Perfuração subterrânea vs a céu aberto

O envelope de trabalho determina a classe

Os rigs de superfície trabalham a partir de uma bancada a céu aberto: podem ser maiores, transportar colunas de varas mais longas e usar martelos maiores. Os rigs subterrâneos têm de caber na secção da galeria, pelo que são mais baixos, mais estreitos e frequentemente mais automatizados na manipulação de varas.

O envelope é uma restrição rígida medida em milímetros, não uma preferência. Uma galeria com 4 m de altura e 4,5 m de largura define a altura e a largura máximas de todas as máquinas que nela vão trabalhar, e define também como a lança pode ser orientada para perfurar um anel completo de furos sem reposicionamento. Um rig de superfície com a mesma capacidade de perfuração é tipicamente um metro ou mais alto e mais largo, e simplesmente não consegue entrar.

O envelope propaga-se então por todas as outras decisões. Um carrier estreito não consegue transportar a mesma coluna de varas, pelo que a profundidade do furo por vara é menor e a mudança de vara é mais frequente — razão pela qual as máquinas subterrâneas a automatizam. Um carrier mais baixo não consegue montar o mesmo motor e conjunto de arrefecimento, pelo que a densidade de potência e a rejeição de calor têm de ser geridas deliberadamente. E uma máquina concebida para caber numa galeria é normalmente também concebida para ser operada a partir de uma cabina ou de uma estação remota com o operador protegido, porque numa frente de desmonte não há lugar seguro para estar ao lado de um rig em funcionamento.

Intervalos publicados lado a lado

A tabela abaixo lista modelos de superfície e subterrâneos da nossa linha atual com diâmetro de furo e profundidade máxima, para que você possa ver a diferença de envelope diretamente.

Classes de superfície e subterrâneas (parâmetros publicados)

Dois trabalhos subterrâneos diferentes em uma tabela

As linhas subterrâneas não são uma única família. São duas, e confundi-las é o erro mais comum ao ler uma tabela como esta.

Perfuração de desenvolvimento e produção em furos pequenos. KJ310 e KJ311 perfuram 32–102 mm, KJ421 e KJ422 perfuram 42–102 mm, e KM211 perfura 32–51 mm para trabalho de chumbamento. Estes são jumbos de perfuração: usam um martelo de topo (classe HC50, HC95 ou YG18U) e carregam seu próprio compressor pequeno — 0,7 m³/min a 6–8 bar no KJ310/KJ311 e KM211, e 1,55 m³/min a 8 bar no KJ421/KJ422 — para lavagem e para as funções de perna de ar ou lança. Esse ar não é ar de DTH; é um suprimento de serviço, e é uma ou duas ordens de magnitude menor do que o que um martelo de fundo de furo precisa.

DTH subterrâneo de furo grande. KQLG-115 é o diferente: furos de 90–152 mm até 25 m, um martelo DTH de 3–4 polegadas, e uma demanda de ar citada de 12,0–25,0 m³/min. Este é o equivalente subterrâneo de uma perfuratriz de furos de desmonte DTH de superfície, usada para chaminés, trabalho em passagem de minério e perfuração de produção onde um martelo de topo não consegue entregar o tamanho do furo. Precisa de um compressor de verdade, e esse compressor geralmente fica fora da galeria.

A faixa de furo diz qual família você está olhando antes de ler qualquer outra coisa. Qualquer coisa na faixa de 30–50 mm com um número de modelo de dois dígitos é trabalho de desenvolvimento com martelo de topo; uma máquina de classe DTH de 90–152 mm é uma especificação completamente diferente.

Ar, pressão e a diferença subterrânea

O trabalho subterrâneo muda a questão do ar: exaustão e ventilação tornam-se uma restrição de primeira ordem, e o compressor é frequentemente colocado fora da galeria. Planeje as linhas de ar e a perda de pressão antes de escolher a unidade.

Seguem-se três consequências, e todas as três custam dinheiro se forem descobertas tarde.

Motores diesel numa frente de avanço. Cada máquina diesel numa frente de desenvolvimento acrescenta exaustão a um sistema de ventilação que já é o gargalo na frente. A capacidade de ventilação, não a capacidade de perfuração, limita frequentemente quantas máquinas podem trabalhar numa frente. Os acionamentos elétricos são preferidos onde a mina tem a infraestrutura, e onde o diesel é usado o cálculo de ventilação tem de ser feito para a frota, não para uma máquina.

Colocação do compressor. Um compressor grande dentro de uma galeria é um problema de ruído, calor e exaustão, por isso normalmente fica fora e o ar viaja para dentro através de um tubo ou mangueira. É nessa linha que a pressão se perde. Uma máquina de 25 m³/min a alimentar um martelo através de 100 m de linha subdimensionada chega ao martelo com menos pressão do que o manómetro sugere, e o martelo perde energia de impacto. Dimensione a linha para o caudal, mantenha curvas e acoplamentos ao mínimo, e verifique a pressão no martelo, não no compressor.

Ventilação e limpeza do furo são o mesmo problema com roupas diferentes. Ambos precisam de volume. Um martelo DTH subterrâneo quer a mesma pressão e caudal que o seu equivalente de superfície — 17–24 bar para trabalho DTH de poços de água e produção, com o consumo publicado do martelo como mínimo — e a energia específica sobe quando a via de retorno do ar está restringida ou quando o furo está molhado. As regras do compressor são as mesmas que à superfície; consulte Melhor Compressor para Perfuração DTH e o guia de dimensionamento no guia de ar para mineração a céu aberto.

Para que servem realmente as linhas de superfície

As classes de superfície na tabela dividem-se pelo tamanho do furo e pela forma como lidam com a bancada.

