Desmonte mecânico de rocha

Report
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 tangenciais
Normais: 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).
Componentes que integram um conjunto de
perfuração
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.
Componentes que integram um conjunto de
perfuração
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.
Componentes que integram um conjunto de
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
Perfuração
Tipos 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 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
A)Martelete
B)Jackleg
C)Stoper
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.).
Formas de utilização de um conjunto de perfuração
2) Sobre pneus: utilizados em obras mineiras e civis,
permitem rápido deslocamento de um ponto a outro;
3) Sobre trilhos;
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.
Conjunto de perfuração DTH, sobre esteiras
Formas de utilização de um conjunto de perfuração
5) Conjuntos de perfuração para furos longos
São conjuntos para perfuração percussiva radial
montadas sobre pneus (em geral). Usados em minas ñcarvão 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 – 100mm
Hastes = 1,2 – 1,8m
Desvios de furação = aprox. 10% (com retrac bits + estabiliz. = 5%)
Quando equipados com perfuratrizes DTH (down-the-hole):
Diâmetro furo = 75 – 200mm
Hastes = 1,5 – 3,6m
Desvios de furação = aprox. 1%
Conjunto de perfuração (percussiva) para furos longos…
Formas de utilização de um conjunto de perfuração
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
Jumbo
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.
Desmonte mecânico de rocha
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.
Desmonte mecânico de rocha
Tipos de elementos de corte e aplicações
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.
Desmonte mecânico de rocha
Tipos de elementos de corte e aplicações
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.
Desmonte mecânico de rocha
Tipos de elementos de corte e aplicações:
Dureza da rocha
Cutter__
Baixa a média
drag bits e
disk cutter
Média a dura
disk cutter
Muito dura
button cutter
Desmonte mecânico de rocha
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.
Desmonte mecânico de rocha
Detalhes de
roadheaders:
Desmonte mecânico de rocha
Detalhes de roadheaders:
Desmonte mecânico de rocha
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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Desmonte mecânico de rocha
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;
Desmonte mecânico de rocha
Detalhes do drum continuous miner:
Desmonte mecânico de rocha
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.
Desmonte mecânico de rocha
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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Desmonte mecânico de rocha
Tunnel Boring Machine (TBM):
-usado para escavar galerias circulares de 1,75m
a 11m de diâmetro, horizontais ou subhorizontais;
-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.
Desmonte mecânico de rocha
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.
Desmonte mecânico de rocha
Tunnel boring
machines –
detalhes dos
elementos de corte.
Desmonte mecânico de rocha
Tunnel boring
machines –
tipos de cutters.
Desmonte mecânico de rocha
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;
Desmonte mecânico de rocha
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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Desmonte mecânico de rocha
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;
Desmonte mecânico de rocha
Shearer (cortadeira):
detalhes.
Desmonte mecânico de rocha
Shearer (cortadeira):
-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.
Desmonte mecânico de rocha
Shearer
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Desmonte mecânico de rocha
Raise drills:
Máquinas usadas para a abertura de raises ligando
dois níveis existentes em uma mina subterrânea, ou
ligando um nível e a superfície.
Desmonte mecânico de rocha
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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A operação de carregamento de
rochas
CARREGADEIRAS LHD´s
Como o próprio nome já diz, permitem a realização
de operações combinadas
L (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;
LHD´s
LHD e caminhão
em subsolo
LHD´s
-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
LHD´s
LHD´s
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
LHD´s: controle remoto
LHD´s
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
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.
2º marcha: 10,8 km/h.
3º marcha: 28,0 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 Tamrock Toro 150D
LHD´s
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.
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CARREGADOR DE FRENTE (LOADER):
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.
Loader
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: características
Peso
(t)
Altura sem
cobertura do
operador (m)
Largura
(m)
Comprimento
(m)
Largura da
correia
(m)
Altura de
descarga
(m)
14 - 27
0,6 – 1,2
2,4 – 2,7
7,6 – 8,2
0,76 – 0,96
0,15 – 2,2
Loader
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”
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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.
Bob-cat
Carregadeira Bob
– Cat fabricada
pela Clark
Equipaments Inc.
modelo 711 M.
OVERSHOT LOADER
(carregadeira pneumática):
-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
Overshot loader
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
Overshot
loader
em
Shrinkage
Overshot loader
-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;
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SLUSHER/SCRAPER :
-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 :
-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/SCRAPER :
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
transportes (não maiores que 150 metros);
de
-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.
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-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
Operando com minerador
contínuo :
Operando em conjunto mecanizado :
SHUTTLE-CAR
-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.
--------------------
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
mecanizado ...
de
um
conjunto
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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Caminhões (trucks) para minas
subterrâneas :
-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.
Caminhões (trucks) para minas
subterrâneas :
Tip dumper:
Caminhões (trucks) para minas
subterrâneas :
Telescoping dumper:
Caminhões (trucks) para minas
subterrâneas :
Telescoping
dumper:
Caminhões (trucks) para minas
subterrâneas :
Push-plate dumper:
Caminhões (trucks) para minas
subterrâneas :
-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);
Caminhões (trucks) para minas
subterrâneas :
-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).
Caminhões (trucks) para minas
subterrâneas :
- 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.
Caminhões (trucks) para minas
subterrâneas :
-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.
Caminhões (trucks) para minas
subterrâneas :
-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.
Caminhões (trucks) para minas
subterrâneas :
-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)
Caminhões (trucks) ...
-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.:
Caminhões (trucks) para minas
subterrâneas :
-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.
Caminhões (trucks) para minas
subterrâneas :
-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).
Caminhões (trucks) para minas
subterrâneas :
-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.
Caminhões (trucks) para minas
subterrâneas :
-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.
Trucks :
Curva
característica
Caminhões (trucks) para minas
subterrâneas :

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

Caminhões (trucks) para minas
subterrâneas :
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.
TRANSPORTE SOBRE TRILHOS:
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.
TRANSPORTE SOBRE TRILHOS:
Tipos de locomotivas: classificadas de acordo com
sua fonte de força.
Energia elétrica;
Diesel.
TRANSPORTE SOBRE TRILHOS:
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.
TRANSPORTE SOBRE TRILHOS:
Diesel:
Modelos diesel oferecem máxima
utilização do equipamento, mas com emissão de
gases e necessidade de ventilação.
TRANSPORTE SOBRE TRILHOS:
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;
TRANSPORTE SOBRE TRILHOS:
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.
TRANSPORTE SOBRE TRILHOS:
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 sólidos
por 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
transportadora de subsolo:
de
correia
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
Trens (trilhos)
ilimitada
2
3
Truck,
Shuttle car
Slusher
150 – 1500m
8
12
30 – 90m
25
30
LHD
90 – 600m
8
12
17
20
Correia
0,3 – 8km
Transportadora
Inclinação(graus)
Média
Máx.
--------------------
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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