Equipamentos usados na mineração subterrânea (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)

Equipamentos usados na mineração subterrânea

(UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)

Operações unitárias em lavra de minas

São as operações básicas para produzir um bem mineral a partir de um depósito.

Em conjunto, as operações formam um ciclo de produção onde aparecem também operações auxiliares.

O ciclo de produção é agrupado em duas funções:

Desmonte de rocha + manuseio de materiais

(rock breakage) (materials handling)

O ciclo básico de produção consiste das seguintes operações unitárias:

Ciclo de produção = perfuração + detonação + carregamento + transporte de

minério

Além do ciclo básico, outras operações auxiliares importantes precisam ser realizadas para que as operações vitais possam ocorrer:

escoramento de teto, ventilação, suprimentos, fornecimento de energia, bombeamento de águas, manutenção, etc...

Operações básicas e auxiliares em uma frente de serviço de mina subterrânea na qual são usados explosivos para fragmentação de rocha ...

A operação de perfuração de rochas (drilling)

A perfuração é um processo principalmente usado na fragmentação primária de rochas, para a colocação de explosivos.

Princípios da perfuração

Aplicam-se tensões normais e tangenciaisNormais: compressão e tração;

Tangenciais: cizalhamento.

Aplicação de energia mecânica: alta pressão sobre elementos de corte (cunhas ou bits)

Elementos de Corte Tipos de elementos de corte: bits de arraste

(drag bits) e indentadores

Mecanismos de ruptura:

compressão (indentadores) ou cizalhamento (drag bits);

Composição dos bits:

carboneto de tungstênio é o material mais usado hoje, combinando alta dureza (resistência ao desgaste) e alta resistência à fratura.

Perfuração-Elementos de Corte

Tipos de elementos de corte:

indentadores

bits de arraste (drag bits)

Componentes que integram um conjunto de perfuração

Perfuratriz: elemento que fornece a energia mecânica necessária aos demais componentes do conjunto, através de movimentos de percussão e rotação, visando a desagregação e penetração na rocha.

Podem ser classificadas segundo:• o tipo de fluido utilizado no fornecimento de energia ao conjunto (pneumáticas ou hidráulicas);• o tipo de interação (movimento) dos elementos cortantes com a rocha (percussivas, rotativas e DTH).

Perfuratrizes pneumáticas:-baixo custo, tecnologia bem conhecida, mecânica

simples, baixa eficiência, ruído e neblina durante operação;

Perfuratrizes hidráulicas:-maior eficiência, menor ruído, sem neblina, mais

sofisticadas e de maior custo. Há perfuratrizes manuais hidráulicas, mas a maior aplicação ocorre nos jumbos.

Brocas: são os elementos que transmitem à rocha os esforços criados na perfuratriz.

Podem ser de dois tipos: Brocas integrais ou monobloco: aquelas em que as partes componentes constituem uma peça única. São geralmente usadas com as perfuratrizes manuais e leves.

São compostas por: Punho: é a extremidade da broca que penetra e se encaixa no mandril da perfuratriz; Haste: transmite à coroa os esforços recebidos da perfuratriz através do punho; Coroa: na coroa tem-se a pastilha (bit), constituída por metal duro de cobalto e carboneto de tungstênio, e o furo de onde sai água ou ar para a limpeza da perfuração.

Brocas de extensão: são aquelas que podem ter o seu comprimento aumentado pela adição de hastes. Apresentam o mesmo conjunto de componentes das brocas integrais, com a adição de luvas de acoplamento que fazem a união entre hastes e entre o punho e a primeira haste.

Acessórios

Avanço: é o componente encarregado de promover o desenvolvimento da perfuração através de um esforço exercido sobre a perfuratriz. Este esforço aliado à rotação e à percussão faz com que o furo progrida.

Tipos de avanço: Avanço de corrente; Avanço de coluna; Avanço pneumático; Avanço de parafuso.

Acessórios: avanço de corrente

Componentes de um conjunto de perfuração

Braços hidráulicos: são equipamentos destinados à sustentação do(s) avanço(s) e da(s) perfuratriz(es) em um conjunto de perfuração sobre pneus, esteiras ou rodas.

Bombas d`água: a fim de fazer a refrigeração da coroa e dos elementos cortantes.

Compressores: fornecem ar comprimido ao conjunto de perfuração.

Perfuração de Rochas

Perfuração rotativa: rotação, avanço e limpeza

Perfuração percussiva: percussão, rotação, avanço e limpeza

PerfuraçãoTipos de perfuratrizes:

Percussiva...

Um pistão percute na composição de hastes e cria uma onda de choque transmitida até o bit, a energia é descarregada contra o fundo do furo e a superfície da rocha é esmagada.Os fragmentos são removidos por fluxo de ar/água suprido por dentro da composição.As hastes giram para expor uma nova superfície ao impacto.

Perfuração percussiva

Perfuração

Down the Hole (DTH)

O martelo e o mecanismo de impacto operam dentro do furo, acionados por ar comprimido. O pistão percute diretamente sobre o bit e não há perda de energia na composição. A taxa de penetração independe da profundidade do furo. Opera com alta pressão (~2000 kPa). Os furos são em geral mais retilíneos, de grande diâmetro (100 a 200mm) e grande comprimento (até 150 metros, em mina subterrânea).

