Otimização da Fragmentação e

Minimização de Vibrações por Mudanças

no Grau de Liberdade e Sequenciamento

do Desmonte de Carvão no RS

Vitor L Rosenhaim

João F. L. Feijó

Copelmi Mineração, Ltda

Enrique Munaretti

Jair Koppe

UFRGS

Introdução

Iniciou operações em 1883;

Operação em Strip Mining;

Duas minas em operação:

Mina B3;

Mina do Cerro;

Outros projetos:

Mina do Calombo;

Mina do Seival;

Mina B3

Mina do Cerro

Mina do Calombo

Mina do Seival

Mina B3 Produção ROM 200.000 t

Movimentação 1.500.000 m3

Desmonte 600.000 m3

Objetivos da Otimização do

Desmonte de Rochas

Padronizar a operação:

Determinar planos de fogo específicos:

Material / Camada;

Melhorar fragmentação;

Reduzir vibração e ruído;

Custos;

Limite Cava Atual

300 m

Limite Cava

Futuro

100 m

Limite Cava

Etapa Inicial

450 m

Geologia Vegetal (0,50 m)

Argila Vermelha (3 m)

Argila Amarela (10 m)

Siltito (25 m)

Carvão (0,30 m)

Siltito (13 m)

Carvão (1,7 m)

Carvão (2,5 m)

Siltito (0,50 m)

Siltito (2,5 m)

Carvão (2,3 m)

Escavado

Mecanicamente

Detonado

Escavado

Mecanicamente

Detonado

Características Desmonte Tradicional

Desmonte “confinado” ou “preso”;

Baixa Razão de Carga

70 g/m3 à 180 g/m3 ;

Baixo Grau de Liberdade

superfície como única face livre;

Camadas de carvão desmontadas individualmente para

facilitar seletividade;

Profundidade de furos entre 1,5 e 5,3 metros.

Furos verticais

Malha perfuração:

3,7 x 4,3 m no estéril;

3 x 3,5 m no carvão;

Diâmetro furo de 76 mm (3 polegadas)

Tipo de Amarração

“Serpentina”

1 furo por espera máximo – furos > 4 m profundidade;

2 a 4 furos por espera – furos < 4 m profundidade;

Utilização de um tempo de retardo entre furos;

Etapa Inicial: Caracterização do Desmonte

Acompanhamento das detonações;

Perfuração

Carregamento

Ligação

Analise dos planos de fogo;

Monitoramento de vibração e ruído;

Construção da equação de atenuação de onda sísmica.

Estopim

Face livre / Material Detonado

Estopim Face livre / Material Detonado

Amarração em

“serpentina”

Vídeo

Problemas Encontrados

“Repé”, necessidade de nova perfuração da porção

inferior do desmonte;

Fragmentação inadequada, muitos “matacos”;

Ultralançamento de material;

Ruído elevado;

Tempo total de duração do desmonte muito longo.

Alteração Proposta ao Plano de Fogo

Melhor Sequenciamento do Fogo:

Fundamental para bom desempenho do desmonte;

Melhor aproveitamento de energia liberada

Pouca energia perdida para o maciço como vibração

Pouca energia perdida para a atmosfera na forma de ruído

Ultralançamento, etc.

Sequenciamento em “Paralelo”

Estopim Face livre / Material Detonado

Linha de Controle / Base

Vídeo

Características Amarração em Paralelo

Maior grau de liberdade

2 faces livres:

Superfície, e

Bancada.

Possibilita o uso de retardos com tempos diferenciados:

furo a furo, e

entre linhas (linha de controle).

Maior número de furos por espera

Maior carga máxima por espera;

Vantagens Observadas

Melhor aproveitamento da energia durante detonação;

Eliminação de “repé”;

Melhor fragmentação do material = aumento produção escavadeiras;

Redução dos níveis de vibração e ruído; e

Tempo total de detonação;

Permitiu o aumento da malha de perfuração;

4 x 5 m no estéril;

3 x 4 m no carvão;

Aumento na profundidade dos furos,

3,5 a 6,5 metros;

Razão de Carga:

80 g/m3 à 280 g/m3 ;

Sequenciamento em “Diagonal”

Estopim

Face livre / Material Detonado

Linha de

Controle / Base

Vídeo

Características

Semelhantes a do sequenciamento em “paralelo”:

Maior Grau de liberdade

Possibilidade do uso de retardos com tempos diferenciados:

Maior número de furos por espera = maior carga máxima por

espera.

Benefícios:

Melhor controle fogo

Fragmentação;

Lançamento material (ultralançamento)

Redução

Níveis de vibração e ruído;

Custos;

Estudo de Atenuação de Onda Sísmica

Monitoramento de vibração e ruído feito a distâncias

variadas das detonações;

Analise do decaimento das intensidades de vibração e

ruído com a distância;

Para cada alteração feita no plano de fogo

Sequenciamento de fogo;

Malha, afastamento e espaçamento;

Combinação de retardos.

