Apostila de Lavra Subterrânea
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PPGEMMIN 746
Lavra SubterrâneaProf. José Margarida da Silva
2010
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Métodos de Lavra Subterrânea POR QUE LAVRA SUBTERRÂNEA?
Profundidade do depósito*;
Quantidade de material a ser retirado para alcançar o minério;
Jazidas aflorantes vão se tornando escassas;
Restrições ambientais à lavra a céu aberto;
Aumento do conhecimento do comportamento de maciços rochosos.
* Torres e Diniz da Gama (2005): minas pouco
profundas ou rasas (até 850m) e profundas (a partir de 850m).
Dessureault (2004): se existe perspectiva de mais de 150m de profundidade, admite-se a hipótese de mina subterrânea.
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Custos e decisão de lavra
Cam – custo minério; R – REM;Cse – custo retirada estéril; Cs – custo subsolo.
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MINA A CÉU ABERTO E SUBTERRÂNEA
Arranjo de uma mina com transição céu aberto para subterrânea.
Fases da mineração
Fazenda Brasileiro, Jerrit Canyon,Jouac,Kamoto,Loolekop,Kittila,Mount Isa,Turmalina,Pyhasalmi,Raglan,Vazante, ...
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Lavra convencional (cíclica) -explosivos: perfuração, carregamento e detonação, remoção dos gases, limpeza da frente;
Lavra contínua - equipamentos que desagregam rocha por escarificação;
Sistema misto - comum para carvão, corte para face livre executado por máquina de corte (rafadeira) e execução de furos para desmonte por explosivo;
Decisão: aspectos técnicos e econômicos. Economia, segurança, mínimo de perturbação ambiental
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Operações e equipamentos
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Rocha dura: pequena escala• Perfuração manual• Carregamento:
– carregadeiras tipo LHD (load, haul and dump)com capacidade de 0,4 m3 até 4 m3 ou de descarga traseira.
– Transporte:– caminhões de 7 t a 15 t, dependendo do
tamanho das vias;– trens, especialmente composições com vagões
tipo gramby car com 4 t a 8 t de capacidade, sendo usados 8 a 12 vagões por trem;
– trem caindo em desuso (menor flexibilidade, baixa produtividade).
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Rocha dura: média escala
• Perfuração mecanizada
• Carregamento:– carregadeiras LHD com capacidade entre
4,5 m3 e 7 m3.
• Transporte:– caminhões de 20 t a 30 t.
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Rocha dura: grande escala
• Perfuração mecanizada – jumbos
• Carregamento:– carregadeiras LHD com capacidade entre
9 m3 e 11 m3.
• Transporte:– caminhões de 40 t a 80 t (em teste 90t).
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Rocha mole
• Desmonte contínuo
• Carregamento:– mineradores contínuos ou cortadeiras para desmonte
e/ou carregamento.
• Transporte:– Carros transportadores (shuttle cars) e correias
transportadoras;– às vezes utilizam-se mineradores contínuos ou
combinação com carregadeiras LHD e caminhões.
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LAVRA SUBTERRÂNEAPrincípios fundamentais
Desmonte com o avanço de aberturas paralelas.
Deixam-se porções do minério para formar pilares, de dimensões e formas adequadas.
Pilares limitam os vãos das aberturas e promovem a sustentação do teto.
Abandono de pilares
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Princípios fundamentais
Material útil vai sendo extraído; vazio formado é preenchido com outro material para sustentação do teto;
Desmonte da face é integral; frente se desloca, sendo acompanhada pelo enchimento;
Teto na frente de trabalho normalmente sustentado para evitar queda de blocos ("chocos").
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Enchimento
Enchimento
Minério In situ
Sentido de avanço da frente
Planta
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Com avanço da frente de lavra, provoca-se seu desabamento, a uma distância controlada, dissipando-se parte da energia armazenada.
A rocha desabada empola, o que inibe a propagação do abatimento.Blocos começam a exercer reações apreciáveis sobre o teto, favorecendo sua sustentação.