Perfuração DTH

Perfuração

Rotativa:

A energia é transmitida através das hastes que rodam ao mesmo tempo em que a composição é empurrada com força elevada. A eficiência do equipamento está na combinação da pressão do bit com a rotação.É o sistema dominante para perfuração em mina subterrânea de carvão (rochas frágeis, resist. compressão uniaxial < 100MPa).

Perfuração rotativa

Perfuração

Variáveis operacionais do processo de perfuração:

-Energia de impacto e freqüência

-Velocidade de rotação

-Avanço

-Design de hastes e coroas

-Vazão e propriedades dos fluidos

Formas de utilização de um conjunto de perfuração

Os conjuntos de perfuração podem ser conduzidos de forma:

1) Manual: Quando utiliza-se perfuratrizes leves e de pequeno

porte em atividades subterrâneas. O esforço de avanço da perfuração é desenvolvido também pelo operador que, com os braços, aplica uma força que é transmitida à broca através do punho da perfuratriz.

Perfuratrizes manuais

B)Jackleg

C)Stoper

A)Martelete

Perfuratrizes manuais

Tipos de perfuratrizes manuais pneumáticas (pequenas e versáteis):

A)martelete convencional usado para efetuar furos de ancoragem, perfuração de matacos, perfuração de shafts.

B)jackleg usada para efetuar aberturas pequenas com furação horizontal ou sub-horizontal;

C)stoper usada para furar no teto de túneis e galerias (colocação de parafusos de teto, abertura de raises, etc.).

4) Sobre trator de esteiras: o trator de esteiras é acionado por motor diesel ou ar comprimido. Este equipamento trabalha com perfuratrizes que permitem perfurações em diversos ângulos pelo fato do avanço não ser solidário ao chassi, mas articulado a ele por um sistema de pistões hidráulicos.

3) Sobre trilhos;

2) Sobre pneus: utilizados em obras mineiras e civis, permitem rápido deslocamento de um ponto a outro;

Conjunto de perfuração DTH, sobre esteiras

5) Conjuntos de perfuração para furos longos

São conjuntos para perfuração percussiva radial montadas sobre pneus (em geral). Usados em minas ñ-carvão que precisam de furos longos (comprimento > 6m, verticais ou inclinados). Métodos de lavra: SLS, Subl.Cav, VCR... Executam furos longos para desmonte de rocha ou suporte do maciço (cable bolts). Quando equipados com perfuratrizes convencionais (tophammer): Diâmetro furo = 50 – 100mmHastes = 1,2 – 1,8mDesvios de furação = aprox. 10% (com retrac bits + estabiliz. = 5%)

Quando equipados com perfuratrizes DTH (down-the-hole): Diâmetro furo = 75 – 200mmHastes = 1,5 – 3,6mDesvios de furação = aprox. 1%

Conjunto de perfuração (percussiva) para furos longos…

6) Conjuntos de perfuração de galerias:

Conjunto de perfuração para galerias (jumbos)

Usam perfuração percussiva (hidráulica) para desmonte de rocha na face. Número de lanças variável (1 a 3). Diâmetro de furos: 35 – 100mm (em geral)Comprimento de furação: 3,7 – 4,3m (até 6,4m)

Conjunto de perfuração para galerias

Principais elementos a serem levados em conta na escolha de um conjunto de perfuração:

diâmetro e comprimento do furo;precisão/desvio na furação;geometria …

furação em leque,furação p/frente, p/baixo ou p/cima,

espaço livre e acesso para operação;capacidade de furar e proporcionar torque (para colocação de parafusos de teto).

Principais fabricantes de equipamentos de perfuração:

Sandvik, Tamrock, Atlas Copco.

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Equipamentos para desmonte mecânico de rocha

(UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)

Rock breakage: máquinas de desmonte mecânico de rocha

As principais máquinas utilizadas para desmonte mecânico de rochas são:

-Roadheaders,-Shearers,-Drum continuous miners,-Tunnel Boring Machines(TBM),-Raise drills.

Forças sobre elementos de corte:

Desmonte mecânico de rocha

Tipos de elementos de corte e aplicações

Drag bits:

Usados para fragmentar rochas frágeis. Vida útil diminui muito com o aumento de dureza e abrasividade da rocha.

Requer menor carga (força normal à superfície a ser desagregada) sobre o cutter que os outros elementos.

Efetivo para materiais com resist. à compressão < 70 MPa.

Disk cutters:

Usado em rochas variadas (30 a 270 MPa de resist. à compressão).

Utilizam alta carga sobre o elemento cortante e pequena área de contato com a rocha, resultando em penetração profunda e fragmentos “grandes”.

Não indicado para rochas plásticas.

Rolling/button cutters:

Usados em rochas mais duras ( > 270 MPa de resist. à compressão).

Requerem alta carga sobre elemento cortante para boa fragmentação.

Produzem fragmentos pequenos com alta percentagem de finos.

