BR102015010652B1

BR102015010652B1 - método de exploração de minas de minério de ferro a céu aberto

Info

Publication number: BR102015010652B1
Application number: BR102015010652-1A
Authority: BR
Inventors: Ananias De Santana Neto Galdino; Sebe Jamil; Raimundo Lopes José
Original assignee: Vale S/A
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2019-11-19
Also published as: BR102015010652A2; AU2016203000A1; AU2016203000B2

Abstract

resumo “método de exploração de minas de minério de ferro a céu aberto” descreve-se um método de lavra truckless em mina de minério de ferro a céu aberto, que faz uso de uma linha de produção organizada, que não utiliza caminhões para transporte de minério da frente de lavra. este método apresenta um custo operacional inferior, quando comparado a métodos tradicionais de lavra que fazem uso de caminhão. 1/1 1/1

Description

MÉTODO DE EXPLORAÇÃO DE MINAS DE MINÉRIO DE FERRO A CÉU ABERTO

Campo da Invenção [001] Descreve-se um método de lavra truckless em mina de minério de ferro a céu aberto. Este método se diferencia dos métodos tradicionais de lavra por fazer uso de correias transportadoras, em vez de caminhões, no transporte do minério nas frentes de lavra.

Antecedentes da Invenção [002] O método tradicionalmente utilizado na explotação de minério em minas de minério de ferro a céu aberto é o seguinte: inicialmente é realizado um planejamento de lavra, onde são definidas quais áreas devem ser exploradas e qual a melhor configuração de cava de acordo com a topografia do local explorado. Nessa etapa também são definidos os locais onde devem ser construídas as rampas, estradas e vias de acesso, as quais, futuramente, permitirão acesso dos equipamentos ao interior da cava.

[003] A primeira etapa de operação da mina é o processo de perfuração e desmonte, que consiste na detonação de um maciço rochoso, a partir da utilização de explosivos.

[004] Após o desmonte do maciço, o minério desmontado é carregado pelas escavadeiras em caminhões basculantes de grande porte. Esse minério é então transportado por esses caminhões até uma planta de beneficiamento de minério.

[005] Cada um desses caminhões é capaz de transportar uma quantidade limitada de material (de acordo com sua própria capacidade). Além disso, o impacto ambiental causado por esses caminhões, decorrente do alto consumo de diesel e pneus, também constitui um grande problema do estado da técnica.

[006] Para eliminar a utilização de caminhões em minas de minério de ferro a céu aberto, foram implantadas algumas técnicas pioneiras, que consistem na substituição destes caminhões por sistemas de britagem móvel, utilizando correias transportadoras realocáveis e outros equipamentos periféricos.

[007] Uma das referidas técnicas, é revelada no documento US20110175429, que

Petição 870190097133, de 27/09/2019, pág. 8/36 / 10 exibe um método de exploração de minas a céu aberto, que compreende as seguintes etapas sequenciais de exploração:

Etapa 1 - detonação de um banco rochoso;

Etapa 2 - coleta do material desmontado;

Etapa 3 - transporte do material coletado a um britador;

Etapa 4 - transporte do particulado fino para fora da mina através de uma correia transportadora.

[008] Apesar de inovar sobremaneira as técnicas até então vigentes para o transporte de minério de ferro, a técnica anterior revelada em US20110175429 é incompleta e incipiente, pois, quando substituímos o maquinário atualmente empregado nas minas de exploração de minério de ferro por correias transportadoras e britadores móveis como preceitua o documento US20110175429, permanecemos com uma série de gargalos na linha de produção que comprometem o processamento de grandes volumes de minério, ocasionando paradas de produção.

[009] É necessário, portanto, que seja desenvolvido um novo método de exploração de minas a céu aberto, que faça uso de correias transportadoras em vez de caminhões basculantes para remoção de material da mina e que seja eficiente e desprovido de gargalos no processo produtivo.