Princípios fundamentais
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Abatimento controlado do tetoA
B
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Classificação de Métodos
Deslocamentos
Energia armazenada
Métodos sem suporte artificial Suportados Abatimento
Métodos de lavra subterrânea
Room-and-pillar
Sublevel and longhole open
stoping
Cut-and-fillstoping
Shrinkstoping
VCRStoping
Longwallmining
Sublevel caving
Blockcaving
(Brady e Brown, 2004)
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Minério desmontado desce por gravidade até galeria de transporte;
Inclinação a partir da qual começa a ocorrer rolamento do minério desmontado depende das dimensões dos blocos e da regularidade do piso; fica entre 45° e 50°;
Escavações devem ter inclinação superior ao ângulo de repouso do minério fragmentado.
Classificação de corpos de minério
Corpos de mergulho acentuado
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Equipamentos chegam até as pilhas de minério desmontado nas frentes de lavra;
Máxima inclinação varia com tipo e porte do equipamento, mas habitualmente fica entre 8 e 11 (15 a 20%);
Além desses limites pode ainda ser exeqüível, com o desmonte conduzido segundo retas de menor declividade ou horizontais de mesmo plano do corpo.
Classificação de corpos de minério
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Corpos horizontais e subhorizontais
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Inclinação excede limites de
trafegabilidade (“gradeability”) de
equipamentos, mas não ésuficiente para que ocorra
escoamento do minério desmontado, sob ação da
gravidade, das frentes de lavra até galeria de
transporte; Minério precisa ser arrastado
até locais de carregamento.
Classificação de corpos de minério
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Corpos de mergulho suave
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Passagem de pessoal
Galeria de transporte
Ponto decarregamento
Travessas de carregamento
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Alargamento em subníveis (sublevel stoping)
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Perfuração mecanizada: em leque ou paralela.
Carregamento:
– LHD, descarga traseira, carregadeira frontal, chutes.
Transporte:
– Caminhões convencionais ou rebaixados, correias;
– Preferência para equipamentos de maior porte.
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Caminhão (Mina Santa Helena, Brasil)
Alargamento em subníveis
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Fácil ventilação;Pequena exposição;
Pequena necessidade de suporte;Recuperação pode alcançar 75%;
Diluição de 20%;Não seletivo;
Furos longos requerem cuidadoso alinhamento (desvio menor que 2%).
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Alargamento em subníveis - análise
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Lavra por corte e enchimento (cut and fill)
mining) Capa
Lapa
Realce
EnchimentoPassagemde minério
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Por corte e enchimento
Minério é completamente removido. Material de enchimento suporta as paredes e fornece piso para
a lavra da próxima fatia de minério;
Enchimento - Rockfill, backfill, sandfill, pastefill;
Resistência das encaixantes: fraca;
Forma da jazida: variada - pode ser irregular, descontínua; Teor alto;
Forte mergulho, mas adaptável.
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Perfuração mecanizada
CARREGAMENTOLHD com capacidade 0,4m3
(elétricas), até 3m3, raramente maiores; rastelo.
TRANSPORTECaminhões ou trens com vagões de pequeno porte.
Corte e enchimento (Aterro)
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Alta mecanização;Boa seletividade;Alta recuperação de minério (90 a 100%);Baixa diluição;Baixo custo de desenvolvimento;Versátil;Estéril e rejeito podem ser distribuídos no subsolo.
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Corte e enchimento - Análise
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Passagem de minério
Perfuração
Desenvolvimento
Zona abatida
Lavra: desmontee carregamento
Nível principal de transporte
Abatimento em subníveis (Sublevel caving)
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• Perfuração mecanizada;
• Carregamento e transporte: LHD´s controle remoto, caminhões 22t, vagões 35 a 40t.
