CAPITULO IV Aplicación del Modelo

Aplicación de la simulación para la optimización del acarreo de
mineral. Maxera Bedon, Carlos Omar.
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CAPITULO IV
Aplicación del Modelo
La aplicación del modelo de Simulación a una mina de carbón, con operaciones
de superficie cielo abierto u open pit y operaciones de subsuelo, consiste en suponer la
actual producción con las observaciones y datos tomados con los equipos existentes y es
a partir de esa comprobación que se crea un modelo con alternativas capaces de
optimizar los requerimientos deseados.
4.1 Operaciones
Las operaciones de mina de superficie, son realizadas en un tajo o área, el cual
se extiende en una longitud de 2.5 Km. Esta concentra actualmente toda la producción
de la mina.
Frente al Tajo, equipos buldózer limpian la superficie para proveer un nivel de
área de trabajo a las perforadoras 40-R y 45-R. El mineral es removido usando
explosivos ANFO. Dos palas de 4.6 m3 (6 yd3) y 6.9 m3 (9yd3) de capacidad de
cubeta, cargan los camiones de 55 TM. y 65 TM. respectivamente, existe además una
dragalina 2400, que se utiliza para la labor de apilado (stockpile) de carbón; material
que es utilizado por un cargador frontal de 3.8 m3 (5yd3) de cubeta (tractor pala)
Michigan 275-A, cargando a los camiones de 55 TM. y 65 TM.
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Una facilidad de acceso, permite el transporte de los camiones; los cuales son
continuamente limpiados. La necesidad de contar con viajes sin interrupciones de los
camiones hacia las palas y áreas de descarga, han generado que el camino privado de la
mina tenga la longitud de 1.4 millas. El camino principal tiene un ancho de 60 pies y
una gradiente máxima de 4 a 5 por ciento .Ver tabla 4.1.
Hitachi Euclid EX650 – 65Ton
Las gradientes, son todas menores de 10%; con 3% de resistencia de rodamiento
asignada a la sección de la mina y 2% de resistencia de rodamiento para la ruta al
echadero (dump). Una velocidad máxima de 14.7 m/s. es aplicada con una tasa
aceleración o desaceleración máxima de 0.70 pies/s.2 y –1.0 pies/s.2 respectivamente. El
tiempo de operación diario es de 6 horas
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Camión en ruta al Echadero de Mineral
Las características de los equipos y perfiles del sistema se muestran en la tabla 4.1.
Tabla 4.1: Características de los equipos
A)
Configuración del sistema
Número de áreas de mina
1
Número de plantas de limpieza
1
Número de áreas de desmonte
1
Número de palas eléctricas
2
Número de cargadores
1
Número de camiones desecho 12 y carbón 3, total 15
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B)
Palas Eléctricas y Cargador
Modelo de palas
Capacidad de cubeta (m3)
No 1
No2
Cargador
190B
RH 170
275A
6.9
4.6
3.8
Pala Eléctrica O & K de 4.6 m3
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C)
Camiones
c1. Tipo de camiones
Tipo 1
Capacidad Tolva (TM.)
Peso vacío (TM.)
Nº de vehículos
Tipo 2
65
55
37.45
35
6
9
Camión Rígido Komatsu – 55 TM
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C2.. Asignación de camiones
•
Número de estaciones de carga en el sistema:
- Para cuerpos mineralizados: 3 (2 Palas y 1 Cargador)
- Procesamiento en planta: 1
•
Número de camiones asignados a palas y cargadores
- Número de camiones:
Pala 1.…….. 5
Pala 2……… 7
Cargador…… 3
Carga de Mineral
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3. Condiciones de la ruta
Sección
a-d
d-a
d-e
e-d
b-d
d-b
c-e
e-c
e-f
f-e
f-g
g-f
f-h
h-f
Gradiente Resistencia Distancia
%
%
m
0
3
122
0
3
122
10
3
122
-10
3
122
0
3
152
0
3
152
0
3
61
0
3
61
10
3
61
-10
3
61
0
3
182
0
3
182
-10
3
61
-2
2
289
6
2
76
5
2
122
0
2
137
-10
2
122
0
2
730
-1
2
657
1
2
657
0
2
730
10
2
122
0
2
137
-5
2
122
-6
2
76
2
2
289
10
3
61
Veloc.
lim. m/s
14.7
14.7
14.7
14.7
14.7
14.7
14.7
14.7
14.7
14.7
14.7
14.7
14.7
22.07
22.07
29.4
14.7
14.7
22.07
22.07
22.07
22.07
14.07
14.07
29.4
22.07
22.07
14.07
Coef.
