Diante da sua importância e para facilitar o entendimento do processo de produção de uma mina, faz-se, a seguir, a apresentação de alguns elementos que afetam a produção de uma mina. Esses fatores são contemplados na maioria dos modelos matemáticos propostos para problemas de despacho de veículos em minas a céu aberto.
3.2.1 Relação Estéril/Minério
Durante a operação de uma mina deve-se buscar novos locais para extração de minério. Normalmente, o minério fica envolvido por uma camada de material (estéril), que deve ser retirada para permitir a extração do minério. A retirada da camada de estéril é uma etapa importante do processo de produção da mina e visa garantir que somente minério seja lavrado. Ela possibilita a liberação de novas frentes de minério ou a implantação de obras necessárias para viabilizar as operações na mina (Costa, Souza, & Pinto, 2004).
3.2.2 Problema da Mistura de Minério
Normalmente, o plano de produção especifica o volume de produção e as características (física e química) desejadas para o produto final. O cumprimento do plano de produção é importante visto que uma produção superior à planejada pode resultar em problemas como, por exemplo, falta de espaço adequado e custos adicionais de manuseio. Por outro lado, uma produção inferior à requerida causa uma redução na taxa de utilização dos equipamentos da mina e da usina de beneficiamento, além de ocasionar multas contratuais pelo não fornecimento do produto. Quanto às especificações de qualidade (características físico-químicas) da mistura, as variações em relação aos parâmetros de qualidade devem ser mínimas ou previamente determinadas (os parâmetros de qualidade devem ter valores pertencentes a um intervalo especificado pelo cliente) (Costa, Souza, & Pinto, 2005).
Porém, cada frente de minério possui propriedades diferenciadas como, por exemplo, teor de determinado elemento químico ou percentagem de minério em determinada granulometria. Assim, o problema da mistura (ou blendagem) de minérios consiste em determinar a proporção de minério proveniente de cada frente ou pilha
22
que, quando blendados, resultam num produto final em conformidade com as especificações do plano de produção (Alves, 2007) (Alves, 2007) (Costa, Souza, & Pinto, 2005). Logo, devem-se determinar quais frentes deverão entrar na mistura e qual a quantidade (ritmo de lavra) a ser retirada em cada uma delas (Pinto, Biajoli, & Mine, 2003) para se chegar a um produto final com custo mínimo e em conformidade com as metas estabelecidas no plano de produção.
A Figura 3-1 ilustra uma mina a céu aberto que possui 3 (três) frentes de lavra (02 frentes de minério e 01 de estéril), 01 ponto para britamento de minério e outro para basculamento de estéril. Cada frente de minério possui propriedades químicas específicas e o produto final, gerado no britamento, apresenta características resultantes da combinação dos minérios oriundos das diversas frentes.
Embora os termos blendagem (mistura) e homogeneização de minério sejam usados indistintamente, a blendagem diz respeito a uma mistura, em proporções definidas, de minérios de características distintas, com o objetivo de se obter uma massa com características específicas. A homogeneização, por sua vez, se refere ao manuseio ou mistura de quantidades de minério, com o objetivo de se obter um conjunto que apresente composição ou características uniformes. Um conjunto é considerado como homogêneo quando não existem diferenças significativas nas diferenças médias de qualquer parte do conjunto (Costa F. P., 2005) (Moraes, Alves, Souza, Cabral, & Martins, 2006).
Figura 3-1: Ilustração de uma mina que funciona a céu aberto com 03 frentes de lavra, 01 pilha de estéril e um ponto de britamento. V1, V2 e V3 representam três elementos químicos presentes nas frentes de lavra. %Vi corresponde ao teor (ou concentração) do elemento i na frente de lavra.
Fr.Minério 1 (Fr 1) Fr.Minério 2 (Fr2) Fr.Estéril (FE) Pilha de Estéril (PE) Britador (BR) 10% V 1 20% V 2 50% V 3 30% V 1 30% V 2 10% V 3 200t Fr 1 + 100t Fr 2
23
3.2.3 Compatibilidade entre os Equipamentos de Carga e Transporte
O transporte do material lavrado é feito por um conjunto de caminhões, divididos em frotas formadas por veículos com características similares. Um equipamento de carga deve trabalhar em conjunto com caminhões compatíveis (Amaral & Pinto, 2009). Esta compatibilidade entre equipamentos está relacionada, principalmente, com o número de passes (carregamentos) necessários (expresso por um número inteiro) para encher a caçamba do caminhão. Poucos passes podem danificar a estrutura do caminhão, enquanto muitos passes acarretam um maior tempo de carregamento (Costa, Souza, & Pinto, 2005).
