierta dificultad para conseguir un perfilado preciso. Si la minadora avanza por pasos de un metro, se formaran aristas salientes en el techo y en el suelo. Estos resaltes se pueden eliminar allanando hacia atrás. 

Con el minador axial se puede adaptar el ángulo de cono de la cabeza de corte al tamaño del túnel, produciendo un perfil recto que no exija allanado alguno. 

Si una máquina axial no está excavando el túnel desde una posición central, entonces puede ser necesario disponer de dos ángulos cónicos en la cabeza de corte para conseguir el perfil exacto en toda la obra. En este caso, el ángulo cónico más grande estará en la parte posterior. 

Un perfilado deficiente ocasionará problemas en el movimiento de vehículos sobre los pisos irregulares, y mayores costes de revestimiento en las paredes laterales y el techo. 

Corte selectivo en rocas mixtas 

En formaciones rocosas estratificadas es frecuente encontrarse con diversos buzamientos. Como la cabeza de corte de tipo axial puede trabajar eficazmente en cualquier dirección, es decir, horizontal, vertical o diagonalmente, es adecuada para la excavación de estratos duros, con fallas o inclinados. Es posible seleccionar y quitar una determinada banda de roca, sea cual sea su orientación. 

Este aspecto es muy útil cuando se presentan zonas de roca blanda y dura, ya que se pueden arrancar primero las rocas blandas de la parte superior y la inferior para debilitar así a la roca dura. 

Es más difícil excavar selectivamente usando la cabeza transversal, dados su tamaño y su forma. A menos que los estratos de roca sean tan potentes como el cabezal, no será posible el corte selectivo. Mientras que las minadoras transversales, pueden cortar verticalmente y en la modalidad de arco, el corte diagonal puede ser un problema para ellos, a causa del núcleo central que se deja entre las dos mitades de la cabeza cortadora. A menudo será necesario elegir, como solución de compromiso, un recorrido diagonal escalonado. 

1.2 CONSIDERACIONES DE SELECCION 

Actualmente, las rozadoras en el mercado pueden clasificarse en cuatro categorías, en función de su peso en servicio y dimensiones geométricas correspondientes: 

MAQUINAS LIGERAS 

Características: 

• Peso: < 20 t. 
• Potencias de la cabeza de corte: < 50 kW. 
• Dureza máxima de roca: Rc < 300 kg/cm2. 

MAQUINAS DE PESO MEDIO 

Características:

• Peso: Entre 20 y 40 t. 
• Potencia en cabeza de corte: < 110 kW. 
• Dureza máxima de la roca: Rc < 800 kg/cm2. 

MAQUINAS PESADAS 

Características:

• Peso: Entre 40 y 60 t. 
• Potencia en la cabeza de corte: 110-220 kW. 
• Dureza máxima de la roca: Rc < 1.000 kg/cm2. 

MAQUINAS MUY PESADAS 

Características:

• Peso: Entre 60 y 80 t. 
• Potencia de la cabeza de corte: 200-300 kW. 
• Dureza máxima de la roca: Rc ≤ 1.200 kg/cm2. 

La siguiente tabla muestra los factores que intervienen en el funcionamiento de un minador: 

Seguidamente se comentan algunos de estos factores. 

1.2.1 RESISTENCIA A LA COMPRESION DE LA ROCA 

La elección de la potencia de la rozadora está en estrecha relación con la resistencia a compre­sión simple de la roca, la tabla adjunta indica esta relación basada en la práctica. 

La resistencia a compresión de la roca no es de fácil determinación, ya que el dato obtenido en laboratorio sobre probeta puede no reflejar la realidad de la matriz rocosa. 