Tracción
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
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Pala Mec. N° 3
Mineral
Pala Mec. N°2
Desecho
a
b
Pala Mec. N°1
Desecho
c
g
d
ECHADERO
DESECHO
e
f
2 × N1 + 4 = 2 × 3 + 4 = 10 tipos
h
ECHADERO
MINERAL
Figura 4.1: Configuración del sistema de minería
Ida
Vuelta
Segmento
Tipo
aàd
1
gà f
6
bàd
1
hà f
6
càe
1
fà e
7
dàe
2
eàd
8
eàf
3
eàc
8
fà g
4
dàb
9
fàh
4
dàa
9
5
CARGA
10
DESCARGA
Segmento
Tipo
En adición a los datos estáticos y cinéticos para las características del equipo y
los perfiles de la mina; la aplicación del modelo envuelve la recopilación sustancial de
información estadística. Los datos referentes a las variables aleatorias de carga y
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descarga,
fueron
recolectados
directamente
mediante
un
estudio
de
tiempos,
determinándose el tiempo promedio de descarga con una media de 50 s. por camión de
cualquier tipo; los tiempos de carga por cada tipo de camión se resumen en la tabla 4.2
En la Simulación se obtiene la siguiente información:
1.
Estadísticas de producción:
a. Número de turnos.
b. Tipos de camión en cada estación de carga.
c. Tipo de pala asignado a cada proceso.
d. Número de camiones asignados a cada pala.
e. Número de carguíos (mineral y desecho) o franjas realizadas en cada ruta
por cada camión.
f. Toneladas de carguíos (mineral y desecho) por turno transportados por
cada camión.
2.
Colas en los carguíos:
a. Tipo de pala asignada a cada proceso.
b. Tiempo de ocio para cada pala.
c. Time de espera total de los camiones frente en cada pala.
3.
Colas en rutas y descarga:
a. Tipo de pala, en cada proceso.
b. Localización de cada sección usadas en el monitoreo.
c. Tiempo de espera de los camiones durante las operaciones.
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4.
Total de turnos:
a. Total de producción para el sistema (mineral y desecho).
b. Total de tiempo de espera de los palas por turno.
c. Total de tiempo de espera.
5.
Tiempos esperados en travesía:
a. Tiempo esperado de travesía desde la carga en mina hasta los echaderos
o stock piles.
b. Tiempo esperado de travesía vacío de los stock-piles a la mina.
4.2 Resultados de Simulación del Proceso de Acarreo Actual
Los datos de entrada sirvieron para una Simulación de un turno de duración de 6 horas ó
360 minutos. Los resultados de la Simulación se resumen en la tabla 4.3. Estos
resultados muestran que para un turno de producción de 3,090 TM. de carbón y 19,975
TM. de desecho; éstos se aproximan a los del sistema en operación. La actual
producción de carbón se encuentra en un rango de 3,000 a 3,600 TM. y 20,000 TM. de
desecho.
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Tabla 4.2: Tiempos promedios de carga de las palas
Tipo de
Cargador
1
(6.9 m3)
Tipo de
Camión
1 (65 Ton.)
Tiempo medio de
carga (min.)
1.960
Desv. Std.
2 (55 Ton.)
1.663
0.916
2
(4.6 m3)
1 (65 Ton.)
2.700
0.480
2 (55 Ton.)
2.290
0.407
3
(3.8 m3)
1 (65 Ton.)
4.875
1.625
2 (55 Ton.)
4.125
1.350
1.082
Tabla 4.3: Desempeño del Acarreo Actual
Capacidad Tipo Pala Tipo de Cargas de Cargas de TM. de TM. de
Camión
Camión Mineral desecho mineral desecho
(TM.)
65
1
1
0
30
0
1,950
55
1
2
0
29
0
1,595
55
1
3
0
29
0
1,595
55
1
4
0
29
0
1,595
55
1
5
0
29
0
1,595
65
2
1
0
30
0
1,950
55
2
2
0
29
0
1,595
65
2
3
0
29
0
1,885
55
2
4
0
29
0
1,595
55
2
5
0
28
0
1,540
55
2
6
0
28
0
1,540
55
2
7
0
28
0
1,540
Euclid 65
3
1
17
0
1,105
0
Euclid 65
3
2
17
0
1,105
0
Mack 55
3
3
16
0
880
0
Totales
3,090
19,975
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mineral. Maxera Bedon, Carlos Omar.
