As minas subterrâneas brasileiras enfrentam o desafio do aumento da temperatura à medida que ocorre o aprofundamento. Os problemas relacionados à manutenção de sistemas de ventilação têm incentivado a Anglo Gold Ashanti Mineração a buscar sempre melhores controles desses sistemas. A aplicação de soluções oriundas de simulações computacionais de última geração para garantir uma operação segura nas minas subterrâneas é um dos principais desafios.
O objetivo deste trabalho foi propor alternativas de gerenciamento de calor dentro do ambiente da mina. As preocupações com o calor na área de estudo se desenvolveram nos últimos anos à medida que os equipamentos a diesel são aumentando fornecendo mais calor para uma mina em expansão.
É necessário um trabalho para conscientizar os funcionários a seguir os procedimentos. Muitos dos problemas relacionados à ventilação são devidos a problemas operacionais. Como, por exemplo, o descuido com os portões de ventilação. Há casos de um operador danificar um portão, ou até mesmo derrubá-lo, ou um duto de ventilação ser danificado por caminhão e não comunicar os responsáveis pelo ocorrido. Esses problemas mais pontuais contribuem com desequilíbrio no sistema de ventilação que pode contribuir com perdas de vazões e distribuição errática dos fluxos de ar.
Um dos problemas frequentes é que normalmente a ventilação da frente em desenvolvimento é planejada para um caminhão e uma carregadeira. No entanto quando um caminhão está sendo carregado, uma alternativa simples seria outros equipamentos (1 ou 2) esperarem fora da frente em desenvolvimento. A carregadeira juntamente com os caminhões são os grandes responsáveis pelo aumento de calor. Isso viola o planejado, aumenta a temperatura da frente e, como hábito, as reclamações são que a ventilação está ruim, mal dimensionada e não atende.
A necessidade de aprimoramento nos sistemas de ventilação é uma obrigação de qualquer mina. Em virtude do aprofundamento e da expansão da mina a tendência é o aumento da temperatura da rocha e aumento da frota a diesel (pela DMT ou meta de produção). Nessas circunstâncias existe a necessidade de melhorar o sistema de ventilação para atender as normas, pois é impossível ventilar a mina de forma simultânea. Uma solução seria a ventilação por demanda adaptando a vazão de acordo com a demanda. Com isso faz-se necessário avaliar as normas vigentes, estudar a atualização de parâmetros numéricos das mesmas, bem como indicar boas práticas como padrão de referência no trabalho e definição de procedimentos operacionais
padrão. Assim têm-se condições de continuar o estudo, possibilitando melhoria das operações, estabelecendo sua influência na produtividade das minas.
Os custos com a vazão considerada necessária (para 100% do tempo) seriam insustentáveis, o que inviabilizaria a produção, por isso a ventilação por demanda configura-se como uma alternativa para o cumprimento da norma. Dependendo do caso o sistema de refrigeração é indispensável, mas a possibilidade de substituir parte da frota a diesel por caminhões híbridos e elétricos pode ser uma alternativa. Porém, tal medida exige uma infraestrutura de cabos e redes elétricas para sua implantação.
A substituição de caminhões a diesel por modelos da “linha verde”, ou seja, menos poluentes, diminui a quantidade de ar requerida e, consequentemente, gastos de ventilação (substituição do óleo diesel S500 pelo S10). Isso exige uma modernização constante da norma que condiz com as revoluções tecnológicas.
A utilização da tecnologia, como equipamentos controlados a distância, se mostrar como uma alternativa viável para diminuir ou retirar gradativamente a exposição dos operadores de regiões quentes da mina. O monitoramento constante por sensores, dos portões, o controle de vazões e temperaturas, principalmente, permite a identificação rápida dos principais pontos críticos. A redução das principais resistências contribuiu para amenizar o problema. A prática de sensores já é utilizada na mina de Cuiabá, para o monitoramento de temperatura e gases, além de câmeras espalhadas em alguns pontos para supervisionar as condições estruturais dos portões de ventilação.
A norma NR- 22 (Brasil, 2015) orienta um cálculo de ventilação secundária na seguinte proporção: 100% da potência do equipamento mais potente, 75% do segundo maior e 50% para os demais. Os estudos realizados nessa proporção não levam em consideração o tempo de trabalho do equipamento. A carregadeira, devido ao trabalho executado, permanece mais tempo posicionada em uma mesma região. Mesmo com a potência menor do que o caminhão, deveria ter uma demanda de ar maior, pois está emitindo mais gases e calor nessa região. Outra observação a ser feita é que a norma considera a potência nominal como se o equipamento tivesse utilizado a potência máxima o tempo todo.
Diversas alternativas como substituição dos equipamentos a diesel por motores elétricos, parcialmente ou totalmente, instalação de plantas de refrigeração, construção de um novo poço de exaustão, instalação de uma fábrica de gelo; introdução de caminhões e carregadeiras autônomas; substituição do combustível S500 pelo S10 (emite menos gases poluentes) e evitar o acúmulo de equipamentos em determinado ponto são levantadas como possibilidade de amenizar o problema futuro.
