8/11/2019 DATO 02

1/20

16

III. MARCO TERICO

3.1 EL WINCHE DE IZAJE

3.1.1. Nociones Generales:Una instalacin de extraccin (Winche de Izaje)

sirve para la subida a la superficie de la sustancia til, estril, bajada y

subida del personal, equipos, madera y otros materiales. Una instalacin de

extraccin consta de una mquina de extraccin, skips o jaulas, cables de

extraccin y castillete.

Por lo general, la extraccin del material til se realiza en skips de carga y

descarga automticas, mientras que la circulacin del personal y las

operaciones auxiliares se aseguran mediante instalaciones con jaulas.

3.1.2 Clasificacin de las instalaciones de extraccin.Las instalaciones

de extraccin se clasifican en:

1) Por el ngulo de inclinacin del pozo, en: instalaciones verticales e

inclinadas;

2) Por el tipo de recipientes de extraccin, en: instalaciones con tachos, con

jaulas no volcadoras y volcadoras, con skips y con recipientes

combinados (skips y jaulas).

3) Por el tipo del rgano de arrollamiento, en: instalaciones con velocidad de

izaje constante (de un tambor cilndrico, de dos tambores cilndricos, de

polea de friccin por sistema Koepe) e instalaciones con velocidad de

izaje variable (de tambores cnicos, de tambores bicilindrocnicos, de

bobinas)

8/11/2019 DATO 02

2/20

17

4) Por el tipo de accionamiento, en: Instalacin con motor de corriente

continua, segn sistema Leonard, con Motor de corriente alterna.

Fig. N 04. Clases de Instalaciones de extraccin: Por Skips (izquierda), y

por Jaulas (derecha)

5) Por mtodo de igualacin, en: sistemas no equilibrados (de tamboras

cilndricas sin cable inferior); de sistemas equilibrados estticamente

(tamboras cilndricas con cable inferior de igual peso al cable de

extraccin) y sistemas equilibrados dinmicamente (tamboras cilndricas

con cable inferior pesado, cuyo peso lineal es mayor que el del cable de

extraccin).

Segn su construccin los recipientes de extraccin se dividen en cuatro

tipos: tachos, skips, jaulas y skips-jaulas. Los tachos constan de una cuba y

de estribo de suspensin. Comnmente son auto descargables.

8/11/2019 DATO 02

3/20

18

3.2 COMPONENTES DE UN SISTEMA DE IZAJE

Dependiendo de las dimensiones y necesidades, una mquina de extraccin

o Winche de Izaje tiene los siguientes componentes:

1. Jaula, baldes o skips;

2. Pozo o Pique

3. Cables

4. Poleas

5. rgano de arrollamiento: Tambora(s) (una o dos)

6. Ejes, engranajes y acoplamientos

7. Motor Asncrono;

8. Frenos, mecanismos de conduccin y de seguridad

9. Estructura de desplazamiento o castillo

Estos mismos van a ser identificados progresivamente en el desarrollo del

presente desarrollo terico, describiendo su geometra y sus principales

ecuaciones matemticas gobernantes, tanto en su clculo estructural como en

su desempeo operacional.

3.2.1. RECIPIENTES DE EXTRACCION

3.2.1.1 SKIPS

Actualmente es costumbre armar los pozos de gran produccin con skips.

Los skips se dividen:

8/11/2019 DATO 02

4/20

19

1) Segn el tipo de pozo, en: skips para pozos verticales y skips para pozos

inclinados;

2) Segn su descarga, en skips volcadores y skips con descarga en el fondo

Los skips con descarga por el fondo pueden ser con recipiente inmerso o con

inclinacin de la parte inferior del mismo.

El peso de los skips, aproximadamente es igual al peso de la carga til,

mientras que con extraccin por jaulas, la carga til constituye casi de 1/3 del

peso de la jaula cargada. Por esto, en extraccin por skips disminuyen lapotencia del motor, el consumo de energa y el costo de la parte mecnica

de la instalacin. El nmero de vagonetas en extraccin por skips tambin se

reduce, ya que las vagonetas no suben a la superficie.

Fotografia N 01. Skips para transporte de Mineral. Fuente propia

Skips para pozos verticales: El skip volcador para pozos verticales se

utiliza sobre todo en minera metalfera (Fig. N 5). Consta de un recipiente

8/11/2019 DATO 02

5/20

20

rectangular 1 sin tapa, marco 2, aparato de suspensin 3 fijo sobre el marco

por el eje 4. A los angulares del marco, del lado exterior se fijan los zapatos

que durante el movimiento del skip se deslizan sobre las guiaderas.