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No. De
camiones
12
Ton. turno /
pala
Desecho
19,975
Tiempo de espera
pala (min)
Tiempo de espera
camiones (min)
16.95
1,292.65
120.13
54.57
carbón
3
3,090
Los datos de entrada aplicados a la Simulación, están acordes a la producción
diaria establecida por la compañía; siendo esta de un promedio de 3,000 TM. de carbón
y de 20,000 TM. de desecho; lo cual implica un ratio para el carbón de 1:6.66. Este
ratio se encuentra lejos del valor esperado que es 1:11. En orden de mantener los niveles
de requerimientos de producción del desecho removido, se aplican varias alternativas
para obtener el ratio adecuado, a la par que se evalúen los equipos que satisfacen esta
condición.
La optimización de la productividad pala-camión, está acompañada por la
minimización de los tiempos de espera de los camiones y la minimización de los
tiempos de ocio de los palas.
Dados los requerimientos para la producción de carbón y desecho removido por
turno, se establece en 3,050 y 34,500 TM . respectivamente. A continuación se muestran
las alternativas aplicadas para alcanzar estas expectativas:
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4.3 Alternativa I
Se mantienen las mismas palas asignadas al mineral y desecho. Nueve (09) camiones de
95 TM. son asignados al desecho, con la finalidad de reemplazar los 9 originales de 55
TM. y los 3 de 65 TM. utilizados también para este propósito, se mantienen los mismos
camiones para el mineral. El resultado de la producción de carbón y desecho, es de
3,090 y 20,242 TM. respectivamente; consiguiendo un ratio de 1:6.74. Los resultados se
muestran en el siguiente cuadro.
Tabla 4.4: Reporte de Estadísticas de Acarreo
Capacidad Tipo Pala Nº de Cargas de Cargas de TM. de TM. de
Camión
Camión Mineral desecho mineral desecho
TM.
95
1
1
0
22
0
2,090
95
1
2
0
22
0
2,090
95
1
3
0
21
0
1,995
95
1
4
0
21
0
1,995
95
2
1
0
27
0
2,488
95
2
2
0
26
0
2,396
95
2
3
0
26
0
2,396
95
2
4
0
26
0
2,396
95
2
5
0
26
0
2,396
Euclid 65
3
1
17
0
1105
0
Euclid 65
3
2
17
0
1105
0
Euclid 55
3
3
16
0
880
0
Totales
3,090
20,242
La pala 1 carga los camiones de 95 TM al 99%
La pala 2 carga los camiones de 95 TM al 96% ver Tabla (4.6)
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Colas en puntos de carga
Nº pala
1
2
3
Tiempo ocio
Tiempo de espera
Pala
Camión
27.36
16.8
111.63
754.32
982.8
54.57
4.4 Alternativa II
Esta alternativa que es producto de al s evaluaciones anteriores, y con la ayuda de los
rendimientos pala camión, se determina realizar la simulación con 6 camiones de 120
TM. y dos palas con capacidad de 22 yd3 (16.7 m3) para la carga del desecho, esta
combinación de PALA-CAMION ofrece el mejor match de pases, obteniendo un
rendimiento del 95% en el llenado del camión, ver tabla 4.6, y para el acarreo del
mineral se utilizarán solamente 2 camiones de 65 TM que cumplen con los
requerimientos. El resultado de la producción de carbón y desecho, es de 3,120 y 34,428
TM respectivamente. A continuación se presenta el detalle de los resultados.
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Tabla 4.5: Reporte de Estadísticas de Acarreo
Capacidad Tipo Pala Tipo de Cargas de Cargas de TM. de TM. de
Camión
Camión Mineral desecho mineral desecho
(TM.)
