INFERÊNCIA DE VARIÁVEIS TECNOLÓGICAS DE MINÉRIO COM USO DEPERFILAGEM GEOFÍSICA EM MINERAÇÃO DE CARVÃO – MINA DO SEIVAL,

RIO GRANDE DO SUL - BRASIL

Leandro José de Oliveira, UFRGS, Engenheiro de Minas/Mestrando,ljdeoliveira@yahoo.com.br

João Felipe Coimbra Leite Costa, UFRGS, Engenheiro de Minas/Professor,Jair Carlos Koppe, UFRGS, Engenheiro de Minas/Professor,Paulo Salvadoretti, UFRGS, Engenheiro de Minas/Professor,Gustavo Antônio Bastiani, Copelmi Mineração, Geólogo/Lavra

José Adolfo Carvalho Júnior, Copelmi Mineração, Engenheiro de Minas/Planejamento

RESUMO

Amostragem é prática indispensável em mineração. O custo de uma campanha deamostragem pode ser elevado e depende do método utilizado. A perfilagem geofísica é ummétodo de amostragem indireta, que é eficaz com o desenvolvimento de novas tecnologiaspara medições de grandezas físicas. O gama retroespalhado (gama-gama) ajuda naidentificação da camada de carvão e proporciona a inferência da qualidade do carvãobaseado na sua densidade. Esse trabalho investiga a correlação entre o gama retroespalhado, medido através da perfilagem geofísica, com o poder calorífico do carvão. Aanálise numérica dos resultados revela a eficiência do método, quando bem amostrado, demodo a inferir o poder calorífico sem realizar a análise laboratorial. O erro dessa estimativaé superior ao método tradicional, porém o custo da informação é substancialmente menor.

Palavras Chave: perfilagem geofísica, radiação gama, carvão, qualidade comparado

ABSTRACT

The sampling is a usual practice in mining operation. The cost of a sampling campaigndepends of the utilized method. The geophysical logging is a indirect sampling methods, buteffective with the new technique to measure physical quantity. With the back scatteringgamma rays is possible to provide quality inference of coal based in your density. This papersearch the correlation between back scattering gamma rays, by geophysical logging, andcalorific power in coal deposits. The numeric results show the efficiency of the method. Theerror of this estimate is bigger when compare with the traditional methods, however the costof this information is considerably minor.

Key words: geophysical logging, gamma rays, coal, quality

INTRODUÇÃO

Amostragem é prática indispensável em mineração. O custo de uma campanha deamostragem depende do método empregado. Métodos tradicionais de amostragem, comosondagem com recuperação de testemunho, apresentam um alto custo de operação.Equipamentos de perfilagem geofísica vêm se mostrando cada vez mais eficaz com odesenvolvimento de novas tecnologias para medições de grandezas físicas.

Diversos parâmetros podem ser medidos com equipamentos de geofísica entre eles aresistividade, a emissão natural de radiação gama, a radiação gama retro-espalhada,(também conhecida como perfilagem gama-gama), velocidade de propagação de ondasmecânicas, etc.

O comportamento desses parâmetros pode ser correlacionados com propriedades físico-químicas da matéria medida. No caso de mineração de carvão (carvão energético), um dosprincipais parâmetros que define sua qualidade é o poder calorífico, o qual possui correlaçãocom a densidade (correlação inversa). A cinza no carvão, matéria que não agrega podercalorífico, apresenta densidades superiores a do carvão. Quanto maior a porcentagem decinza, maior a densidade e menor o poder calorífico do carvão.

A figura um, resume a relação entre os parâmetros de interesse. A relação entre a contagemgama e a densidade pode ser mais bem analisada no gráfico da figura dois.

Figura 1 – Relação entre os comportamentos dos parâmetros de interesse.

Para o carvão, com a medição dos parâmetros da radiação gama natural e resistividade épossível definir quantitativamente uma camada. Com a medição da radiação gama retroespalhada (gama-gama) é possível definir a camada com maior precisão ainda proporcionaa inferência da qualidade do carvão baseado na sua densidade. O comportamento do gamaretro espalhado é diferente para cada tipo de sonda utilizada, mas normalmente segue comouma curva conforme mostra o gráfico abaixo.

