AUMENTO DA PRODUTIVIDADE NO DESENVOLVIMENTO DE GALERIAS
Alexandre Magno Kalil Miranda – alexandre.kalil@mcsa.com.br Coordenador de Produção e Operação da Mina Subterrânea; Graduação em Engenharia de Minas pela Universidade Federal da Bahia – 02/ 2006; Pós-Graduação – Especialização em Escavações de Túneis - Universidade Federal da Bahia – 04 / 2007; Graduação - MBA em Gestão de Pessoas – Instituto Brasileiro de Pós-Graduação e Extensão IBPEX – 01/2010.
Pedro Yamaguchi de Souza – pedro.souza@mcsa.com.br Engenheiro Junior; Graduação em Engenharia de Minas pela Universidade Federal da Bahia – 01/ 2012; Formação White Belt 10/2011.
RESUMO
A etapa do desenvolvimento de galerias é a atividade mais importante de uma mina subterrânea, essencial para a perenidade do empreendimento. É pelo desenvolvimento de galerias que se pode alcançar o minério em maiores profundidades. O objetivo deste trabalho é aumentar a produtividade do desenvolvimento de galerias em 5%. O estudo fez uma avaliação na utilização de perfurações longas nas escavações das galerias com a utilização de gerenciamento eletrônico em todas as atividades da perfuração. No entanto, o trabalho alcançou um incremento de 7,83% no desenvolvimento de galerias representado um ganho anual de 611m, a uma taxa de 650m mês, possibilitando assim a antecipação de reservas.
Palavras-chave: Jumbo, Desempenho, Perfuração, Desenvolvimento.
ABSTRACT
The development stage is the most important activity of an underground mine which is essential for the enterprise sustainability. Through the galleries development that the ore could be reach in greater depths. The paper’s goal is to increase the development productivity in 5%. The study did an assessment on the use of long drilling on galleries excavations with management electronic in all drilling activities. However, the work has achieved an increase of 7.83% in galleries development. It means an annual gain of 611 meters at rate of 650meter/month, allowing the anticipation of the resources.
INTRODUÇÃO
A Mineração Caraíba S/A. iniciou as operações da mina subterrânea em 1986, a produção de cobre passou a ser obtida em 1990. A lavra atualmente é realizada em mina subterrânea e em minas a céu aberto. O desenvolvimento de uma mina subterrânea é a atividade mais importante para a existência do empreendimento. É pelo desenvolvimento de galerias que se pode alcançar o minério em maiores profundidades a uma taxa de avanço por tempo dimensionada de acordo com os recursos mecânicos e a situação geológica que se dispõe.
Na mina subterrânea da Mineração Caraíba S.A. a meta para o desenvolvimento de galerias é de 750 metros mês, representando 25m de galerias diárias. Devido às escavações das galerias do desenvolvimento atingirem grandes profundidades e sofrerem muitas interferências das tensões, existe a necessidade de executar uma robusta contenção. Atualmente, o ciclo operacional é composto por 11 etapas, nos quais 35% representam as etapas de contenção, pode ser visualizado na Figura 1. Com isso temos um ciclo produtivo longo, tornando lenta a taxa de avanço das galerias.
Atualmente, os equipamentos perfuram 3,7 m de comprimento, avançando em média de 88% em cada ciclo. Com esse avanço e para uma meta de 750 m, são necessários 230 ciclos. Para esse estudo foi utilizada uma perfuração de 5,2m, 40% maior. Dos resultados obtidos, além do aumento da produtividade na perfuração, o mais evidenciado pela operação de mina é a possibilidade de se realizar menos ciclos para o alcance das metas estabelecidas. A relação do número de ciclos, com rendimento dos fogos para variados comprimentos de furo, pode ser visualizada na Tabela 1.
A aplicação da técnica de perfurações longas para a abertura de galerias na Mineração Caraíba S/A é muito importante devido ao tempo gasto para se completar um ciclo operacional. No entanto, utilizando essa técnica aumentaríamos o avanço por ciclo operacional em 44% possibilitando um incremento de 7,83% no avanço mensal das galerias.