120
1
1
0
52
0
5,928
120
1
2
0
51
0
5,814
120
1
3
0
48
0
5,472
120
2
1
0
51
0
5,814
120
2
2
0
51
0
5,814
120
2
3
0
49
0
5,586
Euclid 65
3
1
24
0
1,560
0
Euclid 65
3
2
24
0
1,560
0
3,120
34,428
Totales
Las palas 1 y 2 cargan los camiones de 120 TM al 95% ver Tabla (4.6)
Colas en puntos de carga
Nº pala
1
2
3
Tiempo ocio
Pala
30.72
18.96
7.25
Tiempo de espera
Camión Total
207.36
182.28
28.50
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Tabla 4.6: Factores de llenado (Match) de Diferentes Capacidades de Palas vs. Camiones
CAPACIDAD DE CAMIONES EN TONELADAS METRICAS
CAPACIDAD DE LA PALA
55
65
95
120
tiempo de
yd3 m3 TM/pase TM/hora
Pases Cant.
% de Pases Cant.
% de Pases Cant.
% de Pases Cant.
% de
ciclo
(min.)
de TM llenado
de TM llenado
de TM llenado
de TM llenado
6 3.91
7.82 1,117.14
0.33
7 54.74
100%
8 62.56
96%
12 93.84
99%
15 117.3
98%
7 4.51
9.01 1,287.14
0.33
6 54.06
98%
7 63.07
97%
11 99.11
104%
13 117.1
98%
8 5.19 10.37 1,481.43
0.33
5 51.85
94%
6 62.22
96%
9 93.33
98%
12 124.4
104%
9 5.78 11.56 1,651.43
0.33
5
57.8
105%
6 69.36
107%
8 92.48
97%
10 115.6
96%
10 6.46 12.92 1,336.55
0.35
4 51.68
94%
5
64.6
99%
7 90.44
95%
9 116.3
97%
11 7.14 14.28 1,477.24
0.38
4 57.12
104%
5
71.4
110%
7 99.96
105%
8 114.2
95%
12 7.74 15.47 1,600.34
0.38
4 61.88
113%
4 61.88
95%
6 92.82
98%
8 123.8
103%
13 8.42 16.83 1,741.03
0.42
3 50.49
92%
4 67.32
104%
6 100.98
106%
7 117.8
98%
14 9.01 18.02 1,864.14
0.43
3 54.06
98%
4 72.08
111%
5
90.1
95%
7 126.1
105%
15 9.69 19.38 2,004.83
0.43
3 58.14
106%
3 58.14
89%
5
96.9
102%
6 116.3
97%
16 10.37 20.74 2,145.52
0.45
3 62.22
113%
3 62.22
96%
5 103.7
109%
6 124.4
104%
17 10.97 21.93 2,268.62
0.49
3 65.79
120%
3 65.79
101%
4 87.72
92%
5 109.7
91%
18 11.65 23.29 2,409.31
0.52
2 46.58
85%
3 69.87
107%
4 93.16
98%
5 116.5
97%
19 12.24 24.48 2,532.41
0.52
2 48.96
89%
3 73.44
113%
4 97.92
103%
5 122.4
102%
20 12.92 25.84 2,673.10
0.55
2 51.68
94%
3 77.52
119%
4 103.36
109%
5 129.2
108%
21 13.60 27.20 2,813.79
0.55
2
54.4
99%
2
54.4
84%
3
81.6
86%
4 108.8
91%
22 14.20 28.39 2,936.90
0.58
2 56.78
103%
2 56.78
87%
3 85.17
90%
4 113.6
95%
Fuente: Fabricantes de distintos tipos de Excavadoras y Palas Eléctricas(Komatsu, Caterpillar, Hitachi)
Tiempo de ciclo = Tiempo que dura un pase de Pala
25.2 seg.
Cant. De TM = Pases x TM/pase
7 x 7.76
Porcentaje de llenado = Cant. De TM / Capacidad del Camion 54.32/55.00
0.42 min
54.32 TM
99%
Aplicación de la simulación para la optimización del acarreo de
mineral. Maxera Bedon, Carlos Omar.
Derechos reservados conforme a Ley
4.5 Costos Operativos Unitarios de Alquiler de Equipos
En el siguiente cuadro se observan los costos de alquiler de las Palas Eléctricas
de 4.6 m3, 6.9 m3 y de 16.7 m3 (alternativa 2) para la remoción de desecho y el
cargador de 3.8 m3, Así también el costo de los camiones de 65 TM., 55 TM., de 95
TM. Y 120 TM. y su consumo de combustible.