Produção de furos de desmonte. KG430 a 90–152 mm até 25 m e KG520 a 105–152 mm até 25 m são perfuratrizes de bancada com uma demanda de ar publicada de 13,0–20,0 m³/min e 15,0–22,0 m³/min, respetivamente. Ambas são pouco profundas por conceção: uma bancada de produção é perfurada até ao nível da bancada seguinte, pelo que uma capacidade de 25 m corresponde a uma altura de bancada padrão com sub-perfuração. O seu valor está nos metros por turno num plano de furação, não na profundidade.

Diâmetros maiores. KG550 cobre 115–254 mm e KG940A cobre 105–203 mm. A sua gama de martelos vai de ferramentas de 3 polegadas a 8 polegadas, e a demanda de ar aumenta com o martelo: 15,0–26,0 m³/min é indicado para a KG940A. Os furos DTH de grande diâmetro são onde a pressão e o volume são ambos importantes, e onde um compressor subdimensionado se manifesta imediatamente como uma vida útil reduzida do bit.

Bancadas de pequeno diâmetro e mais estreitas. KZ5 a 90–115 mm até 21 m e KG420B a 90–130 mm até 25 m são o extremo leve, com a KG420B indicada a 10,0–17,0 m³/min. Adequam-se a bancadas estreitas, frentes de pedreira pequenas e empreiteiros que precisam de uma máquina para fazer vários trabalhos.

A taxa de produção numa bancada é definida pelo plano de furação, pelo tamanho do furo e pelos metros por hora, e a comparação destes com uma frente de desenvolvimento é a verdadeira questão de custo. Os blocos que decidem o custo por metro estão apresentados em O que Impulsiona o Seu Custo de Perfuração por Metro.

Etapas de seleção

• Meça o envelope antes de qualquer outra coisa. Altura e largura da seção de avanço, raio mínimo de curvatura, condição do piso e peso máximo de transporte que o acesso suportará. Na superfície, meça a bancada e a via de transporte.
• Decida a finalidade: furos de bancada para desmonte, galerias de desenvolvimento, perfuração de produção, ancoragem ou escalonamento. Cada uma tem uma faixa de furos diferente e uma classe diferente de máquina.
• Fixe o diâmetro e a profundidade por furo. O trabalho de desenvolvimento subterrâneo é principalmente de 32–102 mm; o trabalho de produção subterrâneo com DTH começa em torno de 90 mm e vai até 152 mm; o trabalho de bancada em superfície vai de 90 mm a 254 mm.
• Escolha o método de perfuração e a classe de ferramenta para esse diâmetro e rocha. Martelo de topo para furos pequenos de desenvolvimento, DTH onde o diâmetro ou a dureza da rocha exigir.
• Dimensione o ar para o método. Um jumbo com compressor de serviço não é a mesma aquisição que uma perfuratriz DTH que precisa de 12–25 m³/min a pressão de uma máquina externa.
• Verifique a ventilação e os serviços para a frota que trabalhará na galeria, não para uma máquina. Exaustão de diesel, calor e dimensionamento da linha de ar comprimido pertencem todos ao mesmo cálculo.
• Planeje a logística: como a máquina chega à frente de trabalho, como o compressor e as hastes a acompanham, e como um martelo ou um braço é trocado em uma galeria onde não há espaço para trabalhar.
• Confirme se o pacote de segurança e automação atende aos requisitos da mina — operação remota, classificação da cabine de proteção e a capacidade da máquina de perfurar um anel a partir de uma única instalação.

Erros comuns

• Ler uma única coluna "subterrâneo" como uma só classe. Jumbos de desenvolvimento com 32–102 mm com um compressor de serviço de 0,7 m³/min e um equipamento DTH de 90–152 mm que necessita de 12–25 m³/min não são alternativas.
• Esquecer o envelope até a máquina chegar. Altura, largura, raio de viragem e peso de transporte são critérios de aprovação ou reprovação, e não podem ser corrigidos posteriormente.
• Deixar a ventilação fora da decisão da máquina. O orçamento de ventilação da frente de trabalho determina quantas máquinas a diesel podem operar na frente.
• Operar a linha de ar sem verificar a pressão no martelo. Uma linha longa e subdimensionada transforma silenciosamente um compressor bem dimensionado num compressor subdimensionado.
• Comparar um equipamento de superfície e um equipamento subterrâneo apenas pela capacidade de perfuração. São construídos para envelopes diferentes, e o menor custo por furo da máquina de superfície é irrelevante se esta não conseguir entrar.
• Assumir que a automação é opcional. Numa frente confinada, a manipulação de varas e a operação remota afetam tanto o tempo de ciclo como a segurança do operador.
• Misturar serviço de desenvolvimento e de produção numa única aquisição. Os dois serviços normalmente exigem máquinas diferentes, e uma máquina de compromisso é lenta em ambos.

Lista de verificação

• Dimensões da galeria ou da bancada. 2) Diâmetro e profundidade do furo. 3) Dureza da rocha. 4) Regras de ventilação e escape. 5) Necessidades de manipulação de varas e automação. 6) Limites de transporte e acesso.

Conclusão

A escolha entre subterrâneo ou superfície é decidida primeiro pelo envelope de trabalho e depois pela função de perfuração, e as duas respostas devem ser coerentes. Comece pela galeria ou pela bancada, depois pelo furo, depois pelo método, depois pelo ar — e verifique a pressão no martelo em vez de no compressor. Para o lado de superfície da mesma questão, consulte as notas de aplicação sobre mineração a céu aberto; para o lado subterrâneo, consulte mineração subterrânea. A lógica de seleção de equipamento em Como Escolher um Equipamento de Perfuração DTH aplica-se a ambos, uma vez definido o envelope.