Figura 1: Ciclo do desenvolvimento de galerias na mina subterrânea (Fonte: MCSA, 2012)
Tabela 1: Relação entre % de arranque, comprimento do furo e número de ciclos necessários para se alcançar a meta de 750 m de desenvolvimento por mês.
Avanço C.F (3.7m) C.F (4.0m) C.F (4.3m) C.F (4.6m) C.F (4.9m) C.F (5.2m) 78% 260 240 224 209 196 185 80% 253 234 218 204 191 180 82% 247 229 213 199 187 176 84% 241 223 208 194 182 172 86% 236 218 203 190 178 168 88% 230 213 198 185 174 164 90% 225 208 194 181 170 160 92% 220 204 190 177 166 157 94% 216 199 186 173 163 153 96% 211 195 182 170 159 150 98% 207 191 178 166 156 147 100% 203 188 174 163 153 144
OBJETIVO
Foi determinado para este trabalho à avaliação da capacidade produtiva e o desempenho dos equipamentos de perfuração, avaliando o impacto na produtividade do desenvolvimento com a utilização de furações longas monitoradas pelo sistema de gerenciamento eletrônico denominado Rig Control System (RCS), que é um sistema modular, composto por sensores, cabos, processadores e softwares para gerenciamento dos processos de perfuração.
Para este estudo foi colocado em operação um equipamento de perfuração da Atlas Copco, o jumbo Boomer E2 C, com o sistema de gerenciamento eletrônico denominado RCS para alcançarmos um aumento de 5% no desenvolvimento de galerias. No entanto, os indicadores Mean Time To Repair (MTTR) e Mean Time Before Failures (MTBF), custo de ferramentas por metro perfurado, custo de ferramentas por metro avançado, que representaram o desempenho do novo jumbo, também foram avaliados.
METODOLOGIA
A construção deste trabalho envolveu o acompanhamento em campo das operações de perfuração de desenvolvimento, coleta de dados, o uso estatístico das tabelas de frequências, a utilização da técnica de perfurações longas, produtividade da perfuração; metro perfurado por metro desenvolvido, análise dos dados gerados pelo gerenciamento eletrônico, e dados de manutenção.
Foram coletados dados de um período compreendido entre 01/09/2011 a 31/10/2011, os tempos elementares das operações unitárias de desenvolvimento para a obtenção de um tempo teórico de ciclo operacional. Neste caso, a análise restritamente matemática desconsiderou os tempos de setup e deslocamento das máquinas.
Foi considerado o ciclo do desenvolvimento de galerias composto pelas seguintes operações básicas:
Perfuração, carregamento e detonação, Carga e transporte (limpeza), abatimento de choco, raspagem, atirantamento, projeção de concreto e marcação da nova frente (OLIVEIRA, 2007)
Também foram levantados os indicadores de produção: Disponibilidade, Rendimento, Utilização, Produção, Produtividade que não foram tratados neste trabalho.
Para a obtenção de dados representativos, foi utilizado o método de validação de amostras feito por J. Barbosa, a partir de Tabelas de Frequência e cálculo do número mínimo da amostra, por: 2 v a
E
C
t
N
, onde:Onde “Na” é o número mínimo de indivíduos na amostra, “t” é o coeficiente de student e “E”
é o erro admissível. Foi adotado um erro mínimo admissível de 10%.
Foi definida uma linha de corte que caracterizou as situações de perda ou ganho em produtividade, comparando perfurações longas com o uso da tecnologia RCS, das utilizadas sem o uso da tecnologia.
As frentes de serviço perfuradas pelos equipamentos próprios da MCSA produzem furos com comprimento de 3,70 m, dessa forma, para seções de 5,00m x 5,50m, onde são feitos 54 furos (de alívio, de piso, de produção e do pilão), totalizam 199,8 m por frente de serviço isso representa 61,36 metros perfurados por metros de avanço, enquanto para os furos feitos com o Jumbo da Atlas Copco, onde a furação pode ser feita com 5,20 m de comprimento, totalizam 280,8 m por frente representado 60,0 metros perfurados por metro desenvolvido (Figura 2).