• Lavra descendente, furação longa ascendente;
• Minério desmontado despejado em passagens, deixando-se a capa deformar-se e abater-se;
• Fluxo de material fragmentado grosseiro: fator mais importante no método;
• Produção superior a 50.000t/dia;• Investimento inicial de centenas
de milhões de dólares. 25
Abatimento em subníveis
Mina de Kiruna, Suécia
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Requisitos rígidos;
Melhores índices de segurança e de saúde;
Alta recuperação (80 a 90%);
Independência das operações;
Diluição inevitável (10 a 35%);
Perdas de minério entre a detonação de um leque e outro (10 a 20%);
Subsidência.
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Abatimento em subníveis – análise
![Page 27: Apostila de Lavra Subterrânea](https://reader038.fdocumentos.tips/reader038/viewer/2022102518/557212c6497959fc0b90e850/html5/thumbnails/27.jpg)
Block Caving
Nível principal Nível de transporte
subnível com grelha
Preparação do solapamento
ramificações
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Blocos solapados para induzir abatimento;
Minério e rocha encaixante são abatidos;
Alta produtividade, altas escalas de produção;
Baixo custo de lavra (custo relativo de 20%);
Diluição: 10 a 20%, recuperação até 100%;
Operações padronizadas, boa supervisão; bons índices saúde e
segurança;
Subsidência pode ser em grande escala, controle de fluxo crítico;
Grande tempo de desenvolvimento para blocos (cerca de
1000m2), se desmonte sem explosivo.
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Abatimento em blocos
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Perfuração vertical
Pilar Perfuraçãofrontal 29
Método por câmaras e pilares (room and pillar mining)
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Perfuração mecanizada (frontal, descendente ou ascendente):
− Minerador contínuo substitui perfuração e detonação –Marietta: capacidade 10mil t/dia.
Carregamento:
– LHD a diesel ou elétricas de 0,75 a 11 m3.
Transporte:
– Nos realces, por shuttle cars descarregando em correias ou por vias abertas na lapa para este fim através de caminhões ou trens;
– Caminhões rebaixados e articulados 15 a 50 t.
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Câmaras e pilares
Painel anterior
Novo painel
Entradas múltiplas
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Load, haul,dump
Transporte até250, 300m
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Carregadeira rebaixada LHD
![Page 32: Apostila de Lavra Subterrânea](https://reader038.fdocumentos.tips/reader038/viewer/2022102518/557212c6497959fc0b90e850/html5/thumbnails/32.jpg)
Caminhão e carregadeira
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Caminhão rebaixado
Caminhão e carregadeira
![Page 33: Apostila de Lavra Subterrânea](https://reader038.fdocumentos.tips/reader038/viewer/2022102518/557212c6497959fc0b90e850/html5/thumbnails/33.jpg)
Minério in situMinério fragmentado
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Rastelo
![Page 34: Apostila de Lavra Subterrânea](https://reader038.fdocumentos.tips/reader038/viewer/2022102518/557212c6497959fc0b90e850/html5/thumbnails/34.jpg)
Morro do Urucum(RDM, manganês, Brasil)
Desenvolvimento: poço raso e túnel na lapa;Lavra adicional no teto, devido à baixa potência; 3 horizontes diferenciados de “ataque”;subdivisão do corpo de minério em 3 faixas sub-horizontais, painel de
800mx800m, com distância lateral de 400m, de acordo com condição geomecânica da rocha (encaixante: arcósio).
Definição se deveu à grande área e contribuiu para melhor adequação às metodologias de lavra, às operações de ventilação e transporte do minério.
![Page 35: Apostila de Lavra Subterrânea](https://reader038.fdocumentos.tips/reader038/viewer/2022102518/557212c6497959fc0b90e850/html5/thumbnails/35.jpg)
Acidente: final anos 80;Exigências do DNPM para
F.S.=1.8;Baixa recuperação da lavra;Desconhecimento do
comportamento geomecânico da Camada Bonito;
Necessidade de novas metodologias para dimensionamento de pilares.