Objetivos da Invenção [010] A presente invenção tem por objetivo um método de lavra de minério de ferro em minas a céu aberto, que utilize correias transportadoras em vez de caminhões para o transporte do minério.

[011] A presente invenção tem por objetivo também, um método de lavra de minério de ferro em minas a céu aberto, que aumente consideravelmente a produtividade de minério de ferro e possua menor custo operacional, comparativamente aos métodos existentes.

Breve Descrição das Figuras

A presente invenção é mais detalhadamente descrita com base nas respectivas

Petição 870190097133, de 27/09/2019, pág. 9/36 / 10 figuras:

Figura 1 - revela uma vista em perspectiva superior do mapa de uma mina de minério de ferro, explorada mediante utilização das tecnologias da presente invenção.

Figura 2 - consiste em um fluxograma operacional de uma das configurações preferenciais de execução da presente invenção.

Figura 3 - revela um desenho esquemático da coleta de material macio mediante a utilização de uma escavadeira a cabo elétrica e um britador primário móvel.

Figura 4 - revela um desenho esquemático da coleta de material macio mediante utilização de uma escavadeira a cabo elétrica, um britador primário móvel e um Mobile Belt Wagon.

Figura 5 - revela um desenho esquemático da coleta de material duro, mediante utilização de transportadores modulares portáteis, escavadeiras hidráulicas e britadores primários móveis dotados de mandíbulas.

Figura 6 - revela um desenho esquemático da coleta de material duro, mediante utilização de transportadores modulares portáteis, escavadeiras hidráulicas, britadores primários móveis dotados de mandíbulas e Mobile Belt Wagons.

Descrição Detalhada da Invenção [012] A invenção consiste na aplicação de um método de lavra truckless em minas de minério de ferro a céu aberto. Esse método apresenta como principal inovação a substituição do transporte realizado tradicionalmente por caminhão, pelo transporte realizado por correias transportadoras 3, 4, 5, 13, 13', 15, 16, 22, 23. Além disso, a configuração de operação nas frentes de lavra 30 é inédita em minas de minério de ferro a céu aberto.

[013] Resumidamente, o método de lavra truckless caracteriza-se por utilizar uma linha de produção organizada, que compreende os seguintes equipamentos dispostos de modo sequencial, o primeiro deles sendo disposto em contato com as bancadas 20 de

Petição 870190097133, de 27/09/2019, pág. 10/36 / 10 uma mina e o último se dispondo em contato direto com uma usina de beneficiamento 40 de minério: equipamento de frente de lavra 30, correias de bancada 3, correias de conexão de bancada 4, correias de conexão 5, casa de transferência 6, pilha pulmão 12, e TCLD 14; as correias de bancada 3 e conexão de bancada 4 sendo do tipo realocável; as correias de conexão 5 sendo do tipo fixa; as correias 3, 4, 5 sendo passíveis de prolongamento; a casa de transferência 6 sendo configurada para separar o material estéril do minério de ferro coletado na frente de lavra 30 e fazer a interface entre as correias de conexão e o TCLD 14; e o TCLD 14 sendo configurado para transportar o minério de ferro separado na casa de transferência 6 para uma usina de beneficiamento de minério de ferro 40.

[014] A principal vantagem advinda da utilização da presente invenção é a redução dos custos operacionais (dólar/tonelada de minério) quando comparada às outras operações que utilizam caminhão para o transporte do minério de ferro. Vale ressaltar que a diminuição dos custos operacionais não é devida somente à substituição de caminhões por correias transportadoras integradas, mas também envolve uma série de fatores relativos à disposição das correias e dos demais equipamentos de frente de lavra na cava.

[015] Na configuração preferencial da invenção, a rota básica de lavra inicia-se com a perfuração e o desmonte de 100% do material a ser escavado. Nessa configuração preferencial, as bancadas 20 revelam as seguintes dimensões: 15 m de altura por 70 m de largura. Para realização da escavação é usada uma escavadeira 1 que alimenta diretamente um britador móvel 2, que por sua vez reduz o tamanho do material escavado de modo a permitir seu transporte. O britador 2 é configurado para acompanhar a escavadeira 1 ao longo do avanço da lavra. Este equipamento descarrega o material da britagem primária sobre um belt wagon 17, 18, quando necessário, que é utilizado no transporte do minério ou estéril do britador 2 para a correia de bancada 3. Ressaltamos que, estéril é a parte do minério que não se consegue aproveitar no processo produtivo.

Petição 870190097133, de 27/09/2019, pág. 11/36 / 10 [016] As correias de bancada 3 transportam o material das frentes de lavra 30 para as correias de conexão de bancada 4, que, por sua vez, encaminham esse material para as correias de conexão 5, que o conduzem até a Estação de Transferência 6. Esta última cumpre a função de encaminhar o minério e os estéreis para seus respectivos destinos (vide figuras 1 e 2).

[017] O minério é depositado na pilha pulmão 12, por intermédio de uma correia de transferência de minério 13. Após a passagem pela pilha pulmão 12, o minério é transportado por uma segunda correia de transferência de minério 13', que encaminha esse material à correia transportadora de longa distância (TCLD) 14, que posteriormente o transporta para a Usina de Beneficiamento 40.

[018] O estéril é depositado em duas pilhas distintas, uma de canga estrutural 9 e outra de estéril franco 10, cada uma sendo alimentada por um transportador Overland 15, 16, partindo da estação de transferência. A deposição do material nas pilhas é realizada utilizando-se um Mobile Tripper Spreader (MTS) 19. Com este equipamento, é possível criar pilhas radiais de canga 9 e estéril 10 e assim otimizar o espaço de deposição desse material.

[019] Voltando à definição dos equipamentos que constituem a frente de lavra 30, esses equipamentos estão divididos em sistema para trabalho em material macio e sistema para trabalho em material duro. O termo material macio se refere às seguintes litologias: hematita friável, hematita manganesífera, canga estrutural, canga química, rocha máfica decomposta, dentre outras rochas que revelem um grau de dureza similar. O termo material duro, por outro lado, se refere às seguintes litologias: hematita compacta, jaspelito e rocha máfica, dentre outras rochas que revelem um grau de dureza similar.

[020] O sistema para lavra do material macio é empregado para a produção primária de minério de alto teor e material residual macio.

[021] O fluxograma da figura 2 apresenta uma das configurações preferenciais do método da presente invenção. O método de lavra utiliza uma linha de produção

Petição 870190097133, de 27/09/2019, pág. 12/36 / 10 organizada e compreende equipamentos dispostos de modo sequencial: equipamento de frente de lavra 30; correias de bancada 3; correias de conexão de bancada 4; correias de conexão 5; casa de transferência 6; transportador Overland 15, 16, e Mobile Tripper Spreader (MTS) 19 criando e alimentando uma pilha de canga estrutural 9 e outra de estéril franco 10; correia de transferência de minério 13 alimentando uma pilha pulmão 12; segunda correia de transferência de minério 13'; correia transportadora de longa distância (TCLD) 14; e Usina de Beneficiamento 40.

[022] Na configuração preferencial da invenção, o sistema de mineração macio (tal como revelado nas figuras 3 e 4) é composto dos seguintes equipamentos: Escavadeira 1 a cabo elétrica, Mobile Sizing Rig (MSR) 2, Mobile Belt Wagon (MBW) 17.

[023] Neste sistema, a escavadeira 1 a cabo elétrica descarrega o material diretamente no MSR 2, caracterizado por ser um britador de duplo rolos, e este material é então britado a fim de alcançar a granulometria adequada para transporte. Após ser britado, o minério é transferido para o MBW 17 ou diretamente para as correias de bancada 3. O MBW 17 pode ser utilizado quando a lavra for realizada no mesmo nível da correia de bancada 3 e principalmente quando a lavra for realizada em uma bancada 20 disposta acima ou abaixo da correia de bancada 3. O MBW 17 pode ser utilizado tanto na operação do sistema para material macio quanto na operação com o sistema para material duro.

[024] A escavadeira 1 a cabo elétrica foi escolhida para o trabalho em sistema de material macio devido ao fato deste equipamento apresentar a maior produtividade dentre todas as escavadeiras disponíveis no mercado atualmente. No presente momento não existe no mercado uma escavadeira hidráulica capaz de alcançar tal produtividade. Caso fossem utilizadas escavadeiras hidráulicas convencionais, em vez de escavadeiras 1 a cabo elétricas, seria necessário o emprego de um maior número de escavadeiras e um aumento do número de frentes de trabalho.

[025] Os sistemas de lavra para material duro são utilizados na mina em substituição ao sistema de material macio, em ocasiões em que material duro ou de alta densidade

Petição 870190097133, de 27/09/2019, pág. 13/36 / 10 é encontrado. Os sistemas de material duro podem ser facilmente movidos até os locais onde forem demandados e possuem uma capacidade de produção inferior ao sistema de lavra para material macio.

[026] O sistema para material duro (tal como exibido nas figuras 5 e 6) consiste nos seguintes equipamentos: Escavadeira 1' hidráulica, Britador móvel de mandíbula (MCR) 2, Transportador modular portátil tipo regular (PMC-A) 18, Transportador modular portátil tipo especial (PMC-AA) 21 e Mobile Belt Wagon (MBW) 17.

[027] A operação de lavra é planejada usando escavadeiras 1' hidráulicas, similares à Komatsu PC 5500, para alimentação dos britadores móveis de mandíbula (MCR) 2. A MCR 2' é conectada ao transportador de bancada 3 mediante uso de, pelo menos, um PMC-A 18 e pode ser ampliada com a inserção de um PMC-A 18 adicional. A ligação das PMC-A 18 com a correia de bancada 3 é realizada através de um PMC-AA 21 que possui duas entradas. O sistema de conexão MBW 17 e PMC-A 18 permite flexibilidade na mineração de diferentes locais e configurações, bem como frentes de mineração dispostas abaixo ou acima do nível do transportador.

[028] Este sistema, por sua vez, opera com dois conjuntos em cada frente de lavra 30. Cada escavadeira 1' hidráulica alimenta um MCR 2. O MCR 2' reduz o tamanho do material escavado e o descarrega sobre transportadores modulares portáteis 18 e/ou posteriormente sobre um MBW 17 (em alguns casos o MBW 17 não se faz necessário, ou seja, os PMC-A 18 descarregam direto nas correias de bancada 3, vide figura 5). Este sistema conta também com um rompedor hidráulico para quebra de matacos (grandes aglomerados de material) instalado no topo do MCR 2'.

[029] Note-se que, para equilibrar o fluxo produtivo das frentes de lavra 30 de material duro e macio, a frente de lavra 30 que opera com o sistema de material duro é dotada de duas linhas de operação paralelas em vez de uma só linha. Isso porque, os equipamentos configurados para trabalho em material duro são naturalmente menos produtivos que o maquinário configurado para o trabalho em material macio.

[030] Com relação às correias 3, 4, 5 localizadas na cava, e também próximas a ela,

Petição 870190097133, de 27/09/2019, pág. 14/36 / 10 distinguem-se três tipos de equipamento: correia de bancada 3, correia de conexão de bancada 4 e correia de conexão 5.

[031] As correias de bancada 3 e as correias de conexão de bancada 4 são do tipo realocáveis. As correias de conexão 5, por outro lado, são fixas.

[032] Quando é necessário realocar as correias de bancada 3 e as correias de conexão de bancada 4, são utilizados equipamentos denominados Crawlers e tratores de esteira. Crawlers são máquinas motorizadas, montadas sobre esteiras, configuradas para transporte de estruturas grandes e pesadas (o documento EP0252465 revela um exemplo de Crawler compatível com método da presente invenção). Os tratores de esteira empregados no deslocamento das correias são dotados de cabeças especiais, configuradas para fazer a interface entre a estrutura dos trilhos das correias e o trator.

[033] São basicamente três os tipos de deslocamento possíveis na movimentação das correias de bancada 3 e correias de conexão de bancada 4: o trackshifting, o reposicionamento horizontal e o prolongamento de correias.

Trackshifting [034] É necessário que a correia de bancada 3 seja reposicionada com o avanço da face da mina. Esse tipo de movimento geralmente ocorre no nível horizontal, mas também seria possível com inclinações de até 10%. Como esses movimentos ocorrem regularmente, não seria prático desmontar a correia 3 previamente ao seu reposicionamento. Esta técnica, portanto, é utilizada para movimentação lateral da correia de bancada 3.

[035] Tratores de esteira equipados com um implemento especial acoplados ao trilho percorrem a correia de bancada 3 resultando em um leve movimento em paralelo. Essa técnica desloca o trilho (e a correia de bancada 3), lateralmente na localização do trator, cerca de 500 a 600 mm. Os tratores repetem esses passos continuamente até que a correia de bancada 3 tenha sido deslocada ao local desejado.

[036] O trackshift pode ocorrer de modo paralelo ou como uma operação em pivô.

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Na operação em pivô, uma ponta da correia permanece parada e a ponta mais distante é deslocada a maior distância, esta operação ocorre nas correias da pilha de estéril/canga 22, 23. O trackshift em paralelo envolve o movimento lateral uniforme de toda a correia 22, 23. Os conjuntos de cabeça dos transportadores são movidos usando o crawler. Os módulos da cauda dos transportadores 22, 23 são reposicionados por tratores de esteiras.

Reposicionamento horizontal [037] Reposicionamentos horizontais envolvem o completo desmonte e transporte da correia de bancada 3 para um nível horizontal diferente da operação de lavra.

[038] Essa operação envolve desmonte, transporte ao novo local e posterior reconstrução de todos os componentes do transportador. Essa tarefa requer um alto número de veículos de apoio incluindo caminhões de carroceria e o crawler de transporte.

Prolongamento de correias [039] Todas as correias existentes no sistema podem ser prolongadas. O prolongamento das correias dentro da cava 3, 4 é necessário periodicamente, à medida que as operações de lavra avançam. O prolongamento das correias envolve a instalação de módulos intermediários de transportador e correias adicionais para alongar o transportador. Os módulos adicionados são devidamente posicionados antes que se interrompa o funcionamento da correia, otimizando assim o tempo de parada desse elemento. O prolongamento envolve o corte da correia, o reposicionamento da cauda, a instalação de módulos adicionais na abertura deixada pela cauda, e, por último, a instalação e emenda na nova correia.

[040] As correias de conexão 5 alimentam a casa de transferência 6, que permanece fixa durante toda a vida útil da mina. Da casa de transferência 6, o minério recém separado do material estéril segue para a pilha pulmão 12, cuja função principal é estocar minério de ferro em uma quantidade suficiente para assegurar um fluxo

Petição 870190097133, de 27/09/2019, pág. 16/36 / 10 ininterrupto de material ao transportador de correia de longa distância (TCLD) 14 por um determinado período de tempo. Deste modo, ainda que a casa de transferência 6 seja inteiramente desligada por alguns instantes - para realização de alguma operação de manutenção ou para a resolução de qualquer situação emergencial, por exemplo a pilha pulmão 12 garante, pelo menos, uma hora de distribuição de material para o TCLD 14.

[041] O regime de trabalho adotado na mina permite que o TCLD 14 trabalhe 24 horas por dia, 365 dias por ano, sem qualquer interrupção. Ademais, ainda que exista necessidade de remanejamento das correias 3, 4, 5, 13, 13', 15, 16, 22, 23 ou que eventuais situações emergenciais ou rotineiras de reparo e manutenção ocorram na mina, o método descrito no presente relatório é configurado para contornar todos estes problemas, permitindo uma distribuição ininterrupta de material à usina de beneficiamento de minério 40.

[042] Tendo sido descritos alguns exemplos principais de concretização da invenção, vale ressaltar que, o escopo de proteção conferido pelo presente documento engloba todas as demais formas alternativas cabíveis à execução da invenção, sendo este, definido e limitado apenas pelo teor do quadro reivindicatório em anexo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de exploração de minas de minério de ferro a céu aberto, caracterizado pelo fato de fazer uso de uma linha de produção organizada, que compreende os seguintes equipamentos dispostos de modo sequencial, o primeiro deles sendo disposto em contato com as bancadas (20) de uma mina e o último se dispondo em contato direto com uma usina de beneficiamento de minério (40): equipamento de frente de lavra (30), correias de bancada (3), correias de conexão de bancada (4), correias de conexão (5), casa de transferência (6), pilha pulmão (12), e TCLD (14); as correias de bancada e conexão de bancada (3, 4) sendo do tipo realocável; as correias de conexão (5) sendo do tipo fixa; as três correias (3, 4, 5) sendo passíveis de prolongamento; a casa de transferência (6) sendo configurada para separar o material estéril do minério de ferro coletado na frente de lavra (30) e fazer a interface entre as correias de conexão e o TCLD (14); e o TCLD (14) sendo configurado para transportar o minério de ferro separado na casa de transferência (6) para uma usina de beneficiamento de minério de ferro (40).
2. Método de exploração de minas de minério de ferro a céu aberto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pilha pulmão (12) tem capacidade de alimentar o TCLD (14) por, pelo menos, uma hora ininterrupta, ainda que neste instante a pilha pulmão não receba qualquer material novo proveniente da casa de transferência (6).
3. Método de exploração de minas de minério de ferro a céu aberto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende dois tipos de frente de lavra (30), um primeiro tipo de frente de lavra (30) adaptada à operação em material macio e uma segunda frente de lavra (30) adaptada à operação em de material duro.
4. Método de exploração de minas de minério de ferro a céu aberto, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que, o primeiro tipo de frente de lavra (30), adaptado à operação em material macio, compreende: uma escavadeira (1) a cabo elétrica, que descarrega o material diretamente em um britador de duplo rolos denominado Mobile Sizing Rig (2), e posteriormente o material é transferido

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2 / 2 diretamente para as correias de bancada (3) ou para o Mobile Belt Wagon (17), configurado para permitir a comunicação da correia de bancada (3) com uma escavadeira (1) disposta em um plano de altura superior ou inferior.
5. Método de exploração de minas de minério de ferro a céu aberto, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o segundo tipo de frente de lavra (30), adaptado à operação em material duro, compreende: duas escavadeiras hidráulicas (1), dois britadores móveis de mandíbulas (2'), pelo menos, dois transportadores modulares portáteis do tipo regular (18), um transportador modular do tipo especial (21) e um Mobile Belt Wagon (17); cada escavadeira (1) se comunicando a um único britador móvel de mandíbulas (2), que, por sua vez, se comunica a um único transportador modular portátil do tipo regular (18) que pode ser ampliado com a inserção de um transportador modular portátil do tipo regular (18) adicional; cada transportador modular portátil do tipo regular (18) se comunicando a um transportador modular do tipo especial (21), que compreende duas entradas e que na extremidade oposta à localização das duas entradas se comunica diretamente à correia de bancada (3) ou a um Mobile Belt Wagon (17) que se comunica também à correia de bancada (3).
6. Método de exploração de minas de minério de ferro a céu aberto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material estéril separado na casa de transferência (6) é depositado em duas pilhas distintas, uma pilha de canga estrutural (9) e uma pilha de estéril franco (10), cada uma delas sendo alimentada por um Mobile Tripper Spreader (19) que cria pilhas radiais; cada Mobile Tripper Spreader (19) sendo alimentado por um transportador Overland (15) e (16), partindo da estação de transferência (6).