Figura 2: Plano de Perfuração para seções de 5,00m x 5,50m (Confecção Própria, 2012)
Foram extraídos e avaliados os planos de perfuração do equipamento. Os planos de perfuração foram inseridos no equipamento, a máquina reconhece e executa os furos de acordo com o que foi pré-definido. A alta precisão na execução da perfuração é fundamental no controle de overbeak, underbreak, rendimento dos fogos e fragmentação no desmonte de cada frente.
Com o controle computadorizado do sistema de perfuração, os parâmetros foram definidos no display do equipamento, considerando diferentes níveis de acesso. O sistema de diagnóstico de falhas integrado possibilitou a detecção e correção de falhas através do display na cabine do equipamento (Figura 3).
Figura 3 – RCS simulado e cabine do Jumbo Boomer E2 C (FONTE: Manual do Jumbo Boomer E2 C)
TRATAMENTO DOS DADOS
A mudança nos comprimento de perfuração causará também alteração no tempo do novo ciclo produtivo estabelecido, devido aos seguintes fatores:
Um maior volume desmontado demandará mais tempo de Limpeza das frentes;
Uma maior área exposta demandará uma linha a mais de tirantes, o que refletirá em um tempo maior na operação de atirantamento;
Uma maior área exposta demandará de mais concreto projetado, o que refletirá em um tempo maior na operação de projeção de concreto;
Uma maior área exposta demandará de mais tempo na operação de batimento de choco;
Um furo mais comprido demandará de mais explosivos, o que teoricamente, refletirá em um maior tempo no carregamento.
A quantidade de material gerado na reflexão da concretagem e no batimento de choco será maior, e, portanto a operação de raspagem do piso também sofrerá uma dilatação.
As escavações das galerias são compostas pelos seguintes elementos operacionais:
Perfuração, Carregamento e Detonação, Carga e Transporte (Limpeza), Abatimento de Choco, Raspagem, Atirantamento, Projeção de Concreto e Marcação da nova frente, em sequência.
Assim, o tempo para a execução do ciclo operacional é o somatório dos tempos dos elementos operacionais (desconsiderando os tempos de setup das máquinas e seus deslocamentos) que são descritos da seguinte forma:
TC = TPERF + TCAR + TSC + TLIMP + TATIR + TCON + TRASP + TMC
Onde, TC = Tempo de Ciclo, TPERF = Tempo de Perfuração, TCAR = Tempo de Carregamento,
TSC = Tempo de Abatimento de Choco (Scaling), TLIMP = Tempo de Limpeza, TCON = Tempo
de Projeção de Concreto, TATIR = Tempo de Atirantamento, TRASP = Tempo de Raspagem,
TMC = Tempo de Marcação Topográfica.
Foram compostos dois ciclos operacionais: O primeiro ciclo foi composto pela perfuração de 3,7m. O segundo ciclo foi composto pela perfuração longa de 5,2m. A Tabela 2 mostra os tempos coletados dos dois ciclos.
Os dados de cada elemento operacional tiveram um refinamento estatístico de acordo ao método de validação de amostras, como segue na Tabela 3.