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Câmaras e pilares - carvão
![Page 36: Apostila de Lavra Subterrânea](https://reader038.fdocumentos.tips/reader038/viewer/2022102518/557212c6497959fc0b90e850/html5/thumbnails/36.jpg)
• Lavra entre 430 e 640m profundidade;
• Desmonte por mineradores contínuos;
• Carregamento por shuttle cars;
• Transporte por correias (7 km);
• Produção de cloreto de potássio;
• Capacidade ampliada de 645 mil t/ano para 850 mil t/ano.
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Mina Taquari - Vassouras
![Page 37: Apostila de Lavra Subterrânea](https://reader038.fdocumentos.tips/reader038/viewer/2022102518/557212c6497959fc0b90e850/html5/thumbnails/37.jpg)
Galerias interligadas por travessas perpendiculares ao corpo de minério;Número de aberturas que atenda à vazão de pessoal, equipamentos,
ventilação;Lavra convencional (cíclica, regular) ou contínua;Recuperação - 20 a 60%, Diluição - 0 a 5%.
Método se presta bem à mecanização; Mina pode ser retomada, com enchimento ou abatimento;À medida da profundidade, rivaliza com outros métodos (lavra frontal –
veios estreitos, acima de 1.050m – lavra por solução);Reutilização das aberturas depende de planejamento prévio.
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Câmaras e pilares
![Page 38: Apostila de Lavra Subterrânea](https://reader038.fdocumentos.tips/reader038/viewer/2022102518/557212c6497959fc0b90e850/html5/thumbnails/38.jpg)
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Minerador contínuo
![Page 39: Apostila de Lavra Subterrânea](https://reader038.fdocumentos.tips/reader038/viewer/2022102518/557212c6497959fc0b90e850/html5/thumbnails/39.jpg)
39
Fan Drill Simba
![Page 40: Apostila de Lavra Subterrânea](https://reader038.fdocumentos.tips/reader038/viewer/2022102518/557212c6497959fc0b90e850/html5/thumbnails/40.jpg)
40
Robô para projeção de concreto
![Page 41: Apostila de Lavra Subterrânea](https://reader038.fdocumentos.tips/reader038/viewer/2022102518/557212c6497959fc0b90e850/html5/thumbnails/41.jpg)
Entrada de ar
carvão
Ventilação
Área abatida
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Lavra por frente longa (longwall) - planta
![Page 42: Apostila de Lavra Subterrânea](https://reader038.fdocumentos.tips/reader038/viewer/2022102518/557212c6497959fc0b90e850/html5/thumbnails/42.jpg)
Lavra integral, desmonte em face contínua, abrangendo toda a extensão;
Com ou sem abatimento;Galerias de transporte (duplas ou triplas), próximas, cerca de 100m
de comprimento, para material e pessoal;Subida face livre para iniciar desmonte;Arranjo longitudinal (corpos de pequena espessura);Arranjo transversal (espessura a partir de 30m); Exige rigoroso controle do contato.
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Lavra por frente longa (longwall)
![Page 43: Apostila de Lavra Subterrânea](https://reader038.fdocumentos.tips/reader038/viewer/2022102518/557212c6497959fc0b90e850/html5/thumbnails/43.jpg)
Lavra em avanço (menor desenvolvimento prévio) ou em recuo (entradas simples usadas apenas por um painel, mais barata, mais rápida, requer menos mão de obra);
Grande produtividade (maior em subsolo);Grande recuperação na lavra; Custo de manutenção elevado (tempo de transferência de
equipamentos de um painel para outro);Alto custo de investimento ou de capital.
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Lavra por frente longa (longwall)
![Page 44: Apostila de Lavra Subterrânea](https://reader038.fdocumentos.tips/reader038/viewer/2022102518/557212c6497959fc0b90e850/html5/thumbnails/44.jpg)
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Cortadeira e suporte auto-marchante
![Page 45: Apostila de Lavra Subterrânea](https://reader038.fdocumentos.tips/reader038/viewer/2022102518/557212c6497959fc0b90e850/html5/thumbnails/45.jpg)
• 80%: desmonte com mineradores contínuos;
• Carregamento:– Transportadores de correntes que operam junto à face.