El grado de fracturación y la orientación de la estratificación influyen sobremanera en la resistencia real del macizo, en el momento de ser rozado: es necesario, por tanto hacer una correc­ción sobre el valor determinado sobre probeta sopesando el grado de fracturación y diaclasado (es una fractura en las rocas que no va acompañada de deslizamiento de los bloques que determina, no siendo el desplazamiento más que una mínima separación transversal) de la roca, determinando el número de familias de diaclasas que darán como resultado una resis­tencia real inferior a la calculada. La estimación de esta resistencia exige la observación del frente de roca y experiencia para su interpretación. Puede emplearse también la media de los valores obtenidos con el martillo Schmidt, obteniéndose la resistencia a compresión mediante la expre­sión: 

1.2.2 RENDIMIENTO DEL ROZADO

El rendimiento de rozado medido en m3 sobre perfil, depende principalmente de la resistencia a comprensión simple y de la potencia de la cabeza de corte. Para una misma relación sc/st entre la resistencia a compresión y tracción de la roca, una relación óptima de ésta varía entre 10/1 y 15/1. 

1.2.3 CONDICIONAMIENTO GEOMETRICO 

El gálibo del túnel a excavar determina las máquinas que por dimensiones pueden em­plearse. 

Dentro de las máquinas que por gálibo pueden emplearse cabe una segunda elección en función de las fases en las que se piense excavar el túnel. 

Si la excavación se hace en una única fase deberán seleccionarse las máquinas de modo que la altura máxima de corte sea igual o mayor que la altura de la sección a excavar. 

Si la excavación se hace en fases, una vez defi­nidas éstas se hará la selección como en el párrafo anterior. 

1.2.4 CONDICIONAMIENTO GEOMECANICO

En la elección de la máquina más idónea hay que tener en cuenta la variabilidad de las carac­terísticas geomecánicas del terreno. La elección será distinta según se trate de terrenos con fuerte, mediana o leve incidencia de los tramos de terreno malo dentro del conjunto. Unas máquinas se adaptan mejor que otras a la pro­blemática que plantean los terrenos de mala calidad; siempre hay que buscar en la elección una mejor versatilidad y adaptación cuando se trata de formaciones de características muy variables. 

Cuando los terrenos presentan características más o menos homogéneas y suficientemente conocidas la elección de la máquina seguirá otras pautas de decisión. 

El peso y la potencia de la minadora dependen en gran medida de la resistencia a compresión de la roca a excavar. Esto es así debido a que el peso constituye la reacción necesaria para producir el empuje sobre el frente de arranque. 

Para una primera estimación de la potencia mínima instalada en la cabeza de corte puede usarse la siguiente expresión: 

Donde: 

RC = Resistencia a la Compresión dela Roca (MPa) 

La potencia disponible en la cabeza de corte para producir el giro de ésta en el arranque es una condición necesaria, pero no suficiente. 

Por otro lado, es habitual que entre la potencia de la cabeza de corte en kW y el peso de la máquina en T exista una relación entre 2 y 4 veces. 

Para llevar a cabo un estudio completo de las características de las rocas, con el fin de determinar su rozabilidad o facilidad del corte, es preciso conocer los siguientes parámetros: 

• Resistencia a compresión simple. 
• Resistencia a tracción. 
• Módulo de Young. 
• Energía específica de rotura. 
• Densidad. 

Paralelamente es conveniente hacer un estudio petrográfico y evaluar la abrasividad del material. Dicha abrasividad es controlada principalmente por tres factores: el contenido en sílice (a mayor contenido, mayor abrasividad), el tamaño medio de grano de mineral abrasivo (a mayor tamaño, mayor abrasividad) y por último la presencia de cemento entre granos (sobretodo cemento silíceo). 

Algunos fabricantes proporcionan gráficos como el de la figura, donde se indica, para cada tipo de roca, según la velocidad sísmica de propagación de las ondas longitudinales, el campo de aplicación económico de estas máquinas. 

En cuanto a las producciones unitarias, algunos minadores continuos pueden alcanzar cifras de hasta 3.000 t/h, en materiales blandos como el carbón. Sobre la base conservadora de 200 días de operación al año y dos relevos de trabajo, equivaldría a una producción anual de 3,5 Mt. 

