AUMENTO DA PRODUTIVIDADE NO DESENVOLVIMENTO DE GALERIAS
Alexandre Magno Kalil Miranda – [email protected] 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; Pós-Graduação - MBA em Gestão de Pessoas – Instituto Brasileiro de PósGraduação e Extensão IBPEX – 01/2010.
Pedro Yamaguchi de Souza – [email protected] 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.
Keywords: Jumbo, Performance, Drilling, Development.
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
78%
80%
82%
84%
86%
88%
90%
92%
94%
96%
98%
100%
C.F
(3.7m)
260
253
247
241
236
230
225
220
216
211
207
203
C.F
(4.0m)
240
234
229
223
218
213
208
204
199
195
191
188
C.F
(4.3m)
224
218
213
208
203
198
194
190
186
182
178
174
C.F
(4.6m)
209
204
199
194
190
185
181
177
173
170
166
163
C.F
(4.9m)
196
191
187
182
178
174
170
166
163
159
156
153
C.F
(5.2m)
185
180
176
172
168
164
160
157
153
150
147
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:
t  Cv 
Na  

 E 
2
, 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:
TEMPO
TEMPO
TEMPO
TEMPO
UTILIZADO
DISPONÍVEL
UTILIZADO
DISPONÍVEL
0
360
0
360
120
240
TROCA DO TURNO
120
240
LIMPEZA
212
28
LIMPEZA
148
92
SCALING
28
0
SCALING
ATIRANTAMENTO
67
25
INÍCIO DO 2º
25
0
TURNO
0
360
0
360
TROCA DO TURNO
120
240
ATIRANTAMENTO
148
92
120
240
PROJ CONCRETO
37
55
RASPAGEM
33
22
ATIRANTAMENTO
93
147
MARCAÇÃO
5
17
PROJ CONCRETO
37
110
PERFURAÇÃO
17
0
RASPAGEM
23
87
INÍCIO DO 3º
MARCAÇÃO
5
82
TURNO
0
360
PERFURAÇÃO
82
0
TROCA DO TURNO
120
240
0
360
PERFURAÇÃO
209
31
CARREGAMENTO
0
31
120
240
0
360
PERFURAÇÃO
119
121
TROCA DO TURNO
120
240
CARREGAMENTO
88
33
CARREGAMENTO
124
116
OPERAÇÃO
INÍCIO DO 1º
TURNO
TROCA DO
TURNO
INÍCIO DO 2º
TURNO
TROCA DO
TURNO
INÍCIO DO 3º
TURNO
TROCA DO
TURNO
OPERAÇÃO
INÍCIO DO 1º
TURNO
INÍCIO DO 4º
TURNO
FRENTE PRONTA (TEMPO RESTANTE PARA
FRENTE PRONTA (TEMPO RESTANTE PARA
DETONAÇÃO 33min)
DETONAÇÃO 116min)
CICLO 2
CICLO 1
Tabela 3: Parâmetros para validação das amostras de tempo
Nº de
Amostras
Realizadas
t de
Student
Confiabilidade
PARÂMETRO
Na = NºMIN
de
Amostras
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
29
RASPAGEM
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
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
29
RASPAGEM
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
Erro
Coef. de
Admissível Variação
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 (V A) 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); C F = 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
HORAS
MANUT.
Nº DE
MTTR
MTBF
EQUIPAMENTO
TOTAIS
CORRETIVA
SOLICITAÇÕES
(minutos)
(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
181min
85,34min
1,95
2,27
74,544
JUMBO ATLAS
COPCO
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:
http://www.atlascopco.com.