Fig. 5. Skip volcador para mineral con capacidad de 3.4 y 6 m3

8/11/2019 DATO 02

6/20

21

El recipiente gira sobre el eje 5 desplazado con respecto al centro de

gravedad. Su segundo punto de apoyo es el eje inferior 6 del marco. Al llegar

a las guas de descarga, los rodillos 7 del recipiente entran en las curvas, lo

desvan y al final vuelcan. Con movimiento inverso el Skip vuelve a su

posicin inicial. El ngulo de vuelco del recipiente es comnmente 135. Dos

topes triangulares 8 en la parte superior del recipiente preservan el skip de

su volteo completo durante el ascenso excesivo. Para prevenir el vuelco

accidental del recipiente del skip durante su movimiento en el pozo, se

colocan dos cerrojos automticos 9 con rodillos 10 que unen el recipiente

con el marco. Un momento antes de entrar los rodillos 7 en las curvas de

descarga, los cerrojos se levantan automticamente, ya que sus rodillos

encuentran unas rampas presoras instaladas sobre el castillete, y el

recipiente del skip se libera para su vuelco.

Las paredes del recipiente del skip se hacen de chapa de acero de 6 a 12

mm de espesor, y para el piso, de acero de 2 a 4 mm. ms grueso. El fondo

del skip se protege con madera recubierta por hoja de acero.

Frecuentemente la pared trasera del skip se hace doble.

Las dimensiones interiores del recipiente del skip dependen de la seccin del

pozo, del tamao de los trozos del mineral, de la humedad, de la presencia

de arcilla, etc. Se recomienda adoptar para minera metalfera a:b:h = 1:1.2:

22.5. Adems el ancho de la pared delantera se determina por la frmula:

m,

Q0.75a 3 . (1)

Donde: Qu: carga til : peso de 1 m3de mineral, (TN)

8/11/2019 DATO 02

7/20

22

En la siguiente tabla se dan las dimensiones de skips estandarizados en

minera de metales de color y de la industria del oro (peso de 1 m 3 de

mineral = 2.3 TN) de la URSS

Tabla N 1. Caractersticas de skips estandarizados con cuba inmvil y cierre

por sector para carbn de la URSS (GOST 3866-56)

Carga

til

Volumen

m3Ancho a

de la

pared

delantera

Profundidad

b del skip

mm.

Altura

h del

skip

mm.

h0

mm

Peso

Propio

Qm, kg

2.0

3.0

4.5

6.0

1.00

1.50

2.25

3.00

900

900

1100

1100

1000

1000

1300

1300

1150

1700

1600

2100

2620

3950

3760

4950

1400

1700

2900

3600

En las hulleras de los Estados Unidos tienen aceptacin los skips en forma

de copa, con el fondo esfrico y la pared delantera, inclinada en ngulo de

40 a 60 con el horizonte. Por esto se necesita menor ngulo de vuelco

(105 en lugar de 130 a 140 con skips prismticos), y en consecuencia

menor altura del castillete. Pero se necesita mayor seccin del pozo.

Skip de descarga inferior y vasija desviable. Los skips de descarga

inferior se utilizan principalmente en la minera de carbn (Fig. N 06). Su

funcionamiento depende esencialmente del dispositivo de cierre de la

compuerta.

El recipiente 2 se suspende excntricamente por el eje 3 al marco 1 y tiene

una compuerta para descarga 4 giratoria sobre el eje 5. Esta compuerta se

8/11/2019 DATO 02

8/20

23

retiene en posicin cerrada por rodillos de apoyo 6, cuyo eje 7 est fijo en la

parte inferior del marco. Al llegar el skip al lugar de descarga, los rodillos 8

entran en las curvas de descarga y la caja del skip se desva en 15 con

respecto a la vertical. La compuerta 4 no sostenida ya por los rodillos de

apoyo 6, se abre bajo el peso del carbn y se coloca en ngulo de 45

formando una canaleta de descarga.

Fig. N 06. Skip de descarga inferior y vasija desviable, de construccin Rusa

En el skip Venot, representado en la figura N 07, la compuerta de descarga

es en dos partes: compuerta principal 1 y compuerta auxiliar 2, que aseguran

gran abertura para la salida de producto.

8/11/2019 DATO 02

9/20

24

La compuerta principal de fondo se apoya por una parte sobre un rbol fijo

alrededor del cual gira y, por otra, sobre un conjunto de bielas que aseguran

su cierre y su abertura. La compuerta auxiliar se maneja desde la compuerta

principal mediante dos bielas de unin 3.