Tabela 2: Simulação dos dois ciclos operacionais com os tempos coletados
PARA O CICLO 1: PARA O CICLO 2:
OPERAÇÃO TEMPO UTILIZADO TEMPO DISPONÍVEL INÍCIO DO 1º TURNO 0 360 TROCA DO TURNO 120 240 LIMPEZA 148 92 SCALING 67 25 ATIRANTAMENTO 25 0 INÍCIO DO 2º TURNO 0 360 TROCA DO TURNO 120 240 ATIRANTAMENTO 93 147 PROJ CONCRETO 37 110 RASPAGEM 23 87 MARCAÇÃO 5 82 PERFURAÇÃO 82 0 INÍCIO DO 3º TURNO 0 360 TROCA DO TURNO 120 240 PERFURAÇÃO 119 121 CARREGAMENTO 88 33
FRENTE PRONTA (TEMPO RESTANTE PARA DETONAÇÃO 33min) OPERAÇÃO TEMPO UTILIZADO TEMPO DISPONÍVEL INÍCIO DO 1º TURNO 0 360 TROCA DO TURNO 120 240 LIMPEZA 212 28 SCALING 28 0 INÍCIO DO 2º TURNO 0 360 TROCA DO TURNO 120 240 ATIRANTAMENTO 148 92 PROJ CONCRETO 37 55 RASPAGEM 33 22 MARCAÇÃO 5 17 PERFURAÇÃO 17 0 INÍCIO DO 3º TURNO 0 360 TROCA DO TURNO 120 240 PERFURAÇÃO 209 31 CARREGAMENTO 0 31 INÍCIO DO 4º TURNO 0 360 TROCA DO TURNO 120 240 CARREGAMENTO 124 116
FRENTE PRONTA (TEMPO RESTANTE PARA DETONAÇÃO 116min)
Tabela 3: Parâmetros para validação das amostras de tempo Nº de Amostras Realizadas t de Student Confiabilidade Erro Admissível Coef. de Variação PARÂMETRO Na = NºMIN de Amostras
C
IC
LO
1
PERFURAÇÃO 182 1.98 95% 10% 25.56% HOMOGÊNEO 26 CARREGAMENTO 18 2.16 95% 10% 19.39% HOMOGÊNEO 18 LIMPEZA 13 2.16 95% 10% 13.08% HOMOGÊNEO 8 BATIMENTO DE CHOCO 29 1.96 95% 10% 27.39% HOMOGÊNEO 29RASPAGEM 19 2.16 95% 10% 19.69% HOMOGÊNEO 18 ATIRANTAMENTO 27 1.70 95% 10% 29.72% HOMOGÊNEO 26 PROJEÇÃO DE CONCRETO 10 1.89 95% 10% 14.54% HOMOGÊNEO 8
MARCAÇÃO DE FRENTE 10 1.89 95% 10% 14.54% HOMOGÊNEO 8
C
IC
LO
2
PERFURAÇÃO 23 1.717 95% 10% 21.34% HOMOGÊNEO 20 CARREGAMENTO 18 2.16 95% 10% 19.39% HOMOGÊNEO 18 LIMPEZA 13 2.16 95% 10% 13.08% HOMOGÊNEO 8 BATIMENTO DE CHOCO 29 1.96 95% 10% 27.39% HOMOGÊNEO 29RASPAGEM 19 2.16 95% 10% 19.69% HOMOGÊNEO 18 ATIRANTAMENTO 27 1.70 95% 10% 29.72% HOMOGÊNEO 26 PROJEÇÃO DE CONCRETO 10 1.89 95% 10% 14.54% HOMOGÊNEO 8
MARCAÇÃO DE FRENTE 10 1.89 95% 10% 14.54% HOMOGÊNEO 8
O tempo dos elementos operacionais do desenvolvimento amostrados, no primeiro ciclo utilizou perfurações com comprimento de 3,70m que totalizam 687minutos e o segundo ciclo que utilizou perfurações com comprimento de 5,20m, totalizou 909 minutos como mostra a tabela 4:
Tabela 4: Tempos (min) das Operações Unitárias do Ciclo Operacional
TPERF TCAR TLIMP TSC TCON TATIR TRASP TMC TTOTAL
CICLO 1 201 88 148 67 37 118 23 5 687
CICLO 2 226 124 212 96 37 176 33 5 909
Os tempos de troca de turno não foram levados em consideração para fazer a composição dos ciclos. O tempo restante para a detonação, em cada ciclo, será perdido, pois nenhuma operação poderá se iniciar até a liberação da frente, e nenhuma detonação ocorrerá até antes do final do turno.
Assim, os números de turnos gastos em operação para avanço das frentes, para o ciclo 1 e ciclo 2 serão, respectivamente, 3 e 4 uma diferença de 33%, O ganho em produtividade pode ser mensurado pela diferença das velocidades de desenvolvimento:
A velocidade de avanço por ciclo (VA) será dada pelo quociente entre o comprimento
avançado em cada ciclo e o tempo total gasto de acordo a Equação 1:
(1)
Onde, VA = Velocidade de Avanço por Ciclo (em m/h); CF = Comprimento do Furo; A = % de
Arranque; TC = Tempo de Ciclo. (YAMAGUCHI, 2012).
