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1 COMPARATIVO ENTRE SONDAGEM ROTATIVA E ROTOPERCUSSIVA NA MINERAÇÃO: UM ESTUDO DE CASO POZZOBON, Marcos Aurélio 1 FORTE, Luiz Antonio 2 RESUMO O método de sondagem do solo escolhido por uma empresa de mineração influencia tanto financeiramente quanto nas análises dos materiais, os quais são fatores de extrema importância no ramo da mineração. Ao analisar a viabilidade de cada método, é necessário considerar fatores como itens de instalação, gastos e mão de obra. O objetivo geral é realizar um estudo comparativo dos dois tipos de sondagem mais indicados na mineração. Através de profissionais de sondagem, em uma mineradora de grande porte, buscamos definir a técnica mais eficaz, tanto financeira quanto na análise qualitativa do material coletado. Este trabalho conta com descritivos e pesquisas bibliográficas relacionadas à definição das sondagens rotativas e rotopercussivas, trabalhando com uma metodologia de análises quantitativas. Durante o estudo, foram realizadas análises referentes aos equipamentos utilizados em cada método, brainstorming com equipe de sondadores para identificar e mitigar atuais problemas, realização de planos de ação através de projeto Kaizen e análise de recuperabilidade das amostras. Ao fim do projeto foi possível identificar o método com menor custo de implementação, realizaram-se mudanças para sanar problemas atuais e evidencias referentes ao comparativo de 12 meses de análises internas da mineradora em questão. Palavras-chave: Sondagem. Rotativa. Rotopercussiva. Mineração. 1. INTRODUÇÃO Na mineração a sondagem consiste na realização de furos no solo ou rocha, esse procedimento serve para quantificar e qualificar o potencial mineral existente. Já os testemunhos de sondagem são as amostras das rochas coletadas durante esses furos. E a recuperação é a extensão entre o trecho perfurado e o comprimento do testemunho obtido. Uma empresa de extração mineral, situada na cidade de Barro Alto norte de Goiás, deu seu startup na planta industrial em 2011 e desde então produz liga metálica de 1 Graduando em Engenharia de Produção UNINTER. 2 Graduado em Engenharia Ambiental pela UTP e pós-graduado em Engenharia de Segurança do Trabalho pela UTFPR. 2 ferro-níquel, dedicada a exploração e beneficiamento desses metais, produz cerca de dez mil toneladas anuais de níquel contido em liga de ferro-níquel, durante um de seus estudos de viabilidade econômica verificou que a retirada de amostra adequada varia muito de acordo com o método de sondagem utilizado. Levando em consideração: objetivo geral realizar um estudo comparativo dos dois tipos de sondagem mais indicadas na mineração. Como objetivos específicos têm-se de apresentar as principais características de cada tipo de sondagem; apresentar as perdas de testemunhos impactantes em cada método utilizado na determinação dos materiais; apresentar um tipo de recuperação mais viável. Os tipos de sondagens estudados são: Sondagem Rotopercussiva e a Sondagem Rotativa. O comparativo utiliza como base a quantidade e qualidade do material coletado, a economia no decorrer do uso, fazendo uma análise de viabilidade entre eles. Segundo Galvão (2019) “é de extrema importância que o ensaio de sondagem seja executado corretamente, visto que na maioria das obras é o único ensaio geotécnico disponível. As sondagens representam em média, 1% do custo total da obra”. Sendo assim, esse trabalho justifica-se para definir a técnica de sondagem mais eficaz tanto financeiramente quanto na análise qualitativa do material coletado como resistência do minério encontrado. Esse estudo servirá como base para determinar a melhor técnica relacionada ao solo, profundidade e material coletado, evitando assim desperdício de tempo, material coletado e principalmente gastos financeiros com as perfurações. Atualmente a planta industrial conta com mais de 900 empregados, que utiliza o método de sondagem rotopercussiva, visando identificar possíveis condições de deficiência que corroboram para baixa recuperação, e assim medir os resultados e comparar com resultados anteriores fornecidos pela empresa e promover os resultados esperado. No levantamento das informações, serão utilizadas planilhas de coleta de dados contendo dados como data, local da perfuração, profundidade, material coletado, tempo gasto entre outros dados relevantes, que serão comparadas com planilhas de anos anteriores. 