Atualmente, a Codelco está desenvolvendo o Projeto Novo Nível de Mineração

Atualmente, a Codelco está desenvolvendo o Projeto Novo Nível de Mineração (PNNM) em El Teniente, para alcançar  reservas de cerca de 2 milhões t de cobre, localizadas abaixo do atual nível de  extração. Matéria cedida com exclusividade pela revista

IM-International Mining

 

A extração desse  bloco de minério irá começar em 2017, utilizando o processo de panel caving e um método de aprofundamento progressivo. A Codelco e a SKM Minmetal (SKM) conduziram conjuntamente o estudo de pré-viabilidade do projeto, concluído em março de 2008. A alimentação atual do concentrador de Cólon em El Teniente é de 137.000 t/d e a meta do projeto PNNM é alcançar 180.000 t/d até o ano de 2026.

Uma mudança importante do sistema de transporte subterrâneo está sendo proposta – substituir o atual sistema sobre trilhos por caminhões e um sistema de correia transportadora.

Um dos focos do projeto tem sido maximizar a contribuição de novas tecnologias, tanto para as fases de construção quanto operacional do PNNM, juntamente com a escolha da melhor infraestrutura disponível para manter a produtividade de El Teniente pelos próximos 50 anos. Isto inclui a melhoria dos processos e das práticas de gerenciamento atuais.

A meta é reduzir os atuais riscos operacionais da mina e aproveitar as novas oportunidades oferecidas pelo projeto. Todos os aspectos relacionados a recursos humanos, manutenção e gestão, manuseio de materiais, estruturando operações e acessos centralizados, automação e controle remoto das operações e otimização do consumo de energia serão avaliados.

A mina El Teniente fica a 80 km ao sul de Santiago, em uma altitude de 2.500 m acima do nível do mar (manm). É uma das maiores minas subterrâneas do mundo, com mais de 2.400 km de galerias subterrâneas desde o início da mineração, em 1905. A mina produz cerca de 430.000 t/a de cobre fino e 4.750 t/a de molibdênio. A operação atual inclui seis blocos de mineração subterrânea, localizados em diferentes profundidades. Os mais importantes são Esmeralda, Reservas Norte, Diablo Regimiento e Pipa Norte. As várias operações são realizadas de uma formação vulcânica não mineral intrusiva, chamada Braden, onde está localizada a infraestrutura de produção de cada bloco.

O minério é inicialmente transportado até a superfície através de um sistema sobre trilhos, localizado no Nível 8 de El Teniente, a 1.980 manm. Após passar pelas unidades de britagem de Colón, é encaminhado para o concentrador. No final da década de 1960, um importante projeto de expansão definiu o sistema sobre trilhos do Nível 8 como o principal sistema de manuseio de material, o que dificultou a realização de outros projetos posteriores. A expansão de 36.000 t/d para 63.000 t/d, e as etapas seguintes para 130.000 t/d, ocorreram durante um período de 40 anos, e todos utilizaram o transporte sobre trilhos.

Este projeto – “talvez o maior projeto de mineração subterrânea no mundo atualmente,” disse Fernando Reyes, da SKM – tem um investimento total estimado em mais de $3 bilhões. O PNNM irá também influenciar o escopo dos projetos futuros, provavelmente pelos próximos 40 anos.

O PNNM está localizado em um nível abaixo das operações existentes e também ao redor da formação de Braden (ver figuras). Os trabalhos de lavra vão se aprofundar, em média, 350 m abaixo do nível de produção atual, ou seja, 100 m abaixo do principal nível de transporte existente. O panel caving será empregado. Desta forma, os novos níveis de lavra, em ordem descendente, serão:

- Nível inferior – 1.880 manm;

- Nível de produção – 1.860 manm, com o layout padrão de El Teniente, com a extração de minério feito por LHDs de 7.6 m³;

- Nível de Transporte – 1.800 manm, utilizando caminhões diesel de 80 t de capacidade*;

- Nível da Britagem – 1.760 manm, onde haverá três britadores giratórios de 1.5-2.3 m;

- Nível de Transporte – 1.700 manm, onde fica o sistema principal de esteira transportadora de 12 km de comprimento, operando com uma correia de 2.134 mm de largura.

Haverá um estoque de superfície – a 1.910 manm – com capacidade de 240.000 t. O início da produção irá ocorrer em 2017, seguido de ramp up ao longo de mais de 13 anos para alcançar o nível máximo  de 180.000 t/d.