Considerando as seguintes características temos:
CICLO 1: A1 = 88%, TC = 3 turnos (TC1 ), CF = 3.7 m, VA = VA1 =1,085
CICLO2: A2 = 90%, TC = 4 turnos (TC2 ), CF = 5.2 m, VA = VA2 = 1,170
Para se estabelecer o limite de corte, fazemos: VA1 = VA2, como segue:
(0.88 x 3.7)/TC1 = (0.90 x 5.2)/TC2
TC2 = 1.437 x TC1
Para ser econômico o resultado mostra que o tempo de ciclo 2 não pode ser maior do que 43,7% do tempo de ciclo 1, como mostra a Tabela 5.
Tabela 5: Linha de corte da produtividade para os dois ciclos operacionais
TC2 < 1,437TC1 VA2 > VA1 (Ciclo 2 mais produtivo)
TC2 = 1,437TC1 VA2 = VA1 (Ciclos com igual produtividade)
TC2 > 1,437TC1 VA2 > VA1 (Ciclo 1 mais produtivo)
O ganho em produtividade nas escavações das galerias de desenvolvimento pode ser mensurado pela diferença das velocidades como mostra a Equação 2:
(2)
Com os ganhos obtidos e obedecendo as principais premissas o ganho de 7,83% no desenvolvimento mensal representa um acréscimo na meta realizada, que é de 650 m/mês, de 51 metros, passando para avanços mensais de 701 metros.
Análise dos dados gerados pelo gerenciamento eletrônico RCS, foi de suma importância para padronização da perfuração e melhorias dos avanços. A Figura 4 mostra plano perfurado sem a navegação, enquanto a Figura 5 mostra uma perfuração com a navegação. Com o uso da tecnologia RCS, foram realizados fogos com 90% de rendimento, enquanto para as furações não controladas o avanço médio obtido é de 88%.
Figura 4: Registro gerado por uma perfuração não navegada (Software Tunnel Manager Lite ® – Atlas Copco)
Figura 5: Registro de perfuração gerado por uma perfuração navegada (Software Tunnel Manager Lite ® – Atlas Copco)
Para avaliação mecânica os equipamentos foram, então, levantados os indicadores chave de desempenho, em inglês Key Performance Indicator (KPI’s).
Mean Time To Repair (MTTR) e Mean Time Before Failures (MTBF)
Os tempos colhidos formam uma série de dados compreendida entre o período 01/09/2011 a 31/10/2011, estão dispostos na Tabela 6.
Tabela 6: KPI’s dos Equipamentos de Perfuração ID EQUIPAMENTO HORAS TOTAIS MANUT. CORRETIVA Nº DE SOLICITAÇÕES MTTR (minutos) MTBF (horas) JB 02 1357,84 163,85 44 223 30,86 JB 03 873,54 60,03 19 189 45,98 JB 04 1460,36 210,17 77 163 18,97 JB 05 1439,67 150,32 66 137 21,80 JB06 1458,84 295,65 85 208 17,16 JB 07 em teste 768,09 27,21 9 181 85,34
Podemos ver com o segundo KPI escolhido, no MTBF, que o tempo médio entre falhas mostra claramente a vantagem do equipamento mais novo, que chega a quase 3 vezes do tempo sem paradas para manutenção corretiva, em relação aos demais; e quanto ao primeiro KPI escolhido, no MTTR, não houve diferença significativa.
Foram levantados tempos de perfuração, número de furos produzidos, comprimento de furos, para se obter as taxas de penetração dos equipamentos. Para os equipamentos Jumbos com perfuração 3,7m a taxa de penetração foi de 15,23m /h e para o equipamento com perfuração de 5,2m a taxa de penetração foi de 15,91m /h.
Os dados de custos de perfuração levantados mostram que não houveram variações significativas, como mostra a Tabela 7.