3.2.4 Distância entre os Locais de Carregamento/Basculamento de
Material
A definição dos locais para extração e basculamento do material retirado das frentes deve acontecer de forma bastante criteriosa. Locais de carregamento distantes dos de basculamento, combinado com uma frota reduzida de caminhões, pode aumentar a ociosidade dos equipamentos de carga e de britamento, o que não é desejável. Por outro lado, pontos de carga e descarga de material próximos podem ocasionar filas nos locais de carga/descarga de material, o que também não é desejável.
3.2.5 Filas nos Locais de Carregamento/Basculamento
As operações de carregamento realizadas pelas pás carregadeiras podem incorrer em filas de caminhões nos pontos de carga. Apesar de comum, a formação de filas nos pontos de carga e basculamento representa uma situação indesejada que deve ser evitada, pois representa perdas de produção. Uma alternativa encontrada para reduzir as filas nos diversos locais é alternar os caminhões entre as várias rotas existentes. Porém, existem restrições (de qualidade, por exemplo) que acabam dificultando a tomada de decisão (Alvarenga, 1997).
3.2.6 Operação da Frota de Caminhões
A alocação dos caminhões nas frentes de lavra pode acontecer de duas formas:
Alocação estática dos veículos: Cada caminhão é fixado a uma única rota, ou seja,
atenderá uma única frente e descarregará sempre no mesmo local. Apesar do baixo custo de implementação, a alocação estática causa uma maior ocorrência de filas nos pontos de carga e descarga (Rodrigues, 2006);
Alocação dinâmica dos veículos: Os novos pontos de carga/basculamento de cada
caminhão são determinados ao término de cada viagem através de um sistema de despacho automático.
Durante sua operação numa mina, os caminhões (seja com alocação estática ou dinâmica) realizam repetidos ciclos de carregamento e basculamento, seguindo por um
24
conjunto de rotas definidas pelo operador ou pelo sistema de despachos. Este ciclo compreende várias etapas ordenadas, ilustradas na Figura 3-2. O cálculo do tempo de ciclo de um veículo envolve diversos componentes como, tempo de viagem (vazio ou carregado), tempos de carregamento e basculamento, tempos de manobra e de fila (Ta, Kresta, Forbes, & Marquez, 2005).
Figura 3-2: Estados operacionais de um veículo de transporte para realização de um despacho em uma mina a céu aberto.
A operação de transporte de material numa mina tem um custo elevado, chegando a representar de 50 a 60% do custo operacional total da mina. Assim é importante alocar e despachar os veículos de maneira eficiente (Ercelebi & Bascetin, 2009). Esta eficiência se traduz em minimizar o tempo de realização de vários despachos usando a frota de veículos disponível. Como os tempos de deslocamento, carregamento, basculamento e manobra são fixos (com pequenas variações), o tempo de fila nos pontos de carregamento e basculamento é um elemento que pode ser otimizado no processo.
Inicialmente, heurísticas foram empregadas para alocação dos veículos numa mina de superfície. Enquanto um algoritmo heurístico era usado com sucesso na operação das pequenas minas, as grandes companhias de mineração ou empregavam programação matemática ou a combinava com métodos heurísticos para implementação dos sistemas de despacho de caminhões (Ta, Kresta, Forbes, & Marquez, 2005). Os sistemas de despacho automatizados foram introduzidos no mercado a partir do final da década de 70. Esses sistemas têm a capacidade de alocar diretamente o caminhão a uma tarefa,
Movimentando Fila para Carga
Manobrando e Carregando Manobrando e Basculando Fila para Basculamento Movimentando Caminhão vazio Caminhão carregado
25
superando limitações impostas pela operação manual do processo (manuseio de um volume grande de informações em pequeno espaço de tempo, dificuldades para analisar a situação atual e tomar decisões de alocação efetivas) (Munirathinam & Yingling, 1994). Existem outros fatores que não foram relacionados e que também interferem na produção da mina. Para exemplificar tem-se: quebra ou manutenção de equipamentos, troca de turnos entre os empregados, reabastecimento dos equipamentos de transporte, estado das rotas, experiência dos operadores de equipamentos de carga, etc.