Fig. N 07. Izq. Skip Venot Der. Compuerta del skip Venot.

Las bielas superiores 4 llevan resortes los que fuertemente empujan la

compuerta contra el fondo de la cuba y amortiguan los choques producidos

por la cada del carbn en el skip. A estos resortes tambin se debe un

8/11/2019 DATO 02

10/20

25

esfuerzo horizontal en el lugar de la articulacin de las bielas superiores, que

acta en el sentido favorable al cierre.

La abertura de la compuerta est asegurada por unas rampas fijas 5

montadas sobre un esqueleto colocado en el enganche de descarga.

Cuando el skip llega al enganche, los rodillos 6 montados en extremo del

rbol de la articulacin de bielas 4 y 7 son solicitados por rampas, y su

movimiento provoca la abertura de la compuerta principal. La abertura de la

compuerta principal provoca la abertura de la puerta auxiliar. El cierre se

hace de la misma manera, pero en sentido contrario.

Los rodillos durante su paso por las rampas provocan un desplazamiento

horizontal del skip en sentido de la compuerta. EL contraguiado absorbe el

empuje horizontal del skip por intermedio de dos rodillos de reaccin 8.

Para reducir la trituracin del carbn durante su carga en el skip se instala en

la parte superior de la caja del skip un tablero articulado protector. Cuando la

caja se encuentra vaca, el tablero se conserva en posicin horizontal por un

contrapeso; durante la carga el tablero retiene el carbn y disminuye su

cada, su movimiento es frenado por un amortiguador; al final de la carga la

compuerta protectora se encuentra colocada a lo largo de la pared del lado

carga.

Skip con Cuba inmvil y Cierre en Forma de Sector. La cuba y el marco

estn soldados conjuntamente (Fig. N 08). Durante la descarga del skip, los

rodillos de descarga 6 estn en las curvas de descarga y giran las palancas

1 alrededor del rbol 2; con esto el cierre 3 gira levantndose hacia arriba, la

canaleta 4 se desliza sobre el rodillo de apoyo 5 y baja. La abertura de

8/11/2019 DATO 02

11/20

8/11/2019 DATO 02

12/20

27

Skip Volcador. (Fig. N 9) Se compone de la cuba de forma prismtica 1,

ruedas 2 sobre ejes fijos a la cuba, marco 3 giratorio sobre eje 4 fijo en los

costados de la cuba, y aparato de amarre del cable 5. Las ruedas traseras

tienen la llanta ms ancha que las ruedas delanteras.

El skip se carga y se descarga por la pared frontal abierta. Durante la

descarga del skip las ruedas delanteras siguen los rieles curvados de la va

normal, mientras que las ruedas traseras pasan sobre una va mas ancha del

camino suplementario, apoyndose sobre los rieles por la parte exterior de

sus anchas llantas. La parte delanteras del skip va inclinada de manera que

est horizontal durante el movimiento del skip en el pozo. El largo de la cuba

se toma 1.52.5 veces mayor que su ancho.

Fig. N 9. Skip Volcador para pozos inclinados

Skip con Pared Trasera Abatible. Tiene una cuba prismtica sin pared

trasera, cuyo papel cumple el cierre del sector 1. La descarga de este skip se

realiza segn el principio adoptado en el skip volcador, con la diferencia de

que su cuba gira en el sentido contrario, o sea hacia atrs. Con este fin las

ruedas delanteras tienen la llanta ensanchada y las ruedas traseras la tienen

normal.

8/11/2019 DATO 02

13/20

28

Con ngulos de inclinacin de la va mayores de 40, desaparece la

necesidad en la inclinacin suplementaria de la cuba en el lugar de descarga

del skip, ya que este ngulo es mayor que el ngulo del talud natural y

permite la descarga por gravedad del carbn del skip. En este caso el marco

se suelda a la cuba. Cuando el skip se acerca al lugar de descarga los

rodillos 2 del cierre por sector entran en las curvas de descarga, y con el

movimiento siguiente del skip la compuerta se abre y el skip se descarga.

Skip con Descarga por el Fondo.Se utiliza para el transporte de carbn y

de mineral de hierro para los ngulos de inclinacin del pozo no mayores de

35 (Fig. N 10).

Fig. N 10. Skip con pared Trasera Abatible

Los skips con descarga por el fondo tienen una cuba inmvil, similar a la

vagoneta de mina de construccin anloga, y tres fondos abatibles. Tienen

mayor tamao, hasta 12 TN.