Tipos de elementos de corte e aplicações:

Dureza da rocha Cutter__

Baixa a média drag bits edisk cutter

Média a dura disk cutter

Muito dura button cutter

Roadheaders

Principais características:

-máquina de abertura de galerias que usa point attack bits como elemento de corte;

-usada basicamente para desenvolvimento em minas de carvão;

-escava rochas de baixa dureza;

-equipamento montado sobre esteiras;

-durante a escavação, a cabeça com bits rotativos vai varrendo a seção da galeria e desmontando a rocha, até a obtenção da seção definitiva.

Detalhes de roadheaders:

Roadheaders:

-após o desmonte de rocha na face, o material é coletado por braços mecânicos frontais e levado até a parte traseira da máquina, através de uma calha que passa pelo centro da roadheader;

-a descarga traseira é recolhida por shuttle-cars ou correia transportadora;

-para melhorar a fragmentação, foi desenvolvido o sistema water-jet-assisted cutting (ver evolução no próx. slide);

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Drum continuous miners:

-usam picks como elementos de corte;

-condições de uso: rochas de baixa dureza (em geral carvão);

-cilindro com elementos cortantes (entre 3 e 4 metros de largura) é acionado hidraulicamente, com movimentos verticais, pressionado contra a face, realizando o desmonte,

-equipamento sobre esteiras;

Detalhes do drum continuous miner:

Drum continuous miner:

-rocha fragmentada é recolhida na face e segue por uma calha através do centro da máquina até a parte posterior, para ser transportada por shuttle-cars.

-produzem até +/- 500 t/h;

-a máquina precisa ser removida ciclicamente da face para parafusamento (escoramento) de teto, reduzindo sua capacidade de produção;

-o escoamento descontínuo de minério por shuttle-cars também reduz produtividade.

Drum continuous miner:

Características do Drum continuous miner modelo JOY 12CM15, que opera em mina de carvão (estado de Sta. Catarina – BRA)

Minerador Contínuo: JOY 12CM15

Diâmetro do tambor de corte (mm) 1117,6

Altura mínima de corte (mm) 1270

Altura máxima de corte (mm) 4597,4

Largura de corte (mm) 3291,8

Cavalos de Potência 752

Dimensões

Comprimento (mm) 11430

Largura (mm) 3139,4

Altura (mm) 1003,3

Peso (tons) 65

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Tunnel Boring Machine (TBM):

-usado para escavar galerias circulares de 1,75m a 11m de diâmetro, horizontais ou sub-horizontais;

-opera em rochas de baixa e alta dureza;

-requer alta pressão de avanço (a quebra da rocha é por indentação), fornecida por sistema hidráulico; a reação é contida calçando a máquina nas paredes da galeria.

Detalhes do TBM:Desmonte mecânico de rocha

Tunnel boring machine:

-material desmontado é recolhido na face por caçambas, levando o material a uma correia transportadora que passa pelo centro da máquina;-cortadores de disco (superfícies metálicas endurecidas, em contato com a rocha) são os elementos de corte mais comuns; outros cortadores também são empregados;-a seleção adequada dos elementos de corte conforme o tipo de rocha é essencial para a viabilidade econômica da técnica.

Tunnel boring machines – detalhes dos elementos de corte.

Tunnel boring machines –

tipos de cutters.

Tunnel boring machines:

-a técnica TBM é mais comumente empregada na construção civil;

-principal vantagem: sistema de escavação quase contínuo, proporcionando avanço 3 ou 4 vezes mais rápido do que o ciclo drill-and-blast;

Tunnel boring machines:

-desvantagens:

alto custo de aquisição;

produz seção circular de galeria;

curvas devem ser suaves (grande raio de curvatura);

início lento de operação – a galeria deve ser longa (2 km ou mais) para justificar a técnica.

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Shearer (cortadeira):

-usada em carvão e alguns outros depósitos sedimentares;

-drag bits ou picks como elementos de corte;

-dupla terminação, ou seja, cilindro de corte em ambas as extremidades da shearer;

-cilindros de corte ajustáveis hidraulicamente para ajustar-se à espessura da camada;

-giro dos cilindros de corte levam o material a uma calha de remoção do minério fragmentado;

detalhes.

-potência das máquinas pode ser > 1000 hp;-problema operacional: manter a cortadeira dentro da camada de carvão (oscilações na espessura de camada dificultam trabalhos);-minerar materiais fora da camada de carvão significa grande desgaste de bits (o estéril é mais abrasivo);-troca de bits consome parte significativa dos tempos de parada;-faíscas produzidas por atrito dos bits podem causar ignição do metano na face.

Shearer

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Desmonte mecânico de rochaRaise drills:

Máquinas usadas para a abertura de raises ligando dois níveis existentes em uma mina subterrânea, ou ligando um nível e a superfície.

Raise drills (cont.):

vantagens em relação à abertura manual de raises...

Segurança (abertura convencional com explosivos é perigosa)

Maiores taxas de escavação e produtividade Forma circular e ausência de detonações resulta em

uma escavação de maior resistência e integridade Reduz perdas por fricção em raises de ventilação.

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CARREGADEIRAS LHD´s Como o próprio nome já diz, permitem a realização

de operações combinadasL (load) + H (haul) + D (dump) ;

Evolução deste equipamento:surgiram a partir da década de 50, como

alternativa para substituição dos sistemas de transporte por trilhos em mina subterrânea;

A operação de carregamento de rochas

LHD´s

LHD e caminhão em subsolo

-LHD´s são importantes devido:

flexibilidade operacional da máquina, podendo operar como equipamento de carga exclusivamente (repassando material à caminhões de caçamba) ou carregando e transportando material ela mesma;

proporcionam um dos meios mais

econômicos de transporte em curtas distâncias na mina; para longas distâncias de transporte, outras opções devem ser consideradas.

