Mineración de altura en Australia con Wirtgen

El proyecto de explotación a cielo abierto de carbón de piedra de New Acland en Queensland (Australia) muestra la eficacia del Surface Miner Wirtgen 4200 SM. El siguiente informe es un resumen de la tesis de máster sobre el tema "Comparación del sistema continuo de extracción Surface Miner con el método de explotación convencional en la mina a cielo abierto de New Acland Coal", redactada en cooperación con la New Acland Coal Mine, la Escuela Técnica Superior de Renania/Westfalia (Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule, RWTH) de Aquisgrán, Alemania, y de Wirtgen GmbH. 

NAC es una mina a cielo abierto para la extracción de carbón de piedra, situada en Queensland/Australia a 35 km al noroeste de Toowoomba, gestionada por New Acland Coal Pty Ltd. que, a su vez, forma parte del New Hope Group. Desde 2002, NAC explota carbón de piedra; la explotación anual asciende a aprox. 5 millones de toneladas de carbón térmico. Su plantilla es de más de 300 empleados.

Dado que la NAC se encuentra muy cerca de una zona residencial, es preciso cumplir unas normativas medioambientales muy estrictas. Sobre todo, las emisiones de ruido y polvo son críticas y se pretende reducirlas. La instalación de tratamiento de carbón de piedra se encuentra en el terreno de la mina a cielo abierto. Una vez realizado el tratamiento in situ, el carbón térmico se transporta en ferrocarril a Brisbane y, en el puerto, se carga en barcos para la exportación.

El yacimiento de NAC consta de varios filones de carbón con un espesor de 0,3 a 3 m, interrumpidos por bandas intermedias de material estéril del mismo espesor. En la zona de explotación hay más de 40 filones.

El 4200 SM se puso en servicio en junio de 2014 y, desde entonces, se utiliza para la explotación de carbón y bandas intermedias de material estéril, de forma selectiva. De junio a septiembre de 2014 se realizó un estudio detallado y estructurado que sirvió de evaluación del rendimiento del Surface Miner de Wirtgen y que estaba basado en el análisis de unos indicadores definidos del rendimiento.

El 4200 SM con dispositivo de carga directa corta, tritura y carga el material en un solo paso. Por consiguiente, sustituye varios pasos de trabajo convencionales. Dependiendo de los requisitos del proyecto, el Surface Miner también es capaz de verter lateralmente el material en el llamado “modo de sidecast”. La versión alternativa de “cut-to-ground” requiere una modificación del Surface Miner. Dotado de otra caja del tambor y sin cinta de descarga, el 4200 SM coloca el material en la parte trasera de la máquina en forma de hileras en el llamado procedimiento de “windrow”. 

Con sus 1623 CV, es el Surface Miner más potente de Wirtgen y pesa unas 200 t. Su tambor de corte se encuentra en el centro, entre la unidad de oruga delantera y la trasera y está dotado de picas que cortan el material. En el desarrollo del tambor de corte para el proyecto NAC tuvo que ser considerado que, además del carbon, el Surface Miner debería extraer las bandas intermedias.

El Surface Miner con dispositivo de carga directa lleva las picas distribuidas en forma de hélice. Por lo tanto, el material se transporta al centro del tambor de corte. La profundidad de corte se puede ajustar de forma individual hasta 830 mm. Detrás del tambor de corte se encuentra un escudo rascador que entrega el material cortado al transportador primario (cinta de carga). Este guía el material a la cinta de descarga de altura regulable y giratoria en 180 grados. De esta manera, no solo es posible cargar fácilmente camiones de carga pesada de la clase de hasta 220 t, sino que se optimiza el factor de llenado. La posibilidad de regular la altura de la cinta de descarga reduce, además, las emisiones de polvo. 

Colaboración como clave

Al principio, NAC formó un equipo del proyecto compuesto por un ingeniero minero, un jefe de la planta de tratamiento, un jefe de mantenimiento y conservación, un jefe de extracción y un encargado de la protección laboral y de la salud. Debido a la composición del equipo, desde el inicio del proyecto quedó garantizada una comunicación continua entre los departamentos. Una de las tareas importantes del equipo consistió en desarrollar indicadores representativos del rendimiento para el proyecto de Surface Miner. La colaboración entre los departamentos dio lugar a que los indicadores de rendimiento consideraran la cadena de procesos completa y no se limitaran solo a la productividad y la disponibilidad mecánica. Así, por ejemplo, se integró la distribución granulométrica en los indicadores de rendimiento, para analizar las posibles repercusiones en la planta de tratamiento y el porcentaje de partículas finas del carbón en bruto.