4.5.1 Costo por Alquiler de Equipos
Precios de Alquiler de Maquinaria y Equipos por Hora
en US. Dolares
Palas Eléctricas
Capacidad
cubeta m3
Costo
Alquiler
3.8
4.6
6.9
16.7
85.12
101.2
144.4
216.5
55
65
95
120
69.96
82.68
110.5
130.65
Camiones
Capacidad
Tolva TM.
Costo
Alquiler
4.5.2 Costo por Consumo de Combustible
Rendimientos Aproximados de Camiones en Km/gal.
Capacidad
Tolva TM.
55
65
95
120
6
5.5
3.5
3
Consumo de Combustible para Turno de 6 horas
Capacidad
Tolva TM.
Nº
Camiones
Mineral
Recorrido
en km
Cantidad
Galones
Nº
Camiones
Desecho
Recorrido
en km
Cantidad
Galones
55
2
170
28.33
9
432
72.00
65
1
80
14.55
3
144
26.18
95
9
360
102.86
120
6
480
160.00
Elaboración y diseño en formato PDF por la Oficina General del Sistema de Bibliotecas y Biblioteca Central de la UNMSM
Aplicación de la simulación para la optimización del acarreo de
mineral. Maxera Bedon, Carlos Omar.
Derechos reservados conforme a Ley
4.6 Resumen de Resultados y Costos Totales
4.6.1 Resumen de Resultados
Capacidad de la
Pala (m3)
Desecho Carbón
6.9
Actual
Nº
Desecho
Capacidad
Nº
Producción
(TM.)
Capacidad
camiones Camión(TM.) camiones Camión(TM)
1
55
9
55
2
65
3
65
1
55
9
2
65
2
65
6
3.8
4.6
6.9
I
3.8
4.6
II
Carbón
16.7
3.8
Carbón Desecho
3,090
19,975
95
3,090
20,242
120
3,120
34,428
Elaboración y diseño en formato PDF por la Oficina General del Sistema de Bibliotecas y Biblioteca Central de la UNMSM
4.6.2
Resumen de Costos Totales para turno de 6 horas en US Dólares
Actual
Alternativa I
Alternativa II
Capac Cant. Costo Total US$ Capac Cant. Costo Total US$ Capac Cant. Costo Total US$
65
2
496.08
992.16 65
2
496.08
992.16 65
2
496.08
992.16
Camiones (TM.)
55
1
419.76
419.76 55
1
419.76
419.76
Palas Eléctricas (m3)
3.8
1
510.72
510.72 3.8
1
510.72
510.72 3.8
1
510.72
510.72
Cons. Combustible/turno (galones)
42.9
3.03
130.00
42.9
3.03
130.00
14.6
3.03
44.09
Mano de Obra
4
51.00
204.00
4
51.00
204.00
3
51.00
153.00
Costo Total Acarreo Mineral
2,256.64
2,256.64
1,699.97
Costo TM Acarreo Mineral (US$)
3090
0.73
3090
0.73
3120
0.54
Mineral
Desecho
Camiones (TM.)
Palas Eléctricas (m3)
Cons. Combustible/turno (galones)
Mano de Obra
Costo Total Acarreo de Desecho
Costo TM Acarreo Desecho (US$)
Costos Total por turno de 6 hr
65
55
4.6
6.9
9
3
1
1
98.18
14
19975
496.08
419.76
607.20
866.40
3.03
51.00
4,464.72
1,259.28
607.20
866.40
297.49
714.00
8,209.09
0.41
10,465.73
95
4.6
6.9
9
725.04
1
607.20
1
866.40
102.9
3.03
11
51.00
20242
6,525.36 120
6
915.84
5,495.04
607.20 16.7
2
1299.00
866.40
311.67
160
3.03
561.00
8
51.00
8,871.63
0.44
34428
2,598.00
0.00
484.80
408.00
8,985.84
0.26
11,128.27
* Costo Total de Alquiler de Camiones = Costo Alquiler por Hora (según capac.) x 6 (Turno) x Número de camiones
* Costo Total de Alquiler de Palas Eléctricas = Costo Alquiler por Hora (según capac.) x 6 (Turno) x Número de Palas
* Consumo de Combustible = 2 x Número de vueltas x Distancia de pala a echaderos x Numero de camiones x 3.03(Precio del Galón de combustible)
Rendimiento de camiones en Km./gal
* Costo de Mano de Obra = Número de Operadores de maquinaria x 8.50/hora x 6
10,685.81