Avanço reduz número de ciclos na abertura de galerias subterrâneas 

O estudo fez uma avaliação do comprimento da perfuração, melhorias das taxas de avanços e na qualidade das escavações no desenvolvimento das galerias da Mineração Caraíba

Vencedora do 14º Prêmio de Excelência Minero-metalúrgica Brasileira da revista Minérios & Minerales na categoria Lavra Subterrânea, com o trabalho intitulado “Aumento da produtividade no desenvolvimento de galerias”, de autoria de Alexandre Magno Kalil Miranda, engenheiro de minas; e Pedro Yamaguchi de Souza, engenheiro de minas junior; a Mineração Caraíba iniciou as operações da mina subterrânea em 1986 e a produção de cobre em 1990. A mina subterrânea produz 80.000 t/mês de minério e desenvolve 750 m/mês de galerias. Atualmente, a lavra é realizada em mina subterrânea e em minas a céu aberto. Na mina subterrânea são desenvolvidos poços, rampas e galerias para extração do minério de cobre sulfetado. O nível de produção mais profundo está na cota -522 m. O projeto de aprofundamento limita-se à cota -1280 m.

A mina subterrânea da Mineração Caraíba produz 80.000 t/mês de minério e desenvolve 750 m/mês de galerias

A metodologia Plan Do Control Act (Pdca) - Planejar, Executar, Controlar e Agir – utilizada para desenvolvimento do trabalho, foi criada por Walter A. Shewhart na década de 30, popularizada por Willian Edwards Deming na década de 50 e utilizada pela Mineração Caraíba no controle e melhoria de processos. Por ser um modelo dinâmico, Pdca é uma ferramenta que oferece vantagens como a resolução de problemas críticos, estabelecimento de metas de melhorias, redução de custo, aumento de produtividade, melhor qualidade dos produtos e melhor prazo de entrega.

A etapa do desenvolvimento é a atividade mais importante de uma mina subterrânea, essencial para a perenidade do empreendimento. É pelo desenvolvimento de galerias que se pode alcançar o minério em maiores profundidades, a uma taxa de avanço por tempo dimensionado de acordo com os recursos mecânicos que se dispõe. O objetivo deste trabalho é aumentar a produtividade do desenvolvimento em 5%.

O estudo fez uma avaliação do comprimento da perfuração, melhorias das taxas de avanços e na qualidade das escavações do desenvolvimento das galerias. Para este estudo foi colocado em operação um equipamento de perfuração da Atlas Copco, o jumbo Boomer E2C, com o sistema de gerenciamento eletrônico denominado RCS (Rig Control System).

No entanto, os indicadores como Mttr, Mtbf, custo por metro perfurado, custo por metro avançado e taxa de penetração, que representaram o desempenho do novo jumbo, também foram avaliados.

Devido às escavações das galerias do desenvolvimento atingirem grandes profundidades e sofrerem muitas interferências das tensões, existe a necessidade de executar uma robusta contenção. Atualmente, o ciclo operacional é composto por 12 turnos, nos quais 35% representam as etapas de contenção. Com isso temos um ciclo produtivo longo, tornando lenta a taxa de avanço das galerias. Atualmente, os equipamentos perfuram 3,7 m de comprimento, avançando em média de 88% a 92% em cada ciclo. Com esse avanço e para uma meta de 750 m, são necessários 230 ciclos. Para esse estudo foi utilizada uma perfuração de 5,2m, 40% maior.

Dos resultados obtidos, além do aumento da produtividade na perfuração, o mais evidenciado pela operação de mina é a possibilidade de se realizar menos ciclos para o alcance das metas estabelecidas. A relação do número de ciclos, com rendimento dos fogos para variados comprimentos de furo, pode ser visualizada na tabela 1.

Utilizando a mesma eficiência do comprimento da lança 3,7 m para a lança 5,2 m, o número de ciclos necessários para se alcançar a meta de 750 m chega a 66 ciclos a menos, que para a situação atual, na qual são necessários a realização de 8 ciclos por dia, representa um ganho em aproximadamente 8 dias a menos de operação. O resultado é um rendimento de 90%, chegando a 160 ciclos.