Skip Jaulas para Pozos Verticales. Los recipientes combinados se

utilizan en los casos, en que una instalacin se utiliza para la extraccin de la

8/11/2019 DATO 02

14/20

8/11/2019 DATO 02

15/20

8/11/2019 DATO 02

16/20

31

resistencia al desgaste por rozamiento. La resistencia a compresin de estas

maderas, paralelamente a las fibras vara de 600 a 900 kg/cm2.

Las guiaderas se unen a media madera, a veces tambin a tope, mediante

eclisas metlicas, con o sin un juego de 3mm entre las guiaderas. Las juntas

entre las diferentes guiaderas pueden colocarse sea al mismo nivel o

cruzndolas, lo que permite, tericamente, reducir los choques al paso de las

jaulas, pero arriesga crear sobre la jaula esfuerzos alternados que se

amplifiquen por resonancia.

Las Guiaderas Metlicas. Se hacen de rieles de 46 a 62 kg/m, de 12m de

largo. A veces se emplea tambin el hierro perfilado. Las juntas

generalmente estn dispuestas sobre los divisores. Al igual que para las

guiaderas en madera, las juntas de diferentes guiaderas pueden ser

colocadas sobre el mismo divisor o cruzadas.

Divisores. Son de madera, casi siempre de roble. La distancia entre los

niveles de los divisores con las guiaderas de rieles de ferrocarril se fija en

3.125 4.167m; con las guiaderas de madera de 1.5 a 2 m.

La fijacin de guiaderas de madera sobre los divisores de madera se hace

con pernos hundidos, a veces con interposicin del hierro en U. el modo de

fijacin de las guiaderas de madera sobre los divisores metlicos est

indicado en la figura Las guiaderas metlicas de rieles se fijan con los

divisores de hierro mediante unas abrazaderas especiales.

El guiado mixto de divisores metlicos y de guiaderas de madera aumenta la

suavidad del movimiento de los recipientes y la seguridad de trabajo de los

8/11/2019 DATO 02

17/20

32

paracadas con cargas suspendidas hasta de 10 TN. Sus inconvenientes:

mayor nmero de niveles de divisores, menor duracin.

El armado metlico es ms duradero que el de madera, son menores las

dimensiones de sus elementos y menor el nmero de niveles de divisores, lo

que disminuye la resistencia aeromotriz del pozo.

Para prevenir la salida intempestiva de vagonetas de las jaulas,

frecuentemente se colocan los rieles de seguridad soportados por los

divisores en los frentes de las vagonetas.

Clculo de la armadura del pozo

A pesar de que el guiado soporta los esfuerzos estticos por torsin del

cable, inclinacin del pozo (del orden de los 100 Kg.) y los esfuerzos

bastante importantes horizontales de choque durante el movimiento de los

recipientes, en la prctica el clculo se hace en base a los esfuerzos

desarrollados durante el agarre del paracadas.

Fig. N 11. Formas de pozos mineros: circular y rectangular

8/11/2019 DATO 02

18/20

33

La carga esttica mxima de una cordada de personal se incrementa por un

coeficiente igual a 3 y se admite un coeficiente de seguridad igual a 4 (regla

de Dortmund). Finalmente, la hiptesis ms desfavorable consistira en

admitir que los esfuerzos desarrollados por el agarre de un paracadas se

soportan por una sola guiadera.

La enciclopedia rusa Gornoe delo, recomienda utilizar:

Armado metlico en los pozos con extraccin por skips;

Armado mixto divisores metlicos, guiaderas de madera en los pozos con

extraccin por jaulas con carga suspendida no mayor a 10 TN; armado mixto

con cables de frenado para paracadas en pozos con extraccin por jaulas

con carga suspendida superior de 10 TN; armado mixto con divisores de

forma aerodinmica en los pozos profundos con gran desprendimiento de

gris.

La duracin de servicio del guiado metlico o en azobe en los pozos de

entrada de aire, bien verticales y sin instalacin del relleno hidrulico es de

varias decenas de aos. Pero en pozos hmedos de salida de aire, con

caeras de bajada del relleno hidrulico muy abrasivo, la duracin puede ser

extremadamente corta (menos de 2 aos para guiado en azobe).

8/11/2019 DATO 02

19/20

34

Fig. N 12. Estructura de un pique, en un pozo rectangular de 3 divisiones

(02 skips y una jaula)

Chute de Carga.

Son puntos de carga del skip en cada nivel. Se componen de la tolva demineral, la compuerta y las canaletas de descarga. Ah se estaciona el skip

de mineral, el operador abre la compuerta (con sistema mecnico o

hidrulico) y el mineral cae por gravedad hacia el skip (Fig. N 13).

8/11/2019 DATO 02

20/20

Fig. N 13. Chute de Carga