Si se comparan estos equipos con otros clásicos de la minería a cielo abierto, relacionando la producción con el peso en servicio y la potencia instalada de cada grupo de máquinas, se observa la posición favorable de los minadores. En cuanto al peso en servicio, que es un parámetro que está relacionado directamente con la inversión, sólo las palas cargadoras presentan unos valores inferiores para las mismas producciones y en lo relativo a la potencia instalada, y consecuentemente al consumo de energía. 

Dependiendo de la forma de trabajo de las máquinas, es decir si el arranque lo realizan al mismo tiempo que se desplazan o en una posición estática, las fórmulas para estimar las producciones teóricas son distintas. 

En cuanto al diseño de las explotaciones y las secuencias de trabajo, éstas deben adecuarse a las características operativas de los minadores continuos, si se pretende en cada caso obtener y aprovechar todas las ventajas de estos equipos. 

Los inconvenientes más importantes que suelen presentarse dentro de las explotaciones y en la práctica operativa, que pueden llegar a condicionar la selección de estos equipos, son los siguientes:

• Explotación de los fondos de corta y áreas de reducidas dimensiones. 
• Accesos continuos a bancos adyacentes. 
• Integración en otros sistemas de trabajo y áreas con materiales distintos a los que está destinado el minador. 
• Compatibilidad con sistemas continuos de transporte. 
• Capacidad de producción de cada unidad. 
• Consumo de picas y tiempos muertos de recambio. 
• Capacidad para trabajar en pendiente. 
• Potencias máximas y mínimas de los niveles a arrancar. 

1.2.5 PENDIENTE DE TRABAJO

En muchos casos las pendientes de trabajo superables por las máquinas pueden ser decisivas en la elección. En consecuencia, al momento de la selección, se debe verificar dentro de las hojas técnicas del equipo si este posee la capacidad de vencer las pendientes máximas existentes en el proyecto. 

1.2.6 PRESION TRANSMITIDA AL TERRENO

En algunos casos, en terrenos de mala calidad en presencia de agua, es muy importante que la presión transmitida por la máquina a la solera sea la menor posible, ya que una presión inade­cuada puede imposibilitar la utilización de la máquina. 

1.2.7 CARACTERISTICAS ESPECIALES DE CADA MAQUINA

Cada máquina tiene sus peculiaridades que la pueden hacer más apta para un trabajo concreto. En la elección debe tenerse en cuenta:

1. Velocidad de traslación. 
2. Energías alternativas en la traslación. 
3. Si es apta o no para trabajar en ambientes potencialmente explosivos. 
4. Si dispone de brazo telescópico. 
5. Si dispone de brazo articulado. 
6. Los mecanismos de seguridad. 
7. La robustez de la máquina en las partes que más están sometidas a esfuerzos. 
8. Si dispone de sistema de chorro de agua a alta presión. 
9. Si dispone de un sistema adicional de dirección y control automático del perfil de la excavación, etc. 
10. Asistencia técnica a pie de obra. 
11. Otras prestaciones. 

2 BIBLIOGRAFIA

• Manual de Arranque, Carga y Transporte en Minería a Cielo Abierto – Instituto Tecnológico Geominero de España 
• https://www.etcg.upc.edu/asg/TiMR/descargas/07Rozadoras.pdf
• Las Maquinas Rozadoras en Túneles y Minas – Laureano Cornejo Álvarez – Revista Industrial Minera N° 243 - Noviembre de 1984 
• Consideraciones sobre la Aplicación de Maquinas Rozadoras en la Construcción de Túneles y Galerías de Minas – Laureano Cornejo Álvarez – Revista Canteras y Explotaciones - Noviembre de 1989

Enlace de Descarga del Documento en formato PDF.

http://nimbleinity.com/5vLm