Durante la puesta en servicio del Surface Miner, NAC y Wirtgen realizaron conjuntamente una amplia comparación de la distribución granulométrica del carbón extraído. Por ello Wirtgen puso a disposición una instalación de cribado sore orugas de tres fondos MS 19 de Kleemann para efectuar el análisis de granulometría de 150 a 5 mm, así como una instalación de cribado de laboratorio para el análisis de granulometría para un tamaño de 0,5 a 5 mm. En total se analizaron 100 muestras de 30 toneladas cada una; la toma de muestras de los equipos de extracción convencionales y del 4200 SM se realizó en campos de extracción idénticos, divididos en dos partes iguales.

El Surface Miner de Wirtgen se modificó conforme a los requerimientos específicos de la aplicación y, en mayo de 2014, se efectuó la entrega en la mina de NAC, cumpliendo las normas industriales locales para el uso de equipos mineros. Dos semanas después del suministro, la NAC pudo poner en servicio el Surface Miner.

Asimismo fue necesario realizar unas adaptaciones del método tradicional de extracción por bloques. El Surface Miner extrae el material en vías paralelas. Al final de cada vía corta una rampa y gira en una superficie plana para seguir con la siguiente vía. La longitud del campo de extracción es un parámetro decisivo para la productividad. Cuanto más aumenta la longitud de extracción, menor es el porcentaje del tiempo de servicio requerido para virar y mayor el porcentaje del tiempo de corte. Para el empleo eficiente del Surface Miner de Wirtgen se recomienda utilizar el 4200 SM en campos de extracción con una longitud de más de 300 m.

En NAC, el tamaño normal de bloque es de 150 x 150 m. Por lo tanto, se prepararon varios bloques tradicionales de explotación en una hilera, para poder probar el Surface Miner con una longitud de extracción de hasta 600 m, o sea, bajo condiciones de aplicación ideales. 

Rendimiento a cuatro meses

Otra clave adicional para implementar con éxito el Surface Miner de Wirtgen consistió en demostrar sus ventajas en la práctica. NAC y Wirtgen acordaron en un contrato los indicadores de rendimiento representativos (véase la imagen Score Card). Muchos indicadores de rendimiento se fijaron en relación con el sistema de extracción continuo, por ejemplo, el indicador del porcentaje de partículas finas del carbón en bruto: “Generación de carbón fino inferior a 2 mm para no superar las limitaciones de carga de la topadora-cargadora”.  

A fin de considerar la fase de aprendizaje de los operadores sin experiencia en la fase de implementación, durante los tres primeros meses de la fase inicial se multiplicaron los indicadores de rendimiento por un factor porcentual de disminución.

Durante cuatro meses, los analistas midieron y compararon el rendimiento de ambos sistemas de explotación, valiéndose para ello de investigación bibliográfica, cálculos teóricos, datos de servicio empíricos, ensayos de ruido y vibración, análisis de distribución granulométrica, sistema de informes, estudios de tiempos, ensayos de campo, así como de conversaciones de evaluación y encuestas.

Resultados

El procedimiento de minería de superficie de Wirtgen llevó a una importante reducción de las máquinas necesarias para la explotación. Gracias a la forma de trabajo continua, el Surface Miner consiguió unas tasas de producción altas. El análisis de ambos sistemas de extracción, considerando las distintas condiciones de servicio, dio por resultado que el proceso de minería de superficie requiere aproximadamente un 70% menos máquinas que el sistema de extracción convencional, compuesto de buldóceres y cargadoras sobre ruedas.

La evaluación de la protección laboral, medioambiental y de la salud de ambos sistemas demostró que el 4200 SM reduce el impacto ambiental. Esto se debe, sobre todo, al menor número de máquinas de extracción, lo que, a la vez, redunda en una cantidad menor de emisiones de vibraciones, ruidos, polvo y dióxido de carbono. El empleo del Surface Miner reduce el consumo de combustible por metro cúbico de material extraído en aproximadamente un 65%. 

Los análisis de la rentabilidad evidenciaron que los gastos de extracción son menores con el Surface Miner en comparación con el sistema de extracción convencional. En este caso, la cantidad reducida de máquinas es un factor decisivo que, además, conduce a costos más bajos de combustible y salarios. En consecuencia, los costos de extracción con el procedimiento de minería de superficie, considerando las distintas condiciones de servicio, se reducen en aproximadamente un 60%. El dictamen sobre las pérdidas y la contaminación del carbón durante la extracción hizo patente un mejor aprovechamiento del yacimiento con el sistema Surface Miner, lo que genera un volumen de ventas adicional. 

El Surface Miner presentó enormes ventajas en cuanto al tamaño de grano del carbón extraído. Los resultados representativos mostraron que con el nuevo método de extracción se produce hasta un 10% menos de porcentaje de finos que con los métodos utilizados hasta ahora. Además, el material extraído por el Surface Miner presenta un porcentaje mucho mayor de la granulación del producto final. Esto reduce los trabajos de trituración de material de granulación superior lo que, a la vez, ahorra energía y conlleva una reducción adicional del porcentaje de finos en comparación con los procedimientos convencionales de extracción. Todo esto permite que se reduzca el consumo de corriente de la planta de tratamiento.