• Transporte:– Correias transportadoras ou carros (shuttle cars) dispostos
nas travessas.
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Lavra por frente longa (longwall)
![Page 46: Apostila de Lavra Subterrânea](https://reader038.fdocumentos.tips/reader038/viewer/2022102518/557212c6497959fc0b90e850/html5/thumbnails/46.jpg)
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Carro transportador (Shuttle car)
![Page 47: Apostila de Lavra Subterrânea](https://reader038.fdocumentos.tips/reader038/viewer/2022102518/557212c6497959fc0b90e850/html5/thumbnails/47.jpg)
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Lavra por frente longa (longwall)
![Page 48: Apostila de Lavra Subterrânea](https://reader038.fdocumentos.tips/reader038/viewer/2022102518/557212c6497959fc0b90e850/html5/thumbnails/48.jpg)
Longwall• Western Deep Level Gold Mine, South Africa;• Gordonstone Coal Mine, Queensland, Australia;• Appin Colliery Coal Mine, New South Wales, Australia;• Southern Coalfield Mine, New South Wales, Australia;• South Africa Gold Mine;• Lavra experimental, Mina do Leão, Brasil;• Mimosa (México) – carvão, • Wyoming Trona – ouro e potássio (África do Sul);• Impala – platina (África do Sul): suportes de madeira, transporte na
frente: rastelo, água..
![Page 49: Apostila de Lavra Subterrânea](https://reader038.fdocumentos.tips/reader038/viewer/2022102518/557212c6497959fc0b90e850/html5/thumbnails/49.jpg)
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Produtividade e custo de lavra
MÉTODO DE LAVRA PRODUTIVIDADE (t/homem X turno)
CUSTO UNITÁRIO (US$/t)
Céu aberto 26 - 15
Câmaras e pilares 27 - 73 11 – 33
Alargamentos abertos 27 – 45 9 – 33
Por recalque 4 – 15 17 – 44
Por subníveis 14 – 50 13 – 39
Corte e enchimento 9 – 40 17 – 55
Longwall 63 – 163 6 – 28
Abatimento em subníveis
15 – 40 13 – 44
Abatimento em blocos 14 - 50 6-22
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Mecanização e automação• Automação: chave para segurança e produtividade na
mineração.• Operações de mineração subterrânea em processos de
produção muito profundos, de acesso extremamente difícil ou com alto grau de periculosidade tornam a automação e os equipamentos de operação autônoma escolhas óbvias.
• Objetivos• aumentar a segurança, • reduzir o trabalho manual repetitivo,• aumentar a eficiência e a produtividade geral.• Jumbos: adaptados e implementados - rockbolters –
colocação de parafusos de ancoragem e scalers –abatimento de chocos ou raise climbers – plataformas elevatórias;
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Mecanização e automação - tendências• “trackless mining” – vagões: alta produção;• “Minas novas, situadas em áreas remotas, não
são as mais atrativas para recrutar pessoas com melhores qualificações. Para explorar essas jazidas de forma rentável, a automação não seráapenas uma opção – será a única opção."
• Equipamentos auxiliares:• robôs para concreto projetado, • suportes deslocados por controle remoto,• carregadores de explosivos, • ventiladores, • bombas de drenagem, • Veículos auxiliares de iluminação etc.
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Mecanização e automação• Retirada mecânica de chocos• geralmente oferece ao trabalhador maior proteção. • Operador remove a rocha solta, enquanto fica
posicionado em cabine de proteção e a maior distância que na retirada manual.
• Em 2002, cerca de 25% das minas brasileiras jáusavam scaler (perfuratriz adaptada para o batimento mecanizado de chocos).
• Equipamento híbrido de barra convencional de abatimento de chocos e rompedor hidráulico.
• CMS – Caving Monitoring System - laser “desenha”cavidade a distância.