Cmm = Custo por metro perfurado (envolve gastos com ferramentas de perfuração);
Cma = Custo por metro avançado (equivale ao quociente do Cmm pelo Avanço, em %);
Tabela 7: Resumo dos KPI’s
ID EQUIPAMENTO MTTR MTBF Cmm (em R$/m) Cma (em R$/m) TP (em m/h)
JUMBOS MCSA 184min 26,95min 1,88 2,24 59,577
JUMBO ATLAS
COPCO 181min 85,34min 1,95 2,27 74,544
Em resumo, podemos dizer que o Jumbo da Atlas Copco obteve um desempenho operacional e mecânico favorável.
CONCLUSÕES
Dos resultados obtidos, além do aumento da produtividade na perfuração, o mais evidenciado é a possibilidade de se realizar menos ciclos operacionais para o alcance das metas estabelecidas tendo um acréscimo de produtividade no avanço das galerias de 7,83% representando 51m a mais mensal e expondo menos os nossos colaboradores ao risco.
A relação do número de ciclos, com rendimento dos fogos alcançados para variados comprimentos de furo, mostra uma excelente eficiência na utilização do método de furos longos associado com o sistema de gerenciamento da perfuração, RCS.
O novo Jumbo da Atlas Copco, em fase de testes apresentou um custo com ferramentas similar aos da frota da MCSA, além de um desempenho mecânico maior (que já era de se esperar, devido à idade e porte das perfuratrizes).
Para alcançar a meta mensal de 750m de desenvolvimento o equipamento dotado com lança para o furo de 3,7m e sem o sistema de gerenciamento da perfuração demostrou um avanço de 88% com 230 números de ciclos, enquanto que associando a lança para furos de 5,2 m com o sistema de gerenciamento da perfuração demostrou um avanço de 90% com 160 ciclos, são 70 ciclos a menos. No mês de março de 2012, o desenvolvimento da Mineração Caraíba alcançou um recorde, chegando ao patamar de 711m.
O ganho em produtividade 7,83% para a nova metodologia de desenvolvimento refletiu no primeiro trimestre do ano corrente um acréscimo de 153 metros de galerias desenvolvidas o que proporciona uma antecipação na liberação de reservas de aproximadamente 18 mil toneladas de minério sulfetado de cobre.
Outro fator importante é o índice de suficiência de reserva, pois com uma maior velocidade no desenvolvimento pode-se antecipar a liberação das reservas e aumentar a produção anual do empreendimento.
Em 2011, foram desenvolvidos 6.492 m de galerias, liberando 754.809 t de minério sulfetado da mina subterrânea, isto são 116,27 toneladas de minério liberado por metro desenvolvido.
Isto significa que, se houvesse um incremento de 7,83% no desenvolvimento, utilizando a metodologia estudada, representaria um acréscimo de 508m de galerias no ano, que anteciparia uma massa de ROM de 59.102t de minério sulfetado.
REFERÊNCIAS
BARBOSA F°, J. Representatividade da Amostra nos Estudos de Impactos Ambientais. In: III Simpósio sobre Barragens de Rejeitos e disposição de Resíduos - REGEO ' 95 Ed. UFOP/ABGE/ABMS/CBGB, Vol. II, Ouro Preto, il., p: 665-679.
YAMAGUCHI, Pedro 2012, Avaliação e estudo sobre a inserção de um novo equipamento na frota de jumbos da Mineração Caraíba S/A. Programa de Graduação em Engenharia de Minas, Universidade Ferderal da Bahia, p.62-69.
OLIVEIRA Jr.,J.B. (2007) Operações Mineiras (ENG043) Notas de aula. UFBA/EP/DCTM. RICARDO, H.S. Manual Prático de Escavação: terraplenagem e escavação de
rocha; revisão técnica de CATALANI, G. 3ª ed. São Paulo, Editora Pini, 2007.
Manual do Equipamento. Product Sheet: Boomer E2 C – Atlas Copco. 2012.
TUNNEL MANAGER LITE ® - Atlas Copco. Software Privado. Disponível em:
