mineração_portugues21 - Automação mina subterranea

Prévia do material em texto

AUTOMAÇÃO EM MINAS SUBTERRÂNEAS 
DESAFIOS E PREMISSAS
*
SILVA, Cassiano Emílio da 1
ALVES, Jadir Pedro r2
SILVA, José Margarida da r3
Resumo
Diante da crescente concorrência, das exigências do mercado, busca por melhores desempenhos produtivos, aumento na segurança nas operações, redução na geração de resíduos e emissões ambientais, as empresas de mineração têm procurado maneiras de, cada vez mais, tornarem-se competitivas, ou seja, apresentar vantagens em relação à concorrência através, principalmente, da redução nas perdas e otimização dos seus processos produtivos. As lavras subterrâneas possuem vários processos operacionais que ocorrem de forma simultânea ou não, mas que são os responsáveis pelo desenvolvimento e sucesso do empreendimento econômico. Esses podem ser considerados como operações unitárias e compreendem as operações básicas de perfuração, desmonte, carregamento e transporte. Na prática essas operações, quando são utilizadas para extrair o minério, recebem a denominação de operações de produção. O trabalho numa mina subterrânea pode também ser representado pelas três funções básicas principais utilizadas para a preparação e extração mineral são elas: o desenvolvimento, a escavação e a movimentação. Já faz algum tempo que têm sido feitas mudanças no ciclo de operações de forma a acomodar algum tipo de equipamento ou tecnologia capaz de uma melhor adequação ao processo produtivo, uma vez que a automação é uma realidade presente e uma alternativa bastante atraente que vai ao encontro com as exigências por um aumento nos diferenciais competitivos das organizações. Dessa forma, a opção tecnológica é um caminho sem volta que cada vez mais é almejado nas operações minerais, ou seja, o processo tecnológico nas companhias mineradoras afeta diretamente as operações unitárias com a introdução e uso de maquinários cada mais tecnológicos, seguros e produtivos. O objetivo deste artigo é apresentar conceitos, desafios e perspectivas relacionados à aplicação de tecnologias de automação e informação em minas subterrâneas. Os gestores devem efetivamente adaptar as organizações a novos padrões de segurança, eficiência operacional e gestão integrada da informação. A padronização de interfaces deve ser aceita como premissa básica para a integração de processos. Os requisitos mínimos necessários à automação de uma mina subterrânea serão apresentados ao final deste trabalho.	Comment by josemargaridapc@outlook.com: resumo, geralmente, é texto corrido.
Palavras-chave: Operações unitárias; automação; processo produtivo; integração de processos e interfaces.
AUTOMATION IN UNDERGROUND MINES
CHALLENGES AND ASSUMPTIONS
Abstract
In the face of increasing competition, market demands, the search for better productive performance, increased safety in operations, reduction in the generation of waste and environmental emissions, mining companies have been looking for ways to increasingly become competitive, or that is, to present advantages in relation to the competition through, mainly, the reduction in losses and optimization of its production processes. Underground mines have several operating processes that occur simultaneously or not, but which are responsible for the development and success of the economic enterprise. These can be considered as unit operations and comprise the basic operations of drilling, blasting, loading and transport. In practice, these operations, when used to extract the ore, are called production operations. The work in an underground mine can also be represented by the three main basic functions used for mineral preparation and extraction, they are: development, excavation and movement. For some time now, changes have been made in the operations cycle in order to accommodate some type of equipment or technology capable of better adaptation to the production process, since automation is a present reality and a very attractive alternative that meets the needs with the demands for an increase in the competitive differentials of organizations. Thus, the technological option is a path of no return that is increasingly sought after in mining operations, that is, the technological process in mining companies directly affects unit operations with the introduction and use of increasingly technological, safe and productive machinery. The purpose of this article is to present concepts, challenges and perspectives related to the application of automation and information technologies in underground mines. Managers must effectively adapt organizations to new standards of security, operational efficiency and integrated information management. The standardization of interfaces must be accepted as a basic premise for process integration. The minimum requirements necessary for the automation of an underground mine will be presented at the end of this work.