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Mecanização e automação• sistemas computadorizados de controle e orientação
em grandes equipamentos de perfuração subterrânea e carregadeiras;
• nova carregadeira LHD reduz esforço físico do operador, aproveitando da melhor maneira a potência.
• Caçamba penetra nos detritos com mais facilidade e rapidez, permitindo aumento do número de cargas por turno.
• Benefícios em termos de produtividade e segurança derivados dos sistemas de controle;
• Tendência de uso de CLPs – controladores lógicos programáveis;
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Mecanização e automação• Instalação de parafusos controlada a distância• Utilização de equipamento de instalação de cabos
– Brasil e Finlândia, Chile, entre outros. • Mina de Cuiabá (MG) – corte e enchimento• Conjugação em um equipamento de funções
realizadas por 3 máquinas elevou em 18% velocidade de instalação de cabos. O equipamento apresenta disponibilidade de 89%, com 20 a 25 mil m de suporte realizado.
• Kemi Mine, na Finlândia• Equipamento tem carrossel para 17 hastes,
velocidade de instalação superior a 40m/h, em furos de 51mm de diâmetro, 20 ou 25m de comprimento. Também na Mina Michilla, no Chile.
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Mecanização e automação
• sistemas automáticos de troca de bits, • sistemas automáticos de abertura de túneis;• Measure While Drilling, sistema de registro de
características de estratos de rochas que usa a perfuratriz como sensor enquanto faz os furos.
• Os dados registrados são, em seguida, transferidos para um PC para uma análise mais detalhada, sendo possível fazer uma previsão da interpretação das características geológicas.Tendências – cooperação empresas/fabricantes; minas-escola; utilização de tecnologia que forneça uma visualização prévia da realidade.
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Mecanização e automação – Estudo de Caso
• Mina Finsch (África do Sul) – diamante - Abatimento em blocos
• Sistema AutoMine – caminhões autônomos trafegam no ciclo de transporte entre os pontos de carregamento e o britador primário, localizado próximo ao sistema de içamento do poço vertical. Eletrônica embarcada, comunicação sem fio.
• Benefícios
• Aumenta utilização de equipamentos,
• maiores velocidades de transporte aumentaram a produção;
• Maior estabilidade de escavações, redução do risco de dano ao trabalhador.
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Mina Finsch• África do Sul – diamante• Manuseio de minério tem CMS – planejamento
das atividades do dia, divisão nos turnos de trabalho, dando orientações para LHDs.
• Registro de todos os movimentos do equipamento.
• Fornece informações para outros sistemas de controle:
• PCS – Production Control System;• MCS – Mission Control System.• Da sala de controle na superfície, o operador
controla caminhões e LHDs.
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FuturoMina automática?Caminhões baixa/alta capacidade?Britagem/usina dentro da mina subterrânea:
Andina (Chile); Baltar (Brasil); Kidd Creek, Otjihase (Canadá); Central Rand Gold, projeto de Efemçukuru (África do Sul).
Minas fechadas: visitação, enchimento, armazenamento
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Avanços no processo de extração
LHD
ORE PASS
Minería Actual Minería de Transición
Minería Continua
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TendênciasTatiya, 2005: mina subterrânea do futuro será controlada de uma sala.
SANDVIK, 2008: umoperador para vários equipamentos (LHD´s ou caminhões).
Índia: Qual o limite?
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Brady, B. H. G.; Brown, E. T. Rock Mechanics for Underground Mining. 2006.Cummins, A. B; Given, I. A. 1992. Mining Engineering Handbook. AIME.Dessureault et al. Application of computers and operations research in the
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Periódicos: Brasil Mineral; In the Mine; Revista Escola de Minas (REM); CIM Bulletin; Engineering & Mining Journal/ World Mining Equipment;Minérios & Minerales; Mining and Annual Review;Mining Engineering; Mining Magazine; World Tunnelling;Mining Perspectives for both worlds. P&H.
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Referências Bibliográficas