PPGEM - Doutorado (Teses)

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Adequação do índice de blastabilidade de modelos de fragmentação ao desmonte de rochas em pedreiras de brita.
(2020) Quaglio, Osvail André; Silva, José Margarida da; Silva, José Margarida da; Morais, Juarez Lopes de; Silva, Valdir Costa e; Arroyo Ortiz, Carlos Enrique; Destro, Elton
A construção civil é um dos principais parâmetros para avaliação de desenvolvimento da sociedade moderna, sendo reflexo da evolução humana em termos de tecnologia e bem-estar comum. Um dos insumos mais importantes, intrínsecos a essa indústria, são os agregados, utilizados na produção de concreto, lastro de rodovias, enrocamentos, pavimentação, entre outros. A escarificação do maciço rochoso, para a obtenção da matéria prima, em geral, é feita com auxílio de explosivos e procura produzir material dentro de faixa granulométrica pré-definida, otimizando operações subsequentes de cominuição, gerando o produto final de acordo com especificações técnicas exigidas pelo mercado. Pela natureza dos trabalhos, isso nem sempre é possível, sendo gerados, muitas vezes, blocos de rocha com granulometria maior do que a faixa esperada (matacões), acarretando custos e riscos relativos a equipamentos e pessoal. A geração excessiva de finos pode reduzir as metas de produção nas etapas subsequentes de beneficiamento do material, tornando o processo menos eficiente. Alguns métodos de cálculo são descritos na literatura para estimar o resultado do desmonte com a predição de curva granulométrica teórica resultante, o que permite melhor planejamento e simulação das variáveis geométricas do desmonte em função dos resultados esperados. No entanto, esses cálculos apresentam erros associados às diversas variáveis envolvidas, tendo como principal fator a incerteza na definição das características físicas do maciço rochoso como o módulo de Young e a presença de descontinuidades, que influenciam a ação dos explosivos. No presente trabalho foi realizada adequação dos modelos de cálculo de blastabilidade Kuz-Ram, KCO e Kuz-Ram modificado, de modo a aproximar a curva estimada do desmonte às curvas teóricas dos modelos citados, com utilização de ajustes propostos no fator de rocha (A) e índice de uniformidade de partículas (n). Os trabalhos foram realizados em duas pedreiras de brita do interior de São Paulo, Pedreira Mogiana e Pedreira Nogueirense. A escolha se dá devido à semelhança na litologia e no método de produção das pedreiras e variação na geração de matacões, em média, 24% e 16% de matacões, respectivamente. Os estudos aqui apresentados convalidaram a Técnica de Excitação por Impulso (TEI) para a determinação do módulo de Young, com custos de 90% e tempo de execução 80% inferiores em relação ao método de compressão uniaxial (tensão x deformação) e a fotoanálise por meio do software WipFrag para a definição da curva estimada de distribuição de partículas. Em relação ao fator de rocha A, foram reduzidos os erros em 44% e 24% (D50). Os ajustes das curvas de distribuição granulométrica teórica reduziram os erros em 18% e 21% para as partículas finas (em n20), abaixo da média e 20% e 23% para as partículas acima da média (em n80), para as Pedreiras Mogiana e Nogueirense, respectivamente.
Análise via simulação da ventilação em mina subterrânea - estudo de caso mina Córrego do Sítio I.
(2019) Costa, Leandro de Vilhena; Silva, José Margarida da; Silva, José Margarida da; Arroyo Ortiz, Carlos Enrique; Souza, Henor Artur de; Candia, Renan Collantes; Torres, Vidal Félix Navarro
A liberação de calor é um dos fatores que influenciam nas taxas de produção e na eficiência operacional na lavra subterrânea. Esse trabalho mostra a análise do calor liberado na mina subterrânea de estudo. São apresentados estudos como a possibilidade de substituir parte da frota por caminhões elétricos que reduziria significativamente a liberação de calor devido a emissão de zero poluentes, mudanças nos procedimentos operacionais e a construção de um poço de exaustão. Esta avaliação é realizada por meio de medições de calor em campo, análise dos bancos de dados e softwares de modelagem. A redução da quantidade de calor na mina melhoraria o sistema de ventilação, o ambiente de trabalho, o que resultaria em condições adequadas de saúde, segurança e eficiência dos funcionários. Estima-se que que a substituição por equipamentos elétricos reduziria em 40% a demanda por ventilação. São investigadas as principais características do sistema de ventilação em uma mina localizada na região central de Minas Gerais usando o método de realce em subníveis (sublevel stoping), com a ideia de analisar seu comportamento específico em termos de particularidades do fluxo de ar e troca de calor. Dados relativos às condições de ventilação subterrânea são coletados de 2017 a 2019. Primeiro, é necessário criar um banco de dados com diversas variáveis impactantes na ventilação e posteriormente analisar qual(is) dela(s) intefere(m) no sistema no curto e médio prazo. A consideração desses fatores resulta em um planejamento de lavra mais eficiente, reduzindo-se gastos e aumentando a produtividade e consequentemente os lucros.