E é obtida uma equação de atenuação de onda

sísmica

Detonação

IDEAL

Sismógrafos

Avanço

Corte

Realizado

Equação da Atenuação de Onda

PPV = a * DE –b

PPV - Velocidade da partícula de pico;

DE - Distância escalonada;

“a” - Fator de confinamento – mede a intensidade de energia

sísmica que é transferida para o maciço rochoso e que se propaga

para longe da detonação;

“-b” - Ângulo da reta – relacionado a geologia através qual a onda

se propaga e é uma medida do decaimento da intensidade da

velocidade de partículas com a distância;

Gráfico de Atenuação de Onda Sísmica

2010PPV = 400 DE-1,37

R² = 0,73

2011

PPV = 434 DE-1,56

R² = 0,80

0,1

1

10

100

1000

1 10 100 1000

Ve

loci

dad

e d

e P

artí

cula

, P

PV

(m

m/s

)

Distância Escalonada (m/kg0,5)

2010

2011

(P) Paralelo (D) Diagonal

Serpentina

PPV = 9.113 DE-2,02

R² = 0,81

30 x 50 ms (P)

PPV = 2.026 DE-1,69

R² = 0,88

30 x 60 ms (P)

PPV = 565 DE-1,52

R² = 0,82

30 x 60* ms (P)

PPV = 630 DE-1,60

R² = 0,82

25 x 42 ms (P)

PPV = 1.687 DE-1,83

R² = 0,88

30 x 30 ms (D)

PPV = 395 DE-1,55

R² = 0,83

0,1

1

10

100

1000

1 10 100 1000

Vel

oci

da

de

de

Pa

rtíc

ula

, P

PV

(m

m/s

)

Distância Escalonada (m/kg1/2)

Serpentina

30x50 ms (P)

30x60 ms (P)

30x60* ms (P)

25x42 ms (P)

30x30 ms (D)

Carga máxima por espera

Sequenciamento Carvão Siltito

Média Máximo Média Máximo

Serpentina 18 26 15 19

30x50 ms paralelo 28 60 22 56

25x42 ms paralelo 74 74 59 115

30x60 ms paralelo 76 149 89 224

30x60* ms paralelo 37 93 38 78

30x30 ms diagonal 113 318 115 213

Sequenciamento Confinamento Decaimento

Serpentina 9113 -2,02

30x50 ms paralelo 2026 -1,69

25x42 ms paralelo 1687 -1,83

30x60 ms paralelo 565 -1,52

30x60* ms paralelo 630 -1,60

30x30 ms diagonal 395 -1,55

Fatores da equação onda sísmica

(P) Paralelo (D) Diagonal

Siltito

3,7 x 4,3 m - 30x60 ms (P)PPV = 248 DE-1,17

R² = 0,95

4 x 5 m - 30x60 ms (P)PPV = 1029 DE-1,67

R² = 0,97

4 x 5 m - 30x30 ms (D)PPV = 508 DE-1,54

R² = 0,93

3,5 x 5,5 m - 30x30 ms (D)PPV = 787 DE-1,73

R² = 0,99

3,5 x 6 m - 30x30 ms (D)PPV = 1472 DE-1,87

R² = 0,93

0,1

1

10

100

1000

1 10 100 1000

Ve

loc

ida

de

de

Pa

rtíc

ula

, PP

V (m

m/s

)

Distância Escalonada (m/kg0,5)

3,7 x 4,3 m - 30x60 ms (P)

4 x 5 m - 30x60 ms (P)

4 x 5 m - 30x30 ms (D)

3,5 x 5,5 m - 30x30 ms (D)

3,5 x 6 m - 30x30 ms (D)

(P) Paralelo (D) Diagonal

Carvão

3 x 3,5 m - 30x60 ms (P)PPV = 234 DE-1,34

R² = 0,74

3 x 4 m - 30x60 ms (P)PPV = 180 DE-1,28

R² = 0,88

3 x 3,5 - 30x30 ms (D)PPV = 163 DE-1,39

R² = 0,92

3 x 4 m - 30x30 ms (D)PPV = 130 DE-1,30

R² = 0,94

0,1

1

10

100

1000

1 10 100 1000

Ve

loc

ida

de

de

Pa

rtíc

ula

de

, PP

V (m

m/s

)

Distância Escalonada (m/kg0,5)

3 x 3,5 m - 30x60 ms (P)

3 x 4 m - 30x60 ms (P)

3 x 3,5 m - 30x30 ms (D)

3 x 4 m - 30x30 ms (D)

(P) Paralelo (D) Diagonal

Ruído

Serpentina

Ruído = 201 DEc-0,11

R² = 0,22

30 x 50 ms (P)

Ruído = 178 DEc-0,10

R² = 0,33

30 x 60 ms (P)

Ruído = 157 DEc-0,07

R² = 0,37

30 x 60* ms (P)

Ruído = 155 DEc-0,07

R² = 0,38

25 x 42 ms (P)

Ruído = 164 DEc-0,08

R² = 0,31

30 x 30 ms (D)

Ruído = 165 DEc-0,09

R² = 0,48

100

105

110

115

120

125

130

135

140

145

150

1 10 100 1000

Ru

ído

(d

B)

Distância Escalonada Cubica (m/kg1/3)

Serpentina

30x50 ms (P)

30x60 ms (P)

30x60* ms (P)

25x42 ms (P)

30x30 ms (D)

Custos

Redução:

6 % R$ / m3 desmontado;

13,5 % R$ / t rom;

Aumento:

24 % produção

28 % razão de carga (g/m3)

Conclusões

Melhor aproveitamento da energia dos explosivos na

fragmentação;

Aumento de produtividade das escavadeiras

Eliminação do repé;

Redução dos níveis de vibração e ruído inerentes às

detonações, devido a:

Utilização de combinações distintas de tempos de retardo;

Melhor alivio do fogo com o aumento do grau de liberdade;

Aumento na carga máxima por espera;

Economia no custo da operação

Aumento da malha de perfuração;

Profundidade de furos;

Obrigado !