O uso de carregadores e caminhões elétricos diminui a geração de calor sensível em 56% e o calor latente em torno de 96%. No geral, a contribuição do calor das máquinas diminuiu de 70% para 50%. Além disso, o modelo permitiu conhecer o comportamento do calor dos estratos em uma mina de ouro, descobrindo a tendência do calor sensível e latente na mina de Córrego do Sítio I.Seria aconselhável combinar equipamentos elétricos, a diesel ou híbridos, com a ideia de manter a mesma flexibilidade operacional.
A redução da caga de calor poderia permitir uma eficiência energética maior devido às menores necessidades de ventilação e melhor ambiente de trabalho, o que, ao mesmo tempo, contribui para o aumento de rendimento do trabalhador devido à menor temperatura efetiva e geração de gases de combustão.
O aumento do percurso (DMT) à medida que a mina aprofunda exigirá um acréscimo de caminhões e consequentemente maior geração de calor e consumo de combustível. O uso dos equipamentos elétricos configura uma alternativa para blindar, principalmente, as variações de preços do óleo diesel que impactam os custos de operação de mina. Porém, a infraestrutura necessária para implantação e os preços relativamente altos de importação desses equipamentos torna sua aplicação mais lenta. Os fabricantes pretende a partir de 2020 comercializar esses equipamentos e a realizar testes em algumas minas brasileiras. Caso a aplição resulte em sucesso isso com certeza aumentará a demanda por esses equipamentos faciltando sua aquisição. Uma ação eficiente a se praticar seria a substituição do óleo combustivel S 500 pelo S10, menos poluente.
Como a implantação dos equipamentos elétricos não é possível a construção de novo exaustão foi estudada. Essa alternativa apenas minimiza a temperatura na mina, portanto outras alternativas em conjunto devem estudadas.
As características geológicas do depósito, tais como espessura e morfologia das camadas ou a profundidade do depósito, determinam o planejamento da mina e, portanto, as dimensões e formas de dutos de ventilação e galerias.
A Mina de Córrego do Sítio I no corrente período de 2018 – 2019 não apresenta, no momento, problemas críticos com as fontes de calor a diesel, mas futuramente (a partir de 2020) surgirão.
As modelagens computacionais são indispensáveis para se prever o comportamento de sistemas de ventilação e devem integrar o planejamento de mina, no qual se fazem necessários o rigor técnico e a segurança operacional.
Sob o aspecto econômico, um estudo dessa natureza ganha importância na medida em que se verifica que a ventilação, além dos fatores humanos, representa uma parcela significativa dos custos de produção. A simplicidade e a flexibilidade computacional, associadas aos
elaborados algoritmos para cálculos termodinâmicos do programa VentSim Visual educacional (versão 5.0), constituem as razões pelas quais ele é escolhido para ser utilizado neste trabalho.
O supervisor da ventilação pode se deparar com uma série de cenários em torno da carga térmica distribuída na mina e do gerenciamento de calor. São múltiplos sistemas de controle que podem ser implementados para alcançar as necessidades e objetivos da mina. Uma forte compreensão das condições ambientais que estão sendo enfrentadas e as circunstâncias que afetam as condições são essenciais para a execução bem-sucedida de estratégias de gerenciamento de calor. O capital inicial e custo operacional do sistema que estão sendo considerados e sua eficácia é uma consideração importante para o projeto de ventilação.
Métodos de mitigação do calor são uma opção; no entanto, a implementação bem- sucedida de sistemas de controle de gerenciamento de calor pode impulsionar a produção global e a eficiência de custo da mina.
O estudo demonstra que há uma penalização financeira na mina para mitigar a carga térmica em função do aumento da quantidade de equipamentos diesel à medida que a mina for aprofundando. Porém, as máquinas não emitem o calor o tempo todo, portanto devem ser considerados o fator de utilização para melhor distribuição da carga térmica.
A aplicação da automação de equipamentos não é executada na mina Córrego do Sítio I, diferentemente da Mina Cuiabá, onde operadores controlam alguns equipamentos a partir da superfície. Porém, os ventiladores principais apresentam inversores de frequência programados para serem desligados nas trocas de turno.
O estudo evidenciou que a expansão na produção da mina Córrego do Sítio I requerendo o aumento da quantidade de realces em lavra, saindo das atuais 10 áreas de lavra para 20, assim como o aumento substancial na frota principal de equipamentos da mina, implica o aumento de quantidades significativas de ventilação.
7. Sugestões de pesquisas futuras
• Estudos com combustíveis híbridos, ou alternativos, como biodiesel, em parte da frota utilizada reduzindo a ventilação, a emissão de particulados e mantendo a eficiência operacional; • Utilização da técnica de CFD para localização dos pontos de acúmulo de calor na mina.
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