Figura 2 – Curva generalizada da contagem de radiação gama retro espalhado e densidade.

A unidade CPS (contagens por segundo) apresentada no gráfico é a unidade referente dasmedições realizada por detectores de radiação gama (cintilômetros), que representa umadesintegração a cada segundo.

Para cada sonda deve construída uma curva de calibração que é construída utilizandomateriais com densidades precisamente conhecidas.

Esse trabalho investiga a correlação entre a radiação gama retroespalhada (CPS), medidoatravés da perfilagem geofísica, com o poder calorífico do carvão, para futuros tratamentosgeoestatísticos de co-estimativa ou de co-simulação.

METODOLOGIA

A metodologia aplicada para realizar o trabalho iniciou com uma campanha de sondagemcom recuperação de testemunhos em uma jazida de carvão. Foram realizados um total denove furos de sondagem sendo que 4 furos em diâmetro H (8,5 cm) e 5 furos em diâmetro Z(16 cm). Para todos os testemunhos foram realizadas as seguintes etapas:

• Descrição das litologias e suas respectivas espessuras;• Identificação das camadas de carvão em diversos segmentos;• Análises químicas das camadas de carvão, subdivididos em espessuras

intermediárias (plies) dentro da camada, sendo então que uma mesma camadaapresenta várias amostras analisadas quimicamente;

Sabendo que o método é baseado principalmente em que o poder calorífico diminui com oaumento da densidade, foi realizado, após as analises químicas, a correlação entre o podercalorífico e a densidade. A curva de correlação, apresentada a seguir, mostra que o podercalorífico e a densidade apresentam uma grande correlação (inversa).

Figura 3 – Correlação entre poder calorífico e densidade.

A segunda etapa foi à execução de perfilagem geofísica nos furos amostrados paramedição. Com a perfilagem geofísica foram medidos os parâmetros de resistividade elétrica,radiação gama natural, radiação gama retro espalhado (gama gama) e potencialespontâneo.

Figura 4 – Princípio de funcionamento da perfilagem geofísica para uma sonda dedensidade.

A fonte irradia constantemente radiações gama, a radiação gama que atingi a litologia, éretro espalhada até o detector. Com a curva de calibração da sonda, é possível obter adensidade e conseqüentemente poder calorífico da litologia.

O jazimento é composto por 10 camadas de carvão economicamente minerável. O estudofoi realizado principalmente na camada CS pois esta apresenta um elevado potencial de

qualidade e espessura em relação as demais. As sondagens de diâmetros diferentes foramanalisadas separadamente.

Devido a versatilidade de operação a perfilagem geofísica pode ser realizadaconcomitantemente com as operações de lavra. Não há a necessidade de realizar um furoespecífico para perfilagem, uma vez que o equipamento esteja calibrado, podendo serrealizada nos próprios furos para o desmonte com explosivos. Em casos onde não hádesmonte com explosivos é necessário a realização de furos destrutivos.

ESTUDO DE CASO

Este trabalho foi realizado na Mina do Seival pertencente à empresa Copelmi MineraçãoS.A. Este empreendimento está localizado a aproximadamente 450 km de Porto Alegre.

Figura 5 – Mapa de localização do empreendimento

A empresa disponibilizou o banco de dados contendo as analises químicas dos segmentosda camada de carvão estudada (camada CS) de todos os testemunhos.

Tabela 1 – Banco de dados disponibilizado pela empresa, referente as analises químicas dacamada CS do furo SVH 10.

Nome dosegmento De Para Espessura

(cm) Litologia Cinza(%)

MatériaVolátil

(%)

PoderCalorífico(kCal/kg)

SVH-10/33 36,83 37,08 0,25 Siltito Carbonoso 62,10 18,00 1756SVH-10/34 37,08 37,36 0,28 Carvão 52,00 17,60 2849SVH-10/35 37,36 37,65 0,29 Carvão 49,70 17,40 2926SVH-10/36 37,65 38,11 0,46 Carvão 49,40 18,80 2919SVH-10/37 38,11 38,37 0,26 Carvão 47,60 19,10 3117SVH-10/38 38,37 38,62 0,25 Carvão 45,70 19,20 3234SVH-10/39 38,62 38,85 0,23 Carvão 43,80 22,10 3301SVH-10/40 38,85 39,03 0,18 Carvão 37,10 29,20 3676

Para cada um dos 10 furos de sondagem existe um banco de dados semelhante aomostrado na tabela 1. Os furos de sondagem estão dispostos conforme apresenta o mapade localização das sondagens que foram realizadas em áreas isoladas.