A Codelco e a SKM lembram que “a natureza do projeto em termos de profundidade, tamanho e método de lavra cria riscos significativos para suas instalações e processos – muitos deles associados à integridade física e à saúde de seus trabalhadores. No entanto, eles podem ser enfrentados principalmente através das soluções tecnológicas, considerando a automação e/ou a inovação dos conceitos nos processos a serem adotados. Apesar da exigência do projeto em sustentar os níveis atuais de produção, o PNNM pode ser quase considerado como um novo projeto. Ele cria grandes oportunidades para a melhoria da qualidade de vida dos trabalhadores e a lucratividade e continuidade do negócio.”

A equipe do PNNM considera que os principais riscos estão associados ao aprofundamento da mina, através do aumento da pressão litostática (estéril), com o subsequente aumento das tensões do maciço rochoso. O projeto tentará mitigar os riscos em relação a fatores como:

- Sismicidade e explosões das rochas, fenômenos que se tornam importantes na medida em que a mina se aprofunda;

- Colapsos;

- Queda de rochas de locais altos, por exemplo, nos pontos de extração ou nas galerias de avanço;

- Deslizamento de lama nos pontos de extração;

- O risco do trafego dos equipamentos móveis, tais como LHDs e caminhões; 

- Incêndios causados por equipamentos móveis a diesel ou em esteiras transportadoras;

- Operações a grandes altitudes.

Esses riscos serão mitigados através do uso de novas tecnologias, e a otimização de outras já em uso, minimizando a exposição dos trabalhadores aos riscos, e monitoramento em tempo real do comportamento do maciço rochoso.

As oportunidades do projeto derivam principalmente da localização do novo nível de produção, que torna a infraestrutura independente das instalações atuais da mina. Além disso, o longo tempo que a equipe do projeto conta para avaliar a tecnologia e as práticas antes da implementação efetiva dos trabalhos representa uma oportunidade única para um planejamento cuidadoso. Essa situação, a equipe diz, permite “a introdução de uma série de melhorias e inovações, tanto na lavra quanto na concepção do manuseio de materiais e também na gestão da mina”.

“Um nível inferior único permite a centralização de todos os serviços e da logística da mina, localizados na formação Braden. Além disso, o projeto considera a melhoria e integração de sistemas atuais. Por exemplo, a água de infiltração será manuseada através de um novo nível de drenagem, que coleta todo o volume de água subterrânea antes de enviá-la à superfície, e um sistema de ventilação racionalizado, que pode ser dimensionado de acordo com os requisitos individuais de cada setor de lavra.”

Talvez tão importante quanto a mudança do sistema sobre trilhos para a correia transportadora seja a construção de uma nova via de acesso dentro da mina, reduzindo o tempo de percurso dos trabalhadores até as frentes de lavra de duas para uma hora, em cada sentido. Isso irá gerar importantes melhorias na gestão do pessoal, que basicamente significa um aumento do tempo efetivo de trabalho e de produtividade, comparando-se à situação atual. Outros ganhos virão das inovações na gestão da manutenção.

O PNNM irá implementar o conceito de consumo inteligente de energia em todos os processos, especialmente na ventilação, drenagem e transporte do minério. Os principais sistemas, inovações de projeto e melhorias são:

- Automação e controle remoto do processo;

- Monitoramento do comportamento do maciço rochoso em tempo real;

- Aplicação do conceito de consumo inteligente de energia.

 

Automação/controle remoto

Será possível implantar a operação e o controle remoto dos diferentes processos. As salas de controle ficarão localizadas em um novo prédio da empresa, em um vale próximo da cidade de Rancagua, a 50 km da mina. A revista IM tem frequentemente divulgado as vantagens de se operar sem operador, por controle remoto, um equipamento de mineração subterrânea, mas vale a pena repeti-las:

- Melhoria da segurança pessoal, diminuindo a exposição dos funcionários aos riscos dentro da mina;

- Melhoria das condições de trabalho, que aumentam a qualidade de vida e diminuem as doenças relacionadas ao trabalho pela menor exposição dos funcionários aos gases de exaustão, poeira, ruídos e vibrações que podem afetar a saúde;

- Aumento na produtividade da equipe e do uso de equipamentos, com mais horas de trabalho efetivo;

- Melhoria no controle dos cronogramas de produção, e no controle adequado dos equipamentos;

- Operação mais eficiente do equipamento;

- Operação mais suave significa menos danos e desgaste das máquinas;

- Otimização do processo com ajuda da informação em tempo real e on-line;

- Menor gasto com combustível e energia (ambos inclusos no conceito de consumo inteligente de energia);

- Redução do tempo necessário para reagir a eventos não previstos, graças à disponibilidade da informação em tempo real. 