3 2. IMPORTÂNCIA DA RECUPERAÇÃO DAS AMOSTRAS DE SONDAGEM Conhecida como uma das mais antigas atividades na humanidade, a mineração usa de elementos da crosta terrestre, minerais diversos como o ferro que é utilizado e analisado desde a idade da pedra e outras (SANTOS; MILANEZ, 2013). Alguns fatores como o método de coleta de amostra inapropriado ou a preparação inadequada dessa amostra podem resultar em erros técnicos ou de precisão alterando a viabilidade econômica (SANTOS; MILANEZ, 2013). Na área de mineração os tipos mais comuns de sondagem utilizadas são rotativas e rotopercussiva. 2.1 TIPOS DE SONDAGEM E SUAS CARACTERÍSTICAS Segundo Silva (2009) a sondagem do tipo rotopercussiva foi inserida no Brasil em 1939. Algumas dificuldades marcaram esse início como não achar tubos com as dimensões do mostrador do tipo Raymond. O que fez com que fosse desenvolvido que foi utilizado por vários anos até normalização internacional do equipamento. Sua principal característica é o baixo custo e rápido avanço dos trabalhos. Já as sondagens rotativas surgiram em 1970 e foram destinadas a perfuração e amostragem de rochas maciças (DELATIN, 2013), tendo como característica marcante sua ação por uso de força de penetração e rotação em rochas duras e compactas. Levando em consideração que a sondagem rotopercussiva utiliza equipamentos de propulsão pneumática, ou mesmo a diesel é possível desenvolver modelos voltados para a realidade das empresas envolvidas, pois se adaptam aos equipamentos na remoção e limpeza dos furos. (DELATIN, 2013). Em contrapartida na sondagem rotativa as amostras e fragmentos podem ser retirados dos níveis mais profundos do solo sendo que é um dos meios mais concretos e utilizados para a qualificação de maciços rochosos. Além de possibilitar a perfuração com ângulos de inclinação (SILVA, 2009). 2.2 EVITANDO PERDAS DE TESTEMUNHOS NOS TIPOS DE SONDAGEM 4 O primeiro passo para evitar perdas de testemunhos na sondagem com certeza é a elaboração de um contrato que contenha as obrigações de ambas as partes, assim como as condições da execução que envolve desde a profundidade da perfuração até o fornecimento das caixas de armazenagem. Na sondagem rotativa é necessário um terreno limpo e plano, pois os equipamentos de sondagem precisam ficar apoiados no terreno para evitar a vibração. Ela também possui custo elevado, necessita de operadores qualificados e ampla movimentação de equipamentos para área (JARDIM, 2021). Para Alves (2015) no caso da sondagem rotopercussiva em elevadas profundidades ela costuma ter problemas operacionais como perda de circulação devido a desmoronamento ou pressão hidrostática. 2.3 TIPO DE RECUPERAÇÃO DE SONDAGEM VIÁVEL O desenvolvimento de um projeto Kaizen cabe bem no contexto da viabilidade da sondagem. Kaizen é uma palavra japonesa que quer dizer “melhoria contínua”, e segundo Ortiz (2010) é uma das ferramentas de qualidade que mais se aplica para respostas rápidas, baixo custo e melhoria da qualidade. Ela baseia-se no levantamento de problemas, iniciando com uma reunião com equipe de trabalho, onde são apresentadas por parte da equipe propostas de soluções para mitigação do fato apontado como desvio ou problema sistêmico. Após esta etapa faz-se uma avaliação e priorização dos problemas a serem tratados 3. METODOLOGIA A presente pesquisa será realizada em uma empresa de extração de níquelsituada na cidade de Barro Alto – Goiás que utiliza o método de sondagem rotopercussiva, visando identificar a diferença entre o tipo de sondagem rotopercussiva e rotativa, bem como possíveis condições de deficiência que corroboram para baixa recuperação, em busca de obter os melhores resultados para benefício da empresa. 5 O estudo caracteriza-se como quantitativo fundamentado na análise de dados provenientes de medições, recolhidos através de instrumentos. Os resultados poderão ser comparados através da elaboração de gráficos, tabelas e quadros. Os dados coletados serão comparados a outros estudos. A pesquisa será do tipo exploratório fundamentado em entrevistas de campo com profissionais sondadores, para essa finalidade serão utilizados formulários e fichas técnicas descritivas. Uma etapa essencial para a proposta é definir o projeto Kaizen como base do estudo. Para fins de comparação de custos, deverá ser realizado o levantamento dos equipamentos necessários para cada tipo de sondagem. Comparando assim as etapas a serem realizadas no estudo de viabilidade para a recuperação das amostras. Para o estudo de viabilidade serão considerados apenas custos referentes aos itens da instalação que são afetados pelas diferentes alternativas e gastos durante a sondagem, sendo assim, não serão contabilizados os demais custos da obra por serem idênticos nas situações analisadas. Deverá ser considerados custos como: materiais especificos para cada sistema, mão de obra para instalação. Figura 01 - localização da empresa Fonte: Abreu (2006) Este processo passará pelas etapas a seguir: 6 a) Brainstorming com equipe de operadores e supervisores de campo; b) Definição de problemas; c) Foco nos principais problemas; d) Solução proposta para os problemas definidos; e) Responsabilidade e prazo para aplicação da solução; Para obter maior conhecimento do tema será realizado uma pesquisa bibliográfica tendo como base de dados confiáveis sites como SCIELO e Google acadêmico, de fontes como livros e artigos científicos, e na parte prática será realizada a coleta e análise de dados em planilhas de uma empresa de mineração do norte goiano afim de realizar estudo comparativo dos dois tipos de sondagem mais indicadas na mineração. Para a comparação serão analisados os dados da planilha descritos abaixo: Sondagem Rotopercussão é um método de perfuração de com o uso de equipamentos rotopercussivos (figura 2), geralmente com propulsão pneumática ou a óleo diesel e com auxílio de um compressor de ar. Pode ser adaptado nos equipamentos um sistema de circulação de água para auxiliar na remoção dos detritos de perfuração e limpeza de furo de sondagem O sistema à percussão é bastante eficaz em materiais rochosos cristalinos, correspondentes aos granitos e gnaisses. Consiste na elevação e queda de hastes que são conectadas uma a uma e vão avançando conforme segue a perfuração, elas fazem um movimento rotativo proporcionado por um motor denominado cabeça rotativa, esta peça é responsável pela sustentação e movimentação de todo o ferramental, acionadas por meio de um motor diesel que move um excêntrico conectado a um balancim. A ferramenta cortante, denominada broca triconico e martelo pneumático, estas ferramentas promovem fragmentação do maciço rochoso, ou quando opera em rochas moles não consolidadas alteradas por intemperismo. Em ambos os casos, a ação de vai e vem das ferramentas e rotação recebem ar comprimido gerado pelo compressor, o ar desce no tubo externo das hastes e retorna amostras trituradas pelo tubo interno e pode contar com auxílio de água e/ou outro fluido de perfuração para formar um cascalho. Este cascalho junto com um fluido de perfuração é retirado a intervalos de 1 metro, do fundo do poço, por meio de uma mangueira acoplada a um ciclone (Figura 3). 7 O conjunto de ferramentas é assim constituído: haste de perfuração, percussor, porta cabo, cabo de percussão e balancim. Durante o início da perfuração pelo método de percussão em formações inconsoladas, é necessário revestir preliminarmente as paredes do poço para evitar desmoronamentos. Esta proteção é efetuada com a aplicação tubos de revestimento, durante a perfuração nos horizontes inconsolados (CAPUCCI, 2001). Figura 02 – Modelo de máquina perfuratriz. Fonte: Acervo do autor (2023) Em casos particulares, a perfuração a rotopercurssão (Figura 2) é realizada como sondagem, embora não forneça amostras dos materiais perfurados, a não ser os detritos da perfuração (amostra de calha) e a velocidade de avanço. É o caso da investigação de horizontes existentes no interior de maciços rochosos, avaliação geotécnica, verificação de falhas, fendas ou cavernas, como passagens friáveis, mudanças litológicas, feições geológicas de alta permeabilidade, quando não for necessária a obtenção de testemunhos. 8 Figura 03 - Ciclone coletor de amostras Fonte: Acervo do autor (2023) A Sondagem Rotativa é o método mais rápido e o mais indicado para perfuração em rochas sedimentares não consolidadas. O sistema opera geralmente por circulação direta do fluido de perfuração (lama bentonítica), injetado por bomba através das hastes, dotadas em sua extremidade de uma broca oca em rotação (DELATIN, 2013). A lama bentonítica ascende pelo espaço anular do furo até chegar à superfície, onde passa por uma peneira vibratória, sendo depois canalizada para um tanque de sedimentação, a partir daí passa para um segundo tanque de armazenamento, onde é captada por uma nova bomba, recondicionada se necessário, e retornando à perfuração. A perfuratriz é girada por uma mesa rotativa permitindo que a haste de perfuração avance para baixo, na medida em que o furo de sondagem evolui (DELATIN, 2013). 9 As sondagens rotativas destinam-se a perfuração e amostragem de maciços rochosos, porém, em geral, é necessário atravessar camadas de solo, com espessura e características muito variáveis, para alcançar o maciço rochoso (DELATIN, 2013). À medida que a sondagem avança, a depender das condições de estabilidade do material escavado, se faz necessário o revestimento do poço. Nos casos em que o desmoronamento ocorre em profundidades maiores, é comum usar lama bentonítica ou um polímero. escolha por uma ou outra forma deve levar em conta a maior ou menor facilidade de firmar o conjunto de lavagem no furo e de retirá-lo após a sondagem. Os poços construídos em sedimentos são revestidos com PVC geomecânico, em diâmetros entre 8” a 10”, sendo utilizada cimentação para isolamento de águas indesejáveis, comumente encontradas em todos os aquíferos sedimentares (CAPUCCI, 2001) Tabela 01 – Projeto Kaizen após Brainstorming Item Causa Ações Responsável Prazo Status 1 Dificuldade de passar ideias Criar 1 facilitador por letra para concentrar as ideias e passar para supervisores. As ideias geradas no período de um mês serão levadas para reunião mensal. Marcos 08/09/2022 100% 2 Fluxo de ar Aquisição de um equipamento cruzador de ar. Marcos 03/10/2022 100% 3 Falta de uma pessoa acompanhando manutenção das peças Eleger uma pessoa no grupo de sondadores para acompanhar a manutenção do início ao fim. Alexandre / Arthur 08/09/2022 100% 4 Falta de um mecânico exclusivo com conhecimento especializado Contrato com mecânico específico para sonda Mustang. Everton 08/09/2022 100% 5 Falta de manutenção nas medidas (diâmetro) das ferramentas Aquisição de instrumento de medida Paquímetro, um para cada sonda; peça reserva para o momento das manutenções; Maior proveito por recuperação de peças usadas. Marcos 08/09/2022 100% 6 Medidas real das ferramentas para a descrição Acrescentar ao procedimento de sondagem: medir o material perfurante ao final de cada furo. Everton 03/10/2022 100% 7 Zonas fraturadas, perda de ar Aquisiçãode produto polímero de vedação e limpeza Marcos 08/09/2022 100% 8 Diversidade de marcas por tipo de ferramenta Padronizar tipos de ferramentas, usar apenas uma marca. Abertura para oportunidades de teste de novas ferramentas. Alexandre 08/09/2022 100% 10 9 Falta de padrão de ferramentas por sonda Cada sonda utilizar seu próprio kit de ferramentas, sem utilização de ferramentas uma das outras. Alexandre / Arthur 08/09/2022 10 Definição de vida útil das ferramentas Criar check list de uso das ferramentas; definir tempo de uso ou limite de desgaste. Alexandre 08/09/2022 11 Manutenção preventiva do martelo A cada 15 dias equipe deverá efetuar manutenção preventiva do martelo, essa manutenção ocorrerá no sexto período da manhã. Gilson / Maicon 03/10/2022 12 Falta de informação individual ou coletiva Reunião com operadores a cada primeiro dia do turno, transmitir performance individual de cada um, referente a produção e recuperação. Alexandre / Arthur 08/09/2022 13 Falta de troca de informações ou troca de experiências Reunião trimestral com todos os operadores, elas acontecerão nos meses de fevereiro, maio, agosto e novembro, sempre uma em cada letra. Alexandre / Arthur 03/10/2022 Fonte: Do Autor (2023) Figura 03 – Imagem ilustrativa de sondagem do tipo rotativa. Fonte: acervo do autor. 11 Figura 03 – sondagem do tipo rotativa Fonte: Geo Pesquisa. (2022). 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES A obtenção de resultados para este estudo deu-se através de entrevistas com profissionais responsáveis pela sondagem em uma empresa de mineração de níquel na cidade de Barro Alto – GO. Foi realizada a verificação junto aos profissionais responsáveis pelas sondagens, entretanto para que o processo fosse realizado de forma rápida e eficaz, sem prejudicar quaisquer partes, foi necessário modificar alguns processos – que não afetaram em nada no resultado da observação. Na etapa de Brainstorming notou-se grande interesse por parte da equipe em identificar alternativas 12 de otimizar alguns processos para que sejam feitos da melhor maneira possível, o que culminou em possíveis soluções para problemas atuais e futuros. A fim de enriquecer a troca de ideias, foi realizado um projeto Kaizen nessa etapa, conforme imagem abaixo: Inicialmente foram levantados os problemas e causas encontrados pela equipe no dia-a-dia de trabalho, conforme a coluna “causa”, que vão desde situações técnicas específicas da operação até questões organizacionais. Todos os levantamentos foram analisados em questão de grau e pertinência, e posteriormente adicionados à tabela Kaizen. Definidos os problemas, seguiu-se com a elaboração do plano de ação, onde foram definidas medidas para sanar as causas e melhorar o processo como um todo, acrescentando a coluna “Ações”. Essa etapa possui grande importância tanto pela oportunidade de solução quanto em relação aos custos, de tempo e financeiros, gerados e/ou economizados com ela. Caso o plano de ação não seja bem elaborado, será necessário gastar mais horas, mais pessoas e consequentemente terão mais custos para encontrar uma nova forma de fazer. Após listar os problemas e o plano de ação, foi necessário designar colaboradores específicos da equipe para serem responsáveis pelo cumprimento e acompanhamento do processo, vide coluna “Responsável”. Dessa forma, conseguiu-se que todos participassem ativamente do projeto e, consequentemente, pudessem revisar e certificar- se de que estava tudo sendo feito conforme planejado. A última etapa do processo consistiu-se em definir status de andamento e prazos para cada tarefa ser concluída, para que sejam cobrados de forma efetiva e tudo seja resolvido o mais breve possível. De acordo com a tabela 01, verificamos que todos os planos de ação se encontram concluídos. Em razão do tamanho da empresa e experiência dos profissionais, o processo de Brainstorming deu-se rápido e eficaz, com sugestões pontuais não direcionadas a níveis técnicos do processo. Todas as ações propostas foram implementadas sem grandes problemas e concluídas em tempo hábil. Em relação ao comparativo das sondagens, verificamos que a mineradora em questão utilizava somente a sondagem rotopercussiva, não sendo possível realizar a comparabilidade entre ambas dentro da mesma organização. Entretanto, realizou-se o comparativo entre ela e outras empresas do ramo. Iniciou-se 13 com processo comparativo de custos de equipamentos necessários para ambos os métodos de sondagem: rotativa e rotopercussiva. Consideraram-se apenas os equipamentos e mão de obra específicos de cada método, visto que o restante do processo é realizado de forma similar. Os equipamentos para sondagem rotopercussiva são aqueles rotopercussivos, com propulsão a óleo diesel ou pneumática. Utilizam-se ferramentas como: tripé com roldana, guincho mecânico ou moitão, trado concha e helicoidal, hastes e luva de aço galvanizado, alimentador de água, cruzeta, trépano e T de lavagem, barriletes mostradores e peças para sua cravação, martelo com 65 kg e guia tubos de revestimento, torquímetro, abraçadeiras para revestimento, abaixadores e alçadores para hastes, saca-tubos, bomba-balde (baldinho com válvula de pé), chaves de grifo, entre outros. Realiza