Figura 6 – Mapa de localização das sondagens.

Com os registro da perfilagem geofísica foi possível identificar as camadas. Os valores deCPS foram obtidos a partir desses registros impressos pelo equipamento.

Figura 7 – Registro impresso pelo equipamento de perfilagem geofísica do furo SVH 10.

O registro geofísico mostra os quatro parâmetros medidos, radiação gama natural (empreto) e potencial espontâneo (em vermelho) a esquerda do gráfico e radiação gama retroespalhada (em azul) e resistividade elétrica (em vermelho) a direita do gráfico, as linhasparalelas delimitam a camada CS.

A identificação da camada é realizada principalmente com a radiação gama natural eresistividade elétrica, que apresentam níveis baixos e altos respectivamente, quandocomparados com os valores obtidos de outras litologias no entorno da camada. A radiaçãogama retro espalhada é um complemento para a melhor definição da camada de carvãodevido sua resposta ser em função da densidade do material analisado, mas a suafundamental importância, é a verificação da qualidade do carvão. O carvão apresentadensidades bastante inferiores às demais litologias que compõem o jazimento.

RESULTADOS

Foram realizados dois tipos de correlações:• Correlação entre segmentos;• Correlação entre os furos;

Os furos H e Z foram analisados separadamente.

Correlação entre segmentos

A correlação entre os segmentos foi realizada comparando-se o poder calorífico analisadoem laboratório com a contagem CPS médio do respectivo pedaço. Então o banco de dadosdisponibilizado pela empresa foi acrescido em uma coluna com informações de CPS dossegmentos.

Tabela 2 – Banco utilizado para realizar a correlação do PC versus CPS, referente a camadaCS do furo SVH 10.

Nome dosegmento

PoderCalorífico(kCal/kg)

Contagenspor segundo

(CPS)SVH-10/33 1756 822,4SVH-10/34 2849 928,6SVH-10/35 2926 936,2SVH-10/36 2919 931,1SVH-10/37 3117 962,9SVH-10/38 3234 997,0SVH-10/39 3301 1010,2SVH-10/40 3676 865,1

Utilizando o software Scatplt® do pacote de softwares GSLib, Geoestatistical Software andLibrary, (Journel - 1988) foi calculado a curva de correlação entre as valiáveis PC e CPS.

Figura 8 – Gráfico de correlação de PC versus CPS da amostra SVH 10.

A partir do gráfico da figura oito podemos ver que no furo SVH 10 a correlação entre o CPSe o PC é bastante grande mostrando que a informação de CPS para estimar o PC pode serutilizada.

Figura 9 – Correlação entre os segmentos de cada furo de diâmetro H.

A partir da figura nove observa-se que as correlações dos furos apresentaram grandesvariações, que podem ter ocorrido devido ao tipo de equipamento utilizado para perfilagemgeofísica.

Foi realizada a correlação entre todos os segmentos dos furos H, pois se nota pela figuracinco que a ordem de grandeza de CPS obtidos de cada furo são bem distintas evidenciadopela existência de duas populações.

Figura 10 – Correlação entre todos os seguimentos dos furos amostrados de diâmetro H.

O motivo da existência de duas famílias de valores não é conhecido. Os registros de camponão fornecem informações suficientes para uma conclusão adequada.

Estes mesmos procedimentos foram aplicados para os cálculos das curvas de correlaçãodos furos Z.

Figura 11 - Correlação entre os segmentos de cada furo de diâmetro Z

Figura 12 – Correlação entre os segmentos de cada furo de diâmetro Z (continuação).

Correlação entre furos

A correlação entre furos foi realizada com o CPS médio e PC médio da camada de cara furoamostrado.