Efeito das tensões dinâmicas produzidas pelos desmontes de rochas no dimensionamento ótimo de pilares de Mina.
(2023) Cano Nunez, Alcides Eloy; Silva, José Margarida da; Arroyo Ortiz, Carlos Enrique; Arroyo Ortiz, Carlos Enrique; Figueiredo, Rodrigo Peluci de; Paneiro, Gustavo André; Munaretti, Enrique; Iramina, Wilson Siguemasa; Silva, José Margarida da
Na lavra subterrânea, um dos métodos mais utilizados para corpos de minério de baixa inclinação e baixa profundidade relativa é o de câmaras e pilares (C&P). Um dimensionamento ótimo das escavações nesse método envolve uma análise criteriosa das forças que participam ou carregam a estrutura do pilar, bem como, das lajes que compõem o teto dos vãos. O pilar é o principal sistema de suporte natural e, para tanto, deve atender às solicitações de resistência, garantindo a lavra do recurso mineral. O pilar tem tanto o topo quanto sua base sob esforços listostáticos, isto é, tensões normais e cisalhantes; assim também, a estrutura em questão é exposta a tensões dinâmicas provenientes dos desmontes de rochas, durante os estágios de produção mineral. A combinação das tensões litostáticas e dinâmicas configura um estado real de tensões que age na estrutura geotécnica. Uma prática comum no dimensionamento de pilares de mina é desconsiderar as tensões geradas pela onda sísmica, sob alegação que as magnitudes destas tensões não interferem na resistência do pilar. Tal prática aplicada no dimensionamento, que visa encontrar a seção transversal de suporte do pilar, é questionável por envolver subjetividade. Portanto, uma metodologia simplificada induz a erros na avaliação das forças e, a estrutura de sustentação pode trabalhar em condição de fadiga, o que levaria a apresentar porções em fase de coalescência e deformação, situação que evidencia a quebra dos seus parâmetros de resistência. Diante do exposto, foi estudado o problema de dimensionamento de pilares de mina em uma mineradora subterrânea localizada a 350 metros de profundidade e, nesta tese, se propôs identificar e estimar as tensões dinâmicas provenientes dos desmontes de rochas via algoritmos matemáticos, bem como representar o comportamento da onda sísmica no modelo de simulação. Após análises de otimização foi encontrada uma tensão de 4,87 MPa, enquanto, segundo a simulação, o valor da tensão dinâmica foi de 5,28 MPa e, estes valores agem na parede do pilar.
Os fundamentos da transformação digital nas operações de lavra : pessoas, processos e tecnologia.
(2023) Felsch Junior, Walter Schmidt; Lima, Hernani Mota de; Arroyo Ortiz, Carlos Enrique; Lima, Hernani Mota de; Morais, Juarez Lopes de; Tomi, Giorgio Francesco Cesare de; Rodovalho, Edmo da Cunha; Souza, Felipe Ribeiro
A mineração está em constante evolução em seus processos produtivos. Com o advento das tecnologias de sistemas embarcados, transmissão remota de dados e processamento computacional, novas ferramentas, processos e atribuições de pessoas surgiram na indústria mineral. No entanto, o uso de novos produtos associados a tecnologia demandam uma série de ajustes e adaptações no âmbito de processos e pessoas. As competências e qualificações pessoais não são frequentemente atualizadas ao mesmo ritmo que as evoluções tecnológicas. Além disso, a literatura não define soluções para medir a influência do fator humano nos processos das operações de mina a céu aberto. Para lidar com a gestão operacional na mineração devem ser considerados três fatores principais: pessoas, processos e tecnologia. A interação entre estes três fatores deve atingir um ponto ótimo para evitar a alienação, a frustração e o caos tecnológico. Esta tese fornece novos métodos que visam aprimorar a capacitação de pessoas nos centros de controle operacionais, inserir processos automatizados para análise de dados em tempo real, introduzir trabalhos técnicos referentes a sistemas de telemetria e GPS de alta precisão, e destaca os benefícios da implementação de caminhões autônomos na mineração. O estudo que envolve a capacitação de pessoas culminou no aumento da capacidade produtiva da frota de transporte em 19%. A prática de análise dados em tempo real e estruturação de processos resultou no aumento da produtividade de carregamento em 4,71%, além de reduzir em 6,8% as filas no carregamento. A utilização de dados de telemetria associado a um processo bem definido de ações e responsabilidades de pessoas gerou a redução dos custos operacionais de 3,3%. O controle de drenagem realizado por pontos de GPS de alta precisão se mostrou mais eficaz comparado com a metodologia tradicional e possui um alto potencial para melhorias na segurança e redução de ineficiências operacionais. A simulação da operação com o cenário autônomo constatou aumentos na produtividade e utilização das frotas de carga e transporte e evidenciou que a preparação da mina para o recebimento da tecnologia pode gerar resultados expressivos.