LHD´s

Detalhes dos veículos:

geralmente movidos à óleo diesel; proporcionando flexibilidade e autonomia de operação na mina (em contraste com equipamentos elétricos, que trafegam em distâncias limitadas); em minas com dificuldades de ventilação, a emanação de gases de escapamento (CO, CO2, NOx) precisa ter atenção especial;

LHD´s

as unidades são articuladas, facilitando todo o tipo de manobra e proporcionando pequeno raio de giro na máquina; podem ser manobradas por controle remoto, quando a situação exigir;

concha de várias capacidades: 1m3 a 10m3, aproximadamente;

LHD´s

Podem apresentar perfil muito baixo (bom para mineração de carvão), mantendo a capacidade de concha com aumento na largura;

Operador trabalha na lateral do veículo, com visibilidade para ambos os lados – a máquina opera para frente e para trás;

Bom desempenho em rampas;

LHD´s

LHD´s: controle remoto

Exemplos de curvas de desempenho para LHD’s, associando distância de transporte, taxa de produção e volume de concha do equipamento. percurso

LHD´s

Seleção de equipamentos- Raio de giro- Dimensões do equipamento e espaço

requerido- Características das vias de tráfego- Ventilação (equip. diesel)- Especificação do trabalho (método de lavra)- Compra / aluguel- Compatibilidade com equipamentos existentes- Habilidade de operação dos operadores- Oficina para manutenção.

LHD´s

Características da Carregadeira LHD (Tamrock Toro) – Carb. Metropolitana/SC:

Carregadeira modelo Toro 150D, fabricada pela Tamrock Equipamentos Ltda, montada sobre pneus com motor diesel.

Capacidade de transporte: 3.000 kg.

Força de desagregação hidráulica: 55 kN .

Carga máxima de basculamento: 6.800 kg.

Caçamba: 1,5 m3.

Opcional: 1,75 m3.

LHD´s

Velocidades, frente e ré (carregada):

1º marcha: 5,0 km/h.

Motor:

Marca: Caterpillar, modelo: 3304 NA.

Potência: 75 HP/55 kW/ 2300 RPM.

Número de cilindros: 04.

Sistema elétrico: 24 V.

Peso – pronta para operar: 9.000 Kg.

LHD´s

LHD Tamrock Toro 150D

Características Carregadeira LHD (Eimco 911 2G) – Carb. Metropolitana/SC:

Carregadeira de pequeno porte, fabricada pela Eimco Mining Machinery International, Utah, USA, montada sobre pneus com um motor diesel.

Características principais: carregadeira frontal, articulada com caçamba de 0,6 m3 , acionada com motor trifásico de 50 CV que impulsiona a transmissão hidrostática de duas velocidades. Possui enrolador de cabo automático com capacidade para 150 m de cabo elétrico (600 V) .

LHD´s

LHD Eimco, modelo 911 2G.

LHD´s

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Máquina desenvolvida inicialmente entre 1910 e 1920; montada sobre esteiras, usada na mineração subsolo, especialmente em carvão;

O loader foi desenvolvido para uso no chamado sistema convencional de mineração, que consiste em: corte de carvão(rafa) + perfuração da face + detonação + carga e transporte + parafusamento de teto.

CARREGADOR DE FRENTE (LOADER):

Loader

Modo de operação do loader:

O equipamento recolhe material desmontado que encontra-se no piso da galeria através de braços mecânicos frontais, trazendo o material até uma calha de transporte que passa pelo centro da máquina;

A descarga é feita na parte traseira, onde o material é repassado a um veículo de transporte (shuttle-car geralmente);

Loader

Características gerais:

Equipamento acionado por motores elétricos (12-30 hp para tração e 20-60 hp para os braços mecânicos);Velocidade de giro dos braços: aprox. 50 rpm;A altura de descarga da calha de transporte de material, na parte final da máquina, pode ser regulada;A calha pode ser direcionada até 45o para a direita ou esquerda, para facilitar a passagem do material desmontado para o carro transportador;

Loader

Alimentação do loader: 440 V a 975 V (como ocorre com outros equipamentos elétricos, estas tensões podem ocasionar acidentes de trabalho);

Comprimentos de cabos de energia: 150m a 180m;

Acessórios são fornecidos pelos fabricantes, adaptando a máquina a várias situações: monitores de metano, spray d’água, cabine para operador, ...

Loader

Taxa de carregamento: entre 15 e 30 st/min;

Material pouco fragmentado e piso irregular ou com lama prejudicam bastante a operação;

Na seleção do equipamento, sugere-se pelo menos 0,3m de distância ao teto da galeria;

Em galerias de até 6m de largura, calha de 0,76m de largura é preferida pois proporciona maior facilidade de manobra;

Loader

Loader: características

Altura sem cobertura do operador (m)

Largura (m)

Comprimento (m)

Largura da correia

Altura de descarga

14 - 27 0,6 – 1,2 2,4 – 2,7 7,6 – 8,2 0,76 – 0,96 0,15 – 2,2

Características do carregador de frente JOY, modelo 14BU10 – 11BH; Carb. Metropolitana/SC:

Fabricado pela Joy Manufacturing Co., USA;

Dimensões: largura 2,40 m, comprimento 8,28 m altura 0,84 m; peso 16.250 kg;

Acionamento por motores elétricos, sendo dois motores de 50 HP no carregador e dois motores de tração de 25/12,5 HP, além de um motor de 10 HP para a bomba hidráulica (todos operando em 440 V/AC, 60 ciclos);

Capacidade de carregamento é 12 a 25 t/min, com velocidade de deslocamento de 1 a 2 km/h.

Loader

Vista frontal do carregador JOY em mina de carvão:

Loader

Para situações ñ-carvão, ver outro tipo de equipamento no site ...

http://www.youtube.com/watch?v=CMLG_5soLas“Atlas Copco: The Häggloader Concept”

Loader

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EQUIPAMENTOS DE CARGA

CARREGADEIRA Bob – Cat:

É uma carregadeira de pequeno porte, móvel, montada sobre pneus.

Algumas características da Bob-cat Clarck 711M: caçamba para 400 kg de carvão bruto; acionada por motor elétrico de 25 HP; alimentada por cabos isolados; pesa 2.000 kg; dimensões: altura 1,60 m, largura 1,40

m, comprimento 2,70 m; velocidade de deslocamento de 5 km/h.

Carregadeira Bob – Cat fabricada pela Clark Equipaments Inc. modelo 711 M.

Bob-cat

-equipamento de carga de pequeno porte, desenvolvido para trabalhar em galerias estreitas (p. ex. pontos de carga de minério) onde é impossível posicioná-lo lateralmente à unidade de transporte;

-na operação, a máquina enche a concha e passa-a sobre si mesma, despejando a carga em um transportador localizado na traseira;

OVERSHOT LOADER (carregadeira pneumática):

Overshot loader

-opera sobre trilhos (tipo mais comum), esteiras (usado na limpeza de shafts, durante o aprofundamento) ou sobre pneus.

-são acionadas a ar comprimido. Tanto o movimento da máquina quanto a operação da concha é

pneumático.

-o tamanho de concha é pequeno (entre 0,15 e 0,6 m3);

Overshot loader

em Shrinkage

-a carregadeira sobre trilhos pode limpar galerias de até 4m de largura; as máquinas de maior concha precisam de altura de teto maior ou igual a 3,5m;

-os menores equipamentos sobre trilhos necessitam de apenas 1,8m de largura e 1,8m de altura de teto para operarem;

-os equipamentos que não atuam sobre trilhos não possuem a restrição de largura máxima de galeria, podendo limpar galerias tão largas quanto o desejado;

-overshot loaders pneumáticas não necessitam de ventilação específica para operarem, apenas a necessária ao operador;

Overshot loader

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-Antiga forma de transportar minério;

-Equipamento de construção simples, econômico para curtas distâncias de transporte (p. ex. até 150 metros);

-Primeiros modelos eram de acionamento pneumático, com guinchos de poucos hp’s de potência movendo um scraper que arrasta minério;

SLUSHER/SCRAPER :

SLUSHER/SCRAPER : -Atualmente, o acionamento pode ser pneumático

ou elétrico, com potências de até centenas de hp’s;

-Aplicações comuns: room-and-pillar, sublevel stoping, cut-and-fill, block caving.

Slusher em câmaras-e-pilares:

SLUSHER/SCRAPER :

Slusher operando no nível de carga de sublevel stoping:

SLUSHER/SCRAPER :

-Evolução dos slushers

Fig.esq.: equipamento com dois guinchos independentes, necessitando de dois operadores;

Fig.direita: equipamento com um guincho e um operador apenas.

SLUSHER/SCRAPER :

-Exemplo de scraper:

SLUSHER/SCRAPER :

Algumas vantagens dos slushers: -equipamento de baixo custo de aquisição e manutenção,

simples e compacto, necessitando pouco desenvolvimento para sua instalação; não requer ventilação específica;

-proporciona alta disponibilidade e segurança para

operadores, pode ser controlado remotamente; -pela simplicidade de operação, não requer pessoal

especializado para atingir produtividade ótima.

SLUSHER/SCRAPER :

Desvantagens: -é econômico apenas em curtas distâncias de

transportes (não maiores que 150 metros); -baixa portabilidade; sua localização na mina costuma

ser permanente ou semi-permanente; -a cobertura da área a ser limpa é limitada, exigindo

reposicionamento periódico do scraper conforme a situação em que é usado;

-visibilidade do operador nem sempre é completa.

SLUSHER/SCRAPER :

Características físicas dos scrapers:

-largura da caçamba: entre 0,5 e 2m;

-massa: 200 a 2000 kg;

-capacidade: 0,2 a 3 m3;

-velocidade de arraste: 0,8 a 1,8 m/s.

SLUSHER/SCRAPER :

EQUIPAMENTOS DE TRANSPORTE

SHUTTLE-CAR:

É um veículo sobre pneus para transporte de materiais sólidos em mina subsolo, usado primariamente em minas de carvão.

O mecanismo de direção é posicionado lateralmente no veículo e a carga disposta no centro do equipamento.

SHUTTLE-CAR

-Shuttle-cars podem operar com baterias (muito raramente), diesel ou com alimentação de corrente elétrica alternada (p.ex. 440V);

-em minas subsolo de carvão, alimentação elétrica é mais comum; neste caso a energia vem através de um cabo que pode ter entre 150 e 240 metros;

-cabo é enrolado automaticamente durante o movimento do shuttle-car por um dispositivo no próprio veículo;

-o comprimento de cabo limita o alcance do shuttle-car;

SHUTTLE-CAR

-nos shuttle-cars a carga é feita por uma extremidade do veículo, enquanto a descarga é feita em outra através de uma calha de altura regulável;

-geralmente, o material passa do veículo a um alimentador de correia transportadora;

-shuttle-cars trabalham em conjunto com loader ou continuous miner (ver slide a seguir); geralmente 2 shuttle-cars para 1 loader ou 1 continuous miner;

SHUTTLE-CAR

SHUTTLE-CAR Operando com minerador

contínuo : Operando em conjunto mecanizado :

-material bastante fragmentado é o ideal para shuttlecar;

-o método de carga e descarga torna rápido o ciclo de operação e dispensa o realce de teto;

-Características físicas de shuttle-cars:

Altura: 0,7 a 1,3 metros;

Comprimento: 7,5 a 8 metros;

Capacidade: 3 a 11,5 m3;

Potência total(motores de tração + motores de correia):

60 a 140 hp;

Massa: 11 a 15 t.

SHUTTLE-CAR

-Principais fatores na escolha de um shuttle-car:dimensões do veículo e raio de giro;capacidade de carga;granulometria do material;inclinação (grade) da via de transporte;fonte de energia (alimentação diesel ou elétrica);potência de tração (função do grade, resistência

ao rolamento, peso total do veículo, velocidade média desejada);

**o veículo de maior capacidade e que atende às restrições da mina é a primeira opção.

SHUTTLE-CAR

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Exemplo de conjunto de equipamentos usados na mineração subterrânea de carvão:

conjunto mecanizado convencional

Foram muito populares na mineração de carvão por câmaras e pilares nos USA nas décadas de 60 e 70.

Componentes ...

-parafusadora de teto;-cortadeira;-perfuratriz de face;-loader;-shuttlecar.

Ciclo de operações de um conjunto mecanizado convencional ...

Desmonte com explosivos + limpeza da face com loader e shuttle-cars + parafusamento do teto + corte da face + perfuração + carregamento dos furos com explosivos .

Estimativa de produção de um conjunto mecanizado ...

Dependerá do tempo de realização de cada atividade, do número de equipamentos disponíveis para realizá-las e do número de frentes de serviço disponíveis no turno de trabalho.

Exemplo de cálculo de produção de um conjunto mecanizado ...

Considere um conjunto mecanizado operando com os seguintes elementos:

1 blaster;1 loader;2 shuttle-cars;1 parafusadora de teto;1 cortadeira (coal cutter);1 perfuratriz de face.

Exemplo ...

Tempos de realização de atividades (para cada frente):

Carregamento da frente, detonação e ventilação = 30 min;Remoção do minério desmontado = 25 min;Parafusamento do teto = 60 min;Corte da camada de carvão = 20 min;Perfuração da face = 20 min.

Exemplo ...

Tempo efetivo de duração do turno de produção = 5 horas (300 minutos);

Gargalo de produção = parafusamento de teto.

Produção do conjunto mecanizado (número de frentes nas quais realizou-se o ciclo completo de operações no turno) = 300 (min/turno) / 60 (min/frente) =

5 frentes / turno.

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-Os caminhões de mina passaram a ter importância crescente a partir da década de 70, substituindo LHD’s e trens em trajetos de média distância de transporte;

-Trucks disponíveis comercialmente apresentam entre 4 e 50 t de capacidade de carga;

-Movidos à diesel (grande maioria).

Caminhões (trucks) para minas subterrâneas :

-Tipos de trucks:

tip dumpers,

telescoping dumpers,

push-plate dumpers.

Tip dumper:

Telescoping dumper:

Push-plate dumper:

-Tração nos trucks:

tração em duas rodas – usada em vias de transporte aprox. planas (inclinação até +/- 12%) e possuindo superfície dura (pode ser molhada mas não escorregadia);

tração em quatro rodas – usada em vias de transporte com piores condições (inclinação superior a 12%, superfície mole e escorregadia);

-Capacidades:

tip dumpers – entre 4 e 50 t;

telescopic e push-plate – entre 9 e 23 t (a faixa de capacidade é mais limitida e existem menos fabricantes que para tip dumpers).

- o tip dumper apresenta menores custos de aquisição e manutenção;

-LHD’s são equipamentos mais econômicos para curtas distâncias. A partir de determinada distância, trucks são mais vantajosos. De modo similar, quando as distâncias se alongam o transporte sobre trilhos ou correias transportadoras será mais vantajoso que através de trucks.

-chutes, LHD’s, loaders e continuous miners podem fazer carga de material nos veículos;

-Custos de aquisição e operação;

LHD’s são muito mais caras (até 2x mais que um truck de mesma capacidade);

Trucks têm mais baixo custo de aquisição e instalação que trens ou correias transportadoras.