Os processos e equipamentos que podem ser remotamente operados e controlados são os seguintes:

LHD semi-automatizada - a extração de minério com LHDs semiautomáticas tem sido utilizada na El Teniente desde 2004. No início da operação, havia dois sistemas Sandvik AutoMine em El Teniente - controlando três LHDs na área de Pipa Norte e outras três em Diablo Regimiento. Os motivos pelos quais as expectativas não foram totalmente atendidas nesses casos serão considerados pelo PNNM como lições a serem aprendidas, visando a alcançar os resultados esperados nas novas aplicações. A Sandvik está engajada nesse processo.

No início do uso do sistema AutoMine (em 2005), Martín Pierola, chefe de operações de Pipa Norte, definiu bem o sistema: “AutoMine trouxe um aumento das horas produtivas. Este é também o quarto ano sem acidentes com perda de tempo graças à operação do sistema. A disciplina de trabalho dentro da mina tem resultado em melhoria da produção”.

A frota responsável pela produção de 10.000 t/d em Pipa Norte inclui três LHD Sandvik 0010C, semi-autônomas, com capacidade nominal de 17.5 t. Para integrar totalmente o sistema AutoMine com a estrutura geral de produção, as máquinas precisam operar em zonas de exclusão com acesso estritamente controlado. Naquela época, um operador remoto, localizado na sala de controle central a 10 km da parte externa da mina, supervisionava cada equipe de três LHDs. Além do papel de supervisão geral, o operador controla o processo de enchimento das caçambas (que exige tomadas de decisões em tempo real) através de controle tele-remoto. Com suas caçambas cheias, mas sem derramar nas vias de serviço, as LHDs então se dirigem automaticamente para uma britagem subterrânea, despejam a carga, e se deslocam automaticamente para o próximo ponto de extração alocado.

Na medida em que a LHD se aproxima do ponto de extração, o sistema alerta o operador de que a caçamba precisa ser enchida novamente, e o ciclo recomeça. Operando no regime 24/7 em El Teniente, com três turnos, quatro operadores tele-remotos, cada três equipes de LHDs efetuam o trabalho de 16 operadores de LHD convencionais – em total segurança. Devido ao alto nível tecnológico, um grande número de trabalhadores especializados em manutenção é necessário. Esse custo é compensado pela redução do consumo de peças sobressalentes e uma vida mais longa dos pneus. A Codelco continuou a expandir as áreas onde o sistema AutoMine opera. 

“Os efeitos positivos do sistema AutoMine nos trabalhadores e na utilização da frota são substanciais em termos de segurança, bem como proporcionam maior produtividade e continuidade. A multifuncionalidade tem amadurecido em cada um dos operadores, permitindo a otimização dos resultados”, explicou Oscar Salinas, Operador do Sistema Automine.

Fragmentação secundária utilizando jumbos remotamente controlados – irá evitar a exposição dos trabalhadores e centralizar as atividades de perfuração e detonação na mesma máquina, evitando dessa forma a exposição direta dos trabalhadores a quedas de rochas, o manuseio de explosivos e acidentes.

Operação remota de rompedores instalados nos pontos de despejo da LHD – atualmente há um bom sistema de rompedores para quebrar blocos de minério operado remotamente na mina. O PNNM vai utilizar essa tecnologia e incorporar melhorias.   

Transporte feito por caminhões automatizados no nível intermediário de transporte - a área de Reservas Norte utiliza os caminhões Sandvik de 80 t para o transporte intermediário de minério, com operadores a bordo. Este sistema representa entretanto uma oportunidade para o uso da automatização nos caminhões do PNNM. 

Operação remota em calhas de carregamento – esta tecnologia já é utilizada na mina e será melhorada no PNNM.

Operação remota da britagem – o contínuo monitoramento das operações da britagem, incluindo a remoção de metais e madeira do fluxo do minério, proveniente dos níveis antigos da mina, e a redução dos blocos grandes por rompedores, serão feitos por controle remoto usando as informações recebidas em tempo real.

Sistema de transporte de minério – é baseado no sistema de correias transportadoras de alta capacidade (10.000 t/h), e terá um sistema de instrumentação que fornece dados operacionais em tempo real. A equipe do PNNM diz que “se estuda a incorporação de motores síncronos de baixa velocidade para evitar o uso de caixa de engrenagem para reduzir a velocidade.” Além disso, o sistema terá um processo de partida sofisticado e um sistema de controle de frenagem baseado na tecnologia de conversor de frequência, que irão permitir uma partida suave das correias transportadoras até alcançar a velocidade de operação e um procedimento semelhante ao contrário para a parada. “No entanto, é importante destacar que o sistema de transporte já se encontra no limite máximo da tecnologia existente. Torna-se necessário identificar com precisão e remover completamente todos os materiais estranhos, como aço e madeira provenientes de velhas estruturas de apoio da galeria, dos alimentadores de esteira que alimentam as britagens e as correias transportadoras localizadas abaixo das caixas de descarga da britagem. A garantia da disponibilidade da correia transportadora principal e do subsequente nível de produção depende disso.”

Ventilação através de um sistema inteligente – o projeto prevê uma discreta ventilação através dos diferentes setores da mina, baseada nos requisitos estabelecidos pela quantidade de operários e equipamentos, identificados através de tags. Isto ajudará no cálculo dos volumes de ar, juntamente com os sensores de gás e calor dentro das galerias. O conceito de ventilação sob demanda permite uso mais eficiente da energia.

 Instrumentação geomecânica – será instalada dentro do corpo mineralizado para fornecer monitoramento em tempo real do comportamento do maciço rochoso, registrando a sismicidade por setores, e ajudando a estabelecer um melhor planejamento da produção e índices de consumo. Ela também auxiliará na prevenção de eventos de explosões potenciais das rochas.

O projeto prevê uma melhoria radical no layout da mina, quebrando todos os velhos paradigmas.

Drenagem da mina – atualmente, a drenagem da água do degelo da mina da El Teniente e outras fontes originárias se faz através dos diversos sistemas, passagens e poços, em direção à ventilação de exaustão de subnível do setor correspondente. Dali a água é bombeada até a superfície, juntamente com o ar de exaustão da mina. O PNNM considerou a infraestrutura exigida para a captação, limpeza e transporte dessa água através de um nível de drenagem adicional, para coletar a água oriunda dos níveis superiores da mina. A razão do fluxo volumétrico é sazonalmente variável. Dessa forma o sistema tem que ser capaz de coletar de 550 a 1.960 l/s.

A coleta de água começa no nível de produção onde a água infiltrada da chuva e o gelo derretido são recebidos. A água é coletada e o fluxo sob gravidade através de calhas instaladas na base das galerias é transferido para os diferentes níveis através dos poços de drenagem, para finalmente atingir o nível de drenagem. Ali os lagos de depósito de areia irão separar os elementos sólidos e de lá a água limpa é conduzida até a superfície através de dois dutos localizados no túnel da correia transportadora principal.

 

Serviços centralizados

O PNNM será projetado e operado como um grande e único nível – ao contrário da lavra de blocos pequenos localizados em diferentes níveis, como ocorre atualmente. Isto permite uma centralização das operações na área de Braden, equidistante da nova mina. As instalações de gerenciamento, oficinas de manutenção subterrâneas, reabastecimento, abrigo para troca de operários e armazenagem de explosivos estarão todos centralizados.

Esta simplificação dos serviços irá gerar economia de tempo, redução de pessoal associado aos serviços, manutenção mais eficiente, simplificação dos acessos às instalações e outros benefícios.

O sistema de manuseio de materiais na mina El Teniente consiste basicamente de passagens de minérios que conectam as diferentes áreas de lavra com um sistema de transporte sobre trilhos. O manuseio dos materiais do PNNM se dará através de um sistema de esteira transportadora de 2.134 mm de largura, que irá retirar o minério de dentro da mina para um estoque localizado na superfície, próximo ao concentrador de Colón. As vantagens são maior disponibilidade, equipe de trabalho reduzida, maior flexibilidade para alimentar o estoque, considerando o nível mais baixo de partida do projeto PNNM e o potencial para futura expansão até 240.000 t/d.

É previsto que as máquinas de perfuração de túnel (TBMs) irão escavar o acesso e os principais túneis da correia transportadora para o PNNM. Ambos terão 8 m de diâmetro. Além disso, galerias de ventilação serão abertas utilizando esta tecnologia, tendo a vantagem adicional de reduzir as perdas por fricção do ar nas paredes da galeria.

Entre as vantagens da TBM, comparada com a perfuração e o desmonte com explosivos, destaca-se a habilidade de simultaneamente se escavar e dar suporte à seção aberta. O avanço varia de 12 a 15 m/d e elimina os riscos associados ao manuseio de explosivos.

A estratégia de manutenção do projeto irá incorporar a tecnologia de logística, que terá um alto impacto no gerenciamento da manutenção. Neste contexto, a tecnologia de identificação através da radiofrequência deve ser adotada para o acompanhamento e controle dos principais componentes da mina e um sistema de posicionamento global (GPS) para os mesmos serviços fora da mesma. Isto será complementado pelo uso de tecnologia biométrica.

 

Futuras Tecnologias

Considerando o período de implantação de longo prazo (a partida está prevista para meados de 2017 e há muitos investimentos programados nos próximos 16 anos), o projeto deve estar aberto para adotar tecnologias que atualmente ainda não são comprovadas. Um grande número de fornecedores de equipamentos de mineração e centros de desenvolvimento de tecnologia tem encorajado os esforços nessa direção.

Considera-se que é importante desenvolver caminhões elétricos com preços mais competitivos do que os caminhões a diesel. O aumento constante do preço do petróleo promete custos operacionais futuros mais altos, enquanto as emissões de gases poluentes exigem a provisão de mais ar de ventilação. Além disso, a logística de abastecimento de combustível em altas altitudes torna a operação dos caminhões movidos à eletricidade atrativa. A equipe acredita que “o uso de caminhões movido à energia mista – sistema de alimentação de bateria e rede trolley – parece ser a melhor alternativa.”

Por razões semelhantes, o uso de energia elétrica para as LHDs também é atraente. O uso de cabos de alimentação para esse tipo de equipamento está sendo testado em El Teniente com resultados considerados insatisfatórios. No entanto, a Sandvik destaca que os testes foram feitos nos anos 1980, mas “o equipamento atual é muito mais confiável. A concepção da mina tem que ser considerada ao utilizar LHDs elétricas.” Espera-se que baterias recarregáveis sejam mais eficientes no futuro. Elas deverão ser menores e ter maior capacidade para permitir uma maior autonomia do equipamento.

Para evitar a exposição dos operários aos explosivos do desmonte secundário e atividades de liberação de “chocos”, a automação dessas atividades com a ajuda de jumbos controlados remotamente é considerada necessária nas operações futuras. 

A equipe também observa que “TBMs ou as máquinas de mineração contínua estão se tornando cada vez mais atraentes para a mineração subterrânea, como uma forma de eliminar os explosivos, com consequentes vantagens de segurança e falta de emissões de gás. Este equipamento também promete um andamento mais rápido dos trabalhos, e a construção de túneis com melhores seções do ponto de vista geomecânico, menos aspereza da superfície interior das galerias para fins de ventilação”.

O projeto possui alguns aspectos importantes que precisam ter uma melhoria tecnológica para a otimização dos processos. Dois exemplos são os detectores de metais e processos de tratamento de água. 

O entulho originário de operações antigas nos níveis superiores da mina existente irá aparecer nos pontos de extração de nível de produção do PNNM. Itens como as estruturas de metal, chumbadores de rocha, cabos, vigas, suportes de vigas e pedaços de madeira precisam ser logo detectados e removidos para evitar paradas na linha de produção, especialmente da britagem, ou cortes nas correias transportadoras. Considerando que toda a produção da El Teniente será manuseada por um sistema de esteira transportadora de linha única, qualquer melhoria para reduzir o perfil de risco será muito bem-vinda.

A equipe sugere “o processamento de imagens de raios-X do entulho enterrado e das madeiras no equipamento de transporte do minério para identificar seus tamanhos e a localização, que poderá ser muito útil na remoção por controle automático ou remoto com a ajuda de robôs industriais.

“Qualquer melhoria na qualidade dos processos e redução dos custos operacionais do tratamento de água será bem-vinda.”

A equipe conclui que a incorporação de novos acessos e túneis de transporte permitem a construção do PNNM praticamente sem interferência da operação existente. “A concepção do PNNM irá trazer uma melhoria óbvia na qualidade de vida dos operários, reduzindo o tempo de deslocamento dos mesmos para o trabalho e para casa. Para evitar a exposição dos operários a qualquer possível ambiente hostil dentro da mina e desta forma melhorar as condições de saúde e segurança, o sistema de ventilação é realimentado com o ‘Sistema de Localização por Tags’ para o fornecimento de ar na quantidade e extensão exigida. Isto também reduz o consumo de energia. “O consumo inteligente de energia é um conceito que deve estar presente na concepção de todos os sistemas e escolha dos equipamentos. IM