Tabela 3 – Banco de dados para realização da correlação entre os furos

Furos CoordenadasX

CoordenadasY

CoordenadasZ

CPS(médio)

PC kcal/kg(médio)

SVZ 06 242993 6514710 251,74 1279,28 2806,24SVZ 07 242955 6516613 254,09 1054,35 3011,60SVZ 08 243972 6514190 241,72 1414,85 2950,67SVZ 10 245781 6515622 222,13 1193,27 2782,50SVZ 11 240140 6512223 296,02 926,85 2823,00SVH 07 244160 6516308 249,96 1674,42 2931,87SVH 08 242704 6515656 241,9 1611,18 2965,71SVH 09 245261 6512547 209,06 928,91 2734,44SVH 10 243027 6513194 233,72 919,05 2860,05SVH 11 240134 6511776 294,09 1017,15 3001,27

Figura 11 – Correlação entre todos os furos (diâmetro Z e H).

Pela figura 11 pode ser observado que a correlação entre todos os furos não é satisfatória,pois a correlação entre os furos Z e H que pode ser comprometida pela diferença dediâmetro.

Foi realizada a correlação entre o PC e CPS médio separadamente para furos de mesmodiâmetro.

Figura 12 – Correlação entre os furos H e Z respectivamente.

Com a analise por diâmetro pode ser observada que a correlação entre poder calorífico eocorre principalmente nos furos H.

DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

Os resultados se mostraram satisfatórios tendo em vista as curvas de correlaçõesapresentadas. Nota-se que houve uma grande variação das correlações tanto para os furosde diâmetro H como para os furos de diâmetro Z. Isso pode ser relacionado pelo fato de queo equipamento de perfilagem não possuía nenhum sistema de centralização ou qualqueroutro dispositivo que mantivesse a sonda a uma distância constante da parede do furodurante toda a perfilagem (figura 13).

Figura 13 – Esquema de possíveis posições da sonda durante a perfilagem (vista superior).

Quanto maior distância do sensor (cintilômetro) da parede do furo menor é a intensidade daradiação gama retro espalhada (com uma relação do inverso do quadrado da distância – Eq.1). Isto pode justificar principalmente a ausência de correlação entre os furos e sobretudoentre furos de diâmetro diferentes, mas essa informação não é conclusiva. Outros fatores,principalmente de campo, também podem ter influenciado para a diferença das magnitudesamostradas.

( )( )2

)1(

2)2(

)2(

)1(

d

d

I

I=

Onde: I(1) – intensidade da radiação a uma distância d(1). I(2) – intensidade da radiação a uma distância d(2).

As correlações nos furos de diâmetro H se mostraram mais constantes pelo fato do diâmetroser menor então, a diferença entre a distância do sensor e da amostra (parede do furo)sofreu menores variações. Essa variação em função da distância pode ser visto pela ordemde grandeza dos valores de CPS medido pelo equipamento, nos furos Z, o maior valor deradiação gama medida era de aproximadamente 1500 CPS, já nos furos H, o valor máximoé 2100 CPS.

Em função disso, a correlação entre os furos de diâmetro diferentes não se apresentousatisfatório.

(1)

CONCLUSÃO

Apesar das irregularidades de amostragem citadas no item anterior, os resultados sãobastantes promissores e viabilizam o uso de perfilagem geofísica para inferência deparâmetros de qualidade no carvão. Também deve ser enfocada a importância do uso desistemas que garantem eqüidistância entre a sonda e a parede do furo durante toda aperfilagem e procedimentos de campo que garantam uma amostragem confiável.

Com esse método se torna possível inferir o poder calorífico com a utilização da perfilagemgeofísica através de métodos geoestatísticos para incorporação de informações originadasde métodos de amostragem diferentes ou para incorporação de dados secundários atravésde co-krigagem.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Deutsch, C. V. & Journel, A.G. 1988. GSLIB: Geoestatistical Software Library and User’sGuide. Oxford University Press. New York, 2ª Edição, 369 p.

Isaaks, E. H & Srivastava, M. R. 1989. An Introduction to Applied Geostatistics. OxfordUniversity Press. New York, 561 p.

Andreucci R. 2003. Proteção Radiológica, Aspectos Industriais (apostila). São Paulo, 104 p.

Hoffman G.L., Jordan G.R. & Wallis G.R. 1982. Geophysical Borehole Logging HandBook forCoal Explotation. The Coal Mining Research Centre, Edmonton, Alberta Canada, 270 p.