A mudança nos fogos causará também alteração nos tempos das novas etapas e, consecutivamente, do novo ciclo produtivo estabelecido, devido à fatores como: um furo mais comprido demandará mais explosivos, o que teoricamente, refletirá em um maior tempo no carregamento; um maior volume desmontado demandará mais tempo de limpeza das frentes; uma maior área exposta demandará de mais tempo na operação de batimento de choco; uma maior área exposta demandará uma linha a mais de tirantes, o que refletirá em um tempo maior na operação de atirantamento; uma maior área exposta demandará mais concreto projetado, com tempo maior na operação de projeção de concreto; a quantidade de material gerado na reflexão da concretagem e no batimento de choco será maior e a operação de raspagem do piso também se dilata.

Outra diferença entre os equipamentos é o Sistema de Gerenciamento Eletrônico denominado Rig Control System (RCS) que é um sistema modular, composto por sensores, cabos, processadores e softwares para gerenciamento de informações dos processos de perfuração e/ou carregamento e transporte.

Planta 3D da mina

Uma vez inserido no equipamento, o plano de perfuração é reconhecido e a máquina executa os furos de acordo com o que foi definido. A alta precisão na execução da perfuração é fundamental no controle de overbeak, underbreak e fragmentação no desmonte de cada frente.

Com o controle computadorizado do sistema de perfuração, parâmetros são definidos no display do equipamento, considerando diferentes níveis de acesso. O sistema de diagnóstico de falhas integrado possibilita a detecção e correção de falhas através do display na cabine do equipamento.

Foram medidos os tempos de perfuração (Tperf), carregamento (Tcar), limpeza (Tlimp), batimento de Choco (Tsc), atirantamento (Tatir), projeção de concreto (Tcon), raspagem (Trasp), marcação de frente (Tmc), como apresentado na tabela 2.

A dilatação evidenciada no tempo do ciclo 2 (32%) indica uma clara tendência de ganho em produtividade na adoção da segunda metodologia para desenvolvimento. Para uma mesma distância, um menor número de ciclos significará um menor deslocamento de máquinas para as frentes, o que no caso de uma mina subterrânea com alta movimentação de caminhões fora de estrada na rampa será crucial para o rendimento das operações e da produção em geral.

Outra realidade das práticas de escavação de túneis se refere ao interrompimento das operações unitárias, que são quase sempre interrompidas e realizadas no turno seguinte, quando não há tempo disponível. Dessa forma, desconsiderando os tempos de setup e deslocamento das máquinas (os mesmos para as duas análises), se faz necessário montar o arranjo das operações unitárias do desenvolvimento ao longo dos turnos, considerando dados como duração de um turno: 6 horas (360min); tempo perdido na troca de turno: 2 horas (120min); tempo de deslocamento das máquinas: 0 min; operação inicial: limpeza das frentes (pois as detonações só ocorrem na troca do turno).

Um desenvolvimento de grande porte é muito sensível às perdas e ganhos em produtividade. Esta porcentagem representa 34 turnos (8,5 dias) a menos de trabalho utilizando a segunda metodologia, isto sem considerar os tempos de deslocamento evitados, que impactam negativamente em diversos aspectos como o engarrafamento na rampa, improdutividade das máquinas, perda de capacidade produtiva (aumento do tempo fora do ciclo), maior número de setups, maior consumo de acessórios de detonação, consumo de combustível e desgaste de máquinas.

Outro fator importante é o índice de suficiência de reserva, pois com uma maior velocidade no desenvolvimento pode-se antecipar a liberação das reservas e aumentar a produção anual do empreendimento.

Em 2011, foram desenvolvidos 6.492 m de galerias, liberando 754.809 t de minério sulfetado da mina subterrânea. Isso representa 116,27 t de minério liberado por metro desenvolvido. Com isso, se houver um incremento de 5,44% no desenvolvimento, representará um acréscimo de 353,16 m de galerias, ou a liberação antecipada de 41.061,05 t de minério sulfetado.

Aumento da velocidade no desenvolvimento pode antecipar a liberação das reservas e aumentar a produção anual da mina

Conheça os autores do projeto

Alexandre Magno Kalil Miranda – Graduado em Engenharia de Minas pela Universidade Federal da Bahia e Pós-Graduado – Especialização em Escavações de Túneis – pela Universidade Federal da Bahia. Pós-Graduação - MBA em Gestão de Pessoas – Instituto Brasileiro de Pós-Graduação e Extensão IBPEX.

Pedro Yamaguchi de Souza - Graduado em Engenharia de Minas pela Universidade Federal da Bahia e Formação White Belt.


Para Baixar o projeto “Aumento da produtividade no desenvolvimento de galerias”