-Comparação entre trucks e LHD’s: qual a opção mais vantajosa?

A técnica de análise entre trucks e LHD’s consiste em calcular o custo/ton transportada para cada configuração de equipamentos.

Nas distâncias mais curtas, a configuração somente com LHD’s produz menor custo/ton.

-Seleção de trucks:junto com as dimensões do veículo deve-

se considerar os espaços para água, energia, ventilação auxiliar e seções livres entre equipamento e galeria;

as seções livres têm direta influência na velocidade e segurança do veículo;

distância lateral entre máquina e parede da galeria – entre 0,9 e 1,2 metros;

Caminhões (trucks) ...

Exemplo de veículo em galeria (Mina Cuiabá – MG/Brasil)

-Seleção de trucks:

distância vertical entre operador e teto – mínimo de 0,5 m;

é comum escolher-se o maior veículo que pode ser acomodado dentro das restrições de espaço das galerias (o ganho com maior produção compensa os maiores custos operacionais e de aquisição);

raio de giro deve ser sempre verificado;

Caminhões (trucks) ...

Raio de giro e dimensões de um truck de 20t de capac.:

-Seleção de trucks:Como os veículos são geralmente à diesel, ventilação é

muito importante e veículos podem ter...

lavadores de gases – reduzem a temperatura das emissões gasosas, coletam partículas de carbono e reduzem emissão de hidrocarbonetos;

condicionadores catalíticos – reduzem em até 90% as emissões de CO e diminuem a emissão de hidrocarbonetos. Há também catalisadores para NOx.

cabines que protegem operadores são opcionais. O uso de cabines com supressão de ruídos e condicionamento de ar está aumentando.

-Seleção de trucks:

A real capacidade de um truck é dada em toneladas. Como a densidade dos materiais de mina varia de local para local (deve-se considerar também empolamento e fator de enchimento) a capacidade volumétrica deve ser adequada para aproveitar ao máxima a cap. de carga (em toneladas).

-Estimativa de produção:Prod = (Th x L) / (t + Tv)

Prod = taxa de produção em t/hora;Th = minutos de operação/hora;L = capac. de carga por ciclo (em toneladas);t = tempo fixo por ciclo (manobra, carga e

descarga);Tv = tempo variável para trânsito entre ponto de

carga e descarga.

-Estimativa de produção:

Tempo de trânsito variável Tv:-é obtido usando a distância a ser percorrida,

velocidade média e “grade” total (resistência ao rolamento + inclinação) da via de transporte;

-a velocidade média é extraída de curvas características fornecidas pelo fabricante do equipamento (ver figura a seguir). O fabricante é capaz de especificar curvas de desempenho para veículos cheios, vazios, movendo-se rampa acima ou rampa abaixo.

Curva característica

Trucks :

Tempos variáveis: a curva de desempenho auxilia, mas não inclui vários fatores...

Curvas muito acentuadas reduzem velocidades de tráfego;

Trechos curtos de rodovia impedem desenvolvimento de velocidades mais altas;

Falta de visibilidade Espaço lateral (clearance) restrito Design deficiente da mina, sem pontos de

passagem para veículos

Exercício:

Usar a curva característica anterior para estimar o tempo de trânsito de um truck que trafega em uma via de 1,5km e inclinação 10%.

v = 4,4 mph = 7,1 km/h;

T = d/v = 1,5 / 7,1 = 0,21h = 12,7 minutos.

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Comparação entre características de truck e LHD:

Uma LHD vazia típica tem massa igual a 20500 kg e carrega 8200 kg ou 0.4 kg de carga por kg de massa do equipamento vazio.

Um truck típico tem massa de 19100

kg e transporta até 24550 kg, ou 1.29 kg de carga por kg de truck vazio. Em termos gerais, um truck pode transportar material até uma distância 3 vezes maior que uma LHD pelo mesmo custo/tonelada de manutenção e operação.

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EQUIPAMENTOS DE TRANSPORTE

TRANSPORTE SOBRE TRILHOS: Principal aplicação do transporte sobre trilhos:

transportar minério das frentes de lavra (ou proximidades) até um shaft ou planta de beneficiamento;

Razão básica de se escolher o transporte sobre trilhos:

-necessidade de alta produção (p.ex. > 5Mt/a) e longa distância de transporte.

TRANSPORTE SOBRE TRILHOS:

Vantagens do transporte sobre trilhos:

alta capacidade de escoamento de minério;

flexibilidade (uso para minério + suprimentos + pessoal), longa vida útil, segurança, baixos custos operacionais e de manutenção, alta disponibilidade ( > 85% do tempo total; trucks diesel atingem 50-75% do

tempo total).

Desvantagens:

altos investimentos iniciais, altos custos de instalação.

Condições do corpo de minério:

-grandes corpos de minério são mais adequados, com instalações servindo a poucas e grandes áreas;

-corpos pouco espessos, disseminados, com produção vinda de diferentes cotas, não são indicados;

-inclinação de transporte > 6% favorece veículos sobre pneus; longas distâncias favorecem trilhos;

Sistema de carregamento de vagonetas por chutes é muito eficiente.

Tipos de locomotivas: classificadas de acordo com sua fonte de força.

Energia elétrica;

Diesel.

Tipos de locomotivas: classificadas de acordo com

sua fonte de força.

Energia elétrica:Trolley – recebe energia elétrica de

fonte externa;à bateria – energia acumulada em

baterias próprias;trolley/bateria – combinação de

fontes de energia.

Diesel:

Modelos diesel oferecem máxima utilização do equipamento, mas com emissão de gases e necessidade de ventilação.

Massa de locomotivas disponíveis:

1 t a 50 t.

Considerações econômicas:

o transporte sobre trilhos, muito usado antigamente, vem sendo substituído por correias transportadoras e veículos sobre pneus;

Considerações econômicas:

Sobre trilhos, o esforço para mover a carga é muito menor ...

Trens podem transportar em distâncias até 3 vezes maiores que trucks pelo mesmo custo de operação e manutenção por tonelada.

As vias de transporte devem ser aproximadamente horizontais e com poucos meandros. Alta capacidade de transporte pode ser obtida mesmo em galerias de pequena seção.

Exemplos de minas que usam sistemas de transporte

sobre trilhos:

- Kiruna mine (LKAB, Suécia) ... 26 Mt/a;

- El Teniente mine (Codelco, Chile) ... 48 Mt/a;

- Olympic Dam (BHP Billiton, Austrália) ... 8 Mt/a.

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Transporte de sólidospor correias transportadoras

Usadas em longas vias de transporte (grandes distâncias), requerem alto investimento e permitem alta capacidade de produção, com os mais baixos custos de operação e manutenção por tonelada.

Outras características:

-necessitam de ajuste de granulometria (britagem) do material, galerias retilíneas e inclinações moderadas;

-muito usadas em minas de carvão;

-alta disponibilidade.

Correia transportadora de subsolo – mina de carvão(Carb. Metropolitana-SC)

Características da correia transportadora de subsolo...

Estrutura tubular, seções de 3,0 metros, montagem no piso da galeria; 1.0 m de largura, comprimento total padronizado de 500 m, capacidade nominal de 600 t/h e velocidade de 2,36 m/s.

A correia compõem-se de cabeça motora formada por braço articulado, redutor, acoplamento hidráulico e dois motores de 55 kW; tensor motorizado horizontal com 10 kW; e cauda com rolo.

Projeto e construção específicos para utilização no subsolo, com altura de 0,85m, desmontável em peças de tamanho e peso adequados, utilização e desmontagem em espaços reduzidos (altura e largura de galerias = 2.5 x 6m).

Correia transportadora de subsolo

Alimentador de correia transportadora de subsolo com sistema de britagem acoplado:

Alimentador de correia transportadora de subsolo

Características de um alimentador de correia transportadora de subsolo:

Fabricante - The W. R. Stamler Corporation, USA-montado sobre esteiras-dimensões: comprimento 9,45 m, largura 3,02 m, altura 1,14 m-peso do alimentador = 17.000 kg-acionado por motor elétrico de 125 HP, 440 V, AC, 60 ciclos-velocidade de deslocamento = 0,7 km/h; capacidade de 13,4 m3. Velocidade da corrente de alimentação da carga é 22,9 m/min.

Comparações entre opções de transporte de minério (extraído de Hartman, Introd. Min. Eng.,1987,cap.4):

Tipo de transporte

Distância Inclinação(graus)

Média Máx.

Trens (trilhos) ilimitada 2 3

Truck,

Shuttle car

150 – 1500m 8 12

Slusher 30 – 90m 25 30

LHD 90 – 600m 8 12

Correia

Transportadora

0,3 – 8km 17 20

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Outros equipamentos de mina subterrânea

-perfuratriz de teto (roof bolter)

-cortadeira (coal cutter)

-dispositivos pneumáticos de carregamento de explosivos

-macacos hidráulicos

Cortadeira Usada para abrir uma face livre na camada

de carvão;

-ilustrações a seguir:

cortadeira sobre pneus Joy Manufacturing Co., USA, modelo 15 RU–6BH, Universal Cutting Machine; largura 122” (3,12 m), altura 41” (1,04 m); 20 t de peso, acionada por motores elétricos de 230 HP e 65 HP (bomba hidráulica), em 440 V; lança de 3,35 m.

Cortadeira

Perfuratriz de teto (roof bolter)

-usada para colocar os parafusos de teto,

responsáveis pelo escoramento da galeria;

-ilustração:

perfuratriz Atlas Copco do Brasil modelo Boomer H200, roto–percussiva, hidráulica e montada sobre pneus; peso = 8 t;

acionamento por motor elétrico de 60 HP;

fura por rotação ou impacto (percussão).

Perfuratriz de teto

Macacos hidráulicos para suporte de teto na face de Longwall

Dois tipos principais:

chocks – usado para suporte na face quando o teto é mais duro e competente;

shields – usado quando os estratos do teto são mais macios e incompetentes. O custo inicial é maior, porém são mais flexíveis quanto às condições geológicas de uso e apresentam custos de manutenção mais baixos.

Macacos hidráulicos ...(ver vídeo DBT-Strebtechnik-E.mpg)

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Equipamentos usados na mineração subterrânea (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)

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Ventilação de mina subterrânea (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)

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