Keywords: Unitary operations; automation; productive process; integration of processes and interfaces.
1 Aluno do curso de Pós-Graduação em Engenharia Mineral do Departamento de Engenharia de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto.
2 Aluno do curso de Pós-Graduação em Engenharia Mineral do Departamento de Engenharia de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto.
3 Doutor em Engenharia Metalúrgica e de Minas pela Universidade Federal de Minas Gerais, atualmente é Professor   do curso de Pós-Graduação em Engenharia Mineral do Departamento de Engenharia de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto.
4 .
1 INTRODUÇÃO
As minas subterrâneas existentes serão levadas a maiores profundidades devido as demandas da sociedade que estão em ritmo de crescimento. As condições de trabalho se tornam mais desafiadoras e exigindo condições de mais segurança, produtividade e rentabilidade frente as oscilações de preços do mercado. As companhias de mineração têm buscado usar a tecnologia como elemento diferenciador capaz de contribuir para o desenvolvimento e sucesso do empreendimento mineral reduzindo incertezas. Então por que não usufruir dos benefícios da tecnologia e buscar por uma mineração moderna, mais segura e sustentável? 
2 DESENVOLVIMENTO
2.1 Aspectos Metodológicos
Este trabalho está embasado no enfoque descritivo, uma vez que há a realização de levantamento bibliográfico. Para Gil (2002), o principal objetivo deste tipo de pesquisa é a descrição das características de determinada população, fenômeno ou estabelecimento de relações entre variáveis. O enfoque quantitativo, busca quantificar opiniões e dados, nas formas de coleta de informações, sendo muito utilizado no desenvolvimento das pesquisas descritivas, onde se procura descobrir e classificar relações entre variáveis. Já o enfoque qualitativo não emprega dados estatísticos como centro do processo de análise de um problema, não tendo pretensão de numerar ou medir unidades ou categorias, sendo mais adequada para a obtenção de um conhecimento mais aprofundado em casos específicos (OLIVEIRA, 1999). 
Para esse estudo foram utilizados os levantamentos bibliográficos. Chizzotti (2001) diz que, “a coleta de dados não é um processo acumulativo e linear cuja frequência, controlada e mensurada, autoriza o pesquisador, exterior à realidade estudada e dela distanciado, a estabelecer leis e prever fatos”. 
2.2 Revisão Bibliográfica
De acordo com Chaves (1996) apud Wellington (2007) a atividade mineral deve ser capaz de descobrir os recursos existentes, fazer sua extração, o transporte do material extraído da jazida por meio das operações de lavra e por fim, deve colocar esse bem mineral em condições que possa ser usado pelo homem. Todas estas etapas presentes no processo de explotação e tratamento mineral são chamadas de operações unitárias. Em outras palavras, são todas as operações feitas de forma simultânea ou não que contribuem para o funcionamento do empreendimento econômico. Na mineração subterrânea as principais operações unitárias são:
 Escavação (mecânica ou com perfuração e carregamento de explosivos);
 Estabilização e segurança do maciço rochoso (abatimento de choco, 
 atirantamento,instalação de telas metálicas, projeção de concreto e/ou 
 colocação de enchimento);
 Carregamento e transporte de materiais.
Na maioria das minas subterrâneas o processo de perfuração precede ao desmonte por explosivos, na escavação, que pode ainda ser mecânica, logo, o desmonte de rochas ocorre com o auxílio de explosivos elevando a economia e a produção do empreendimento. Esse tipo de desmonte diminui os custos e os desgastes dos equipamentos nas etapas de carregamento, transporte e no britador primário. Na atualidade, as mineradoras sabem que o aumento de produtividade está diretamente ligado a integração dos sistemas logísticos alinhados ao planejamento e execução das operações unitárias empregadas no processo de lavra da mina. Normalmente, após o processo de avaliação do depósito mineral e estabelecimento da base geológica, inicia-se o estudo para dimensionamento das frotas. Um dos itens a ser considerado é a seleção do método de extração com base na litologia e no arranjo geométrico da extração de modo que a produção almejada possa ser alcançada através do dimensionamento adequado dos equipamentos de carga, transporte, desmonte, de apoio e perfuração. 	Comment by josemargaridapc@outlook.com: ..precede ao desmonte por explosivo, na escavaço, que pode ainda ser mecânica.	Comment by Jadir Alves: 	Comment by Jadir Alves: 	Comment by josemargaridapc@outlook.com: É um dos itens...seleção do método de extração, ...arranjo geométrico da extração.
De acordo com Pinto (1999) durante a escolha dos equipamentos devem-se considerar diferentes fatores, como a escala de produção, capacidade financeira do investimento, características da mina. Atualmente a opção tecnológica é algo que deve ser avaliado durante o processo de dimensionamento das frotas, pois, poderá fazer toda a diferença para o empreendimento. A figura 1 mostra o ciclo básico de operações unitárias numa lavra subterrânea.
Várias dessas operações automatizaram suas atividades, como robôs para a projeção de concreto, mineradores contínuos em controle remoto, aplicação de parafusos de ancoragem etc. A operação de perfuração é executada por equipamentos que utilizam uma ou mais perfuratrizes roto-percussivas montadas sobre lanças e braços hidráulicos para fazer o seu posicionamento. Conforme mostra a figura 2. 
O uso da tecnologia em conjunto com a estratégia operacional promove, diretamente, a competividade uma vez que novos cenários são apresentados. A interação pessoas, tecnologia e processos favorecem a geração de valor sempre que o custo de propriedade for minimizado e a utilização dos ativos for maximizada. 
A evolução tecnológica na mineração é desenvolvida em níveis desde operações locais com linhas de visão com controle remoto até máquinas que têm processos autônomos de decisão sem a supervisão de humanos, permite uma nova relação entre o operador e a máquina com controle tele-remoto. Plataformas com esse tipo de sistema permitem que os equipamentos sejam operados remotamente com um painel de controle que monitora sensores e câmeras locais. O operador pode estar localizado longe de áreas perigosas, na segurança e conforto de uma sala de controle ou num ambiente seguro de trabalho de uma cabine tele-remota ou mesmo em um nicho aberto lateralmente na rocha para esse fim. A figura 3 mostra a evolução tecnológica na mineração subterrânea. 
Na tentativa de se buscar uma padronização e integração das diferentes tecnologias, em específico para minas subterrâneas, uma organização não-governamental, com atuação global e sem fins lucrativos chamada IREDES (International Rock Excavation Data Exchange Standards) tem buscado desenvolver práticas que possibilitem a otimização dos processos da mineração subterrânea através de comunicação efetiva dos dados operacionais. 
Empresas como a ABB têm buscado soluções capazes de unir e coordenar os processos unitários de modo a impactar de forma positiva na eficiência operacional. Segundo a ABB ao integrar o controle de planejamento e o agendamento em tempo real, por meio de uma plataforma digital única, a performance da empresa melhora e as ocorrências não planejadas são reduzidas o que contribui para reduzir as irregularidades da produção em todas as etapas do processo produtivo. De acordo com Lima (2019) a coordenação entre o plano tático e o operacional é um dos principais desafios enfrentados na mineração moderna. Ao unir a tecnologia operacional e a tecnologia da informação, aumentam-se a visibilidade da operação e a integração de toda a equipe. A aplicação do agendamento de curto prazo permite que os operadores da mina monitorem e revisem os planos operacionais e de desempenho com base nos objetivos, métricas e KPI’s. Esta tecnologia foi testada na mina subterrânea Renstrom da Boliden, na Suécia, e pela Arcelor Mittal, na mina a céu aberto de Mont-Wright, no Canadá. Todavia, dados e informações são importantes quando eles passam a fazer parte dos processos de gestão e tomada de decisão. A flexibilidade dos sistemas para adaptação a diferentes aplicações em cenários diversos suporta o gerenciamento de riscos e incertezas internas e externas ao projeto (Mayer & Kasakidis, 2007).
A flexibilidade dos sistemas para adaptação a diferentes aplicações em cenários diversos suporta o gerenciamento de riscos e incertezas internas e externas ao projeto (Mayer & Kasakidis, 2007).
O conceito de automação de minas tem por base a colaboração entre sistemas, equipamentos e pessoal, permitindo o compartilhamento irrestrito de informações, além de permitir que estas tenham capacidade de executar ações de controle ótimas e tomar decisões sensatas. 
Segundo a Epiroc, o conceito de automação, normalmente, contém quatro níveis que vão desde o monitoramento de dados, controle de funções operacionais, passa pela otimização operacional e culmina com a autonomia total (os equipamentos dispensam a figura do operador).	Comment by josemargaridapc@outlook.com: Citar uma fonte, pois já vi outros números, por exemplo, quando falam da ventilação.
No primeiro nível (nível de monitoramento), os sistemas fornecem assistência operacional por meio de suporte à decisão ou assistência remota. O segundo nível leva à autonomia ocasional em determinadas situações, com o sistema de automação assumindo o controle em circunstâncias específicas e por períodos limitados de tempos, como e quando solicitado por um operador humano. Veja a figura 4.
No terceiro nível, os sistemas automatizados assumem o controle em certas situações e é conhecido como 'autonomia limitada'. Conforme mostra a figura 5.
Finalmente, o quarto nível que envolve operações totalmente autônomas em todas as situações. Nenhuma interação do usuário é necessária e os humanos podem estar completamente ausentes. Um bom exemplo seria um veículo elétrico autônomo fazendo o carregamento de minério totalmente autônomo, o que traria vantagens significativas em termos de segurança e produtividade. 
A principal vantagem da automação é a segurança e ergonomia do operador. Ghodrati et al. (2015) e Paraszczak et al. (2015) apontam que a lavra subterrânea é um ambiente hostil e embora a segurança tenha melhorado nos últimos anos, ainda é uma operação de alto risco.
Gustafson et al. (2013) constataram que de todas as paradas não programadas numa operação de carregamento automatizada utilizando LHD`s, apenas 3% foram atribuídas a problemas com automação, 75% foram causadas por circunstâncias comuns ao carregamento, como grandes blocos de rochas bloqueando o acesso, dentre outros. O aspecto importante a ser destacado foi que, raramente, as paradas com automação foram graves, elas poderiam ter sido facilmente solucionadas ​​se o pessoal estivesse treinado e certificado nos conhecimentos tecnológicos. 
A principal solução para resolver os problemas advindos com o uso das tecnologias é ter a automação em mente ao projetar uma mina. A princípio pode parecer que uma comparação direta entre homem e máquina é injusta e descabida, mas ao analisar de forma imparcial pode constatarque os dois principais argumentos da automação são a segurança e a constância operacional, ou seja, mesmo que em termos produtivos o homem sobressaia em relação a tecnologia, o uso desta é de suma importância na busca por melhores resultados. A figura 6 mostra a comparação entre as operações de carregamento com LHD autonôma e manual.
2.3 Discussão
Os sistemas de automação não são produtos de prateleira que podem ser facilmente adquiridos, eles possuem alto custo com grande valor agregado. Uma grande defesa da automação é o aumento calculado na produção e redução na manutenção através de operações padronizadas e customizadas. Thompson & Malekzehtab (2018) ressaltam que sistemas de transporte autônomo têm requisitos mais rígidos de condição da estrada com menor tolerância para realizar desvios de buracos e sulcos além de um ambiente operacional mais previsível. 
Vários são os tipos de tecnologias disponíveis que vão desde o automatismo de funções operacionais até o uso da inteligência artificial em máquinas e processos. Existem muitos potenciais para uma possível redução de custos, aumento da produção e da lucratividade especialmente a mecanização de minas subterrâneas de rocha dura. A sinergia entre empresas de mineração, fornecedores de equipamentos, governos e parceiros acadêmicos podem solucionar problemas complexos de mineração se tiverem compromisso com o longo prazo, conforme Robbins (2000).
O estabelecimento das redes de transmissão é um fator importante e indispensável ao bom desempenho dos sistemas tecnológicos. Ela deverá ser capaz de suportar diferentes tipos de informação, com alta capacidade e velocidade. Deve permitir a integração com todas as fontes de dados, sejam telefones móveis, câmeras de vídeo ou equipamentos.
A automação numa mina subterrânea, independentemente, do grau ou nível tecnológico desejado, passa primeiramente pela escolha do tipo de tecnologia a ser utilizada, em seguida pela rede de transmissão de dados, por último, pelo tipo de operação unitária e equipamento a ser automatizado. Vários são os tipos de tecnologias disponíveis que vão desde o automatismo de funções operacionais até o uso da Inteligência artificial em máquinas e processos. 
A automação como qualquer outro processo de conhecimento e desenvolvimento centrado no ser humano apresenta uma curva de aprendizagem bastante importante que talvez, num primeiro momento, não seja capaz de explicitar todos os benefícios advindos do uso da tecnologia.
3 CONCLUSÃO
Por tudo o que foi exposto, podemos constatar que o uso e aplicação de novas tecnologias na lavra subterrânea é um processo possível, seguro e efetivo cada vez mais procurado pelas empresas de mineração. Este processo depende não só do aporte de grandes recursos, mas também de uma infraestrutura capaz de se relacionar com todas as outras atividades presentes nos processos produtivos da mineração subterrânea. Sistemas embarcados em máquinas oferecem segurança, produtividade, controle e continuidade das operações (ganhos em termos de eficiência operacional). 
Todos estes benefícios contribuem de modo que tenhamos uma mineração mais moderna pautada pelas boas práticas (operacionais e gerenciais) capazes de garantir a estabilidade e manutenção do empreendimento mineral. As organizações vêm a automação como um meio de capturar dados de forma mais abrangente, melhorar a experiência do cliente, reduzir o risco, capitalizar, desenvolver novas competências nas pessoas e permitir a inovação nas suas companhias. Apesar desta visão positiva em relação ao uso de novas tecnologias, a realidade é bem desafiadora porque há um apelo pela automação a qual se desenvolve num ritmo frenético, em que se faz necessário uma priorização das áreas da empresa a serem automatizadas. É preciso compreender e fazer uma escolha tecnológica assertiva entre tantas opções possíveis. 
A progressão para uma automação verdadeiramente inteligente requer primeiro definir e otimizar processos e, em seguida, reestruturar a organização em torno desses processos, os quais poderão ser impulsionados pelas tecnologias até então indisponíveis na organização. Na prática é algo que irá impactar o dia a dia do trabalho de todos os funcionários (individualmente ou coletivamente), irá testar a comunicação, a mudança de gestão e, principalmente, propor a cooperação/sinergia de todos os envolvidos nos processos produtivos.
Por fim, podemos dizer que cada empresa de mineração deve fazer sua escolha pela tecnologia mais adequada aos seus processos, uma vez selecionada, esta deverá ser utilizada na sua plenitude de forma a se buscar a assertividade dos resultados analisados. A rotina de inspeções e auditorias regulares é uma boa prática que se mostra bem atrativa para assegurar a confiabilidade e transparência dos processos e poderá ser usada pela Mineração. O uso da tecnologia é um argumento que se apresenta como um diferencial competitivo capaz de trazer melhorias a todos e principalmente, fortalecer a preocupação pela busca de uma Gestão Eficiente e Responsável dos negócios. Esta busca demanda mudança cultural organizacional, seguida de uma redefinição de processos e responsabilidades das pessoas envolvidas. 
Concluindo, num processo da moderna mineração pautada pela automação e novas tecnologias, todos deverão ser atualizados: máquinas, homens e processos.
REFERÊNCIAS
1 Atlas Copco Brasil. Acesso em 04 jan 2021. Disponível em: http://www.atlascopco.com.br 
2 Atlas Copco. Underground Mining: a global review of methods and practices. Örebro: Atlas Copco Rock Drills AB; 2014.
3 Ernest & Young global mining & metals center. The business risk report Mining and metals 2014–2015. Acesso em 21 fev 2021. 
4 Disponível em: https://miningforzambia.com.
5 Forbes insights. Intelligent Automation: How AI and Automation Are Changing the Way Work Gets Done. Acesso em 08 jan 2021. Disponível em: https://forbes.com/forbes-insights.
6 Frolov V. Identifying core functions of asset management In: AMADI– ECHENDU, J. E. et al. Definitions, Concepts and Scope of Engineering Asset Management. Engineering Asset Management Review, 2010, Volume 1, Part II, p. 19- 29, DOI: 10.1007/978-1-84996-178-3-1.
7 Germani J. A mineração no Brasil. Relatório final. Centro de Gestão e Estudos Estratégicos. Acesso em 05 jan 2021.
Disponível em: http://www.cgee.org.br/arquivos/estudo007_02.pdf. 
8 Gil AC. Como elaborar projetos de pesquisa. São Paulo: Atlas; 2002.
9 Gomes A. Outro modelo de mineração é possível? Acesso em 15 dez 2020.
Disponível em: https://www.brasildefato.com.br. 
10 IREDES – International	Rock	Excavation	Data	Exchange Standards. Acesso em 03 jan 2021. Disponível em: http://www.iredes.org.
11 Koppe JC. A Lavra e a Indústria Mineral no Brasil – Estado da Arte e Tendências Tecnológicas In: Fernandes F; Castilhos Z; Luz A; Matos G. Tendências Tecnológicas Brasil 2015: Geociências e Tecnologia Mineral, CETEM-Centro de Tecnologia Mineral. Rio de Janeiro; 2007.
12 Laurindo F, Shimizu T, Carvalho M, Rabechini R. O papel da tecnologia da informação (TI) na estratégia das organizações. Gestão & Produção, v. 8, n. 2, p. 160-179, 2001.
13 Marklund S. The comparison of automatic and manual loading in an underground mining environment. Acesso em 10 jan 2021. 
Disponível em: http://mining.sandvik.com. 
14 Neme MB, Curi A, Da Silva JM, Carneiro AC. Reernestalização de projeto de lavra de mina subterrânea com utilização de aplicativos específicos. REM: Revista Escola de Minas, Ouro Preto, v.64, p. 519 - 524, 2011.
15 Nydot. Blueprint for developing an asset management system. Asset Management task Force - New York Department of Transportation. New York, 1998.
16 Oliveira A. Metodologia da Pesquisa Científica: Guia Prático para apresentação de Trabalhos Acadêmicos. 2ª edição. Florianópolis: Visual Books, 2006.
17 Paiva G. Aplicação de tecnologias de informação e automação em minas subterrâneas: desafios e perspectivas. Dissertação de mestrado emengenharia mineral. USP; 2015.
18 Ralston J. Sensing for advancing mining automation capability: A review of underground automation technology development. International Journal of Mining Science and Technology, v. 24, n. 3, p. 305-310, 2014.
19 Robbins J. Mechanization of underground mining: a quick look backward and forward. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 2000, v. 37, n. 1-2, p. 413-421, 2000.
20 Sandvik Mining. Acesso em 10 jan 2021. Disponível em: http://mining.sandvik.com. 
21 Serres M. Top Trends to Transform Mining. Acesso em 07 jan 2021. Disponível em: Mining news and industry magazine | Global Mining Review. 
22 Thompson R, Malekzehtab H. Underground roadway design considerations for efficient autonomous hauling. In: Proceedings of the Fourth International Symposium on Block and Sublevel Caving. Australian Centre for Geomechanics, 2018. p. 337-350.
* Contribuição técnica ao 21º Simpósio de Mineração, parte integrante da ABM Week 6ª edição, realizada de 19 a 21 de outubro de 2021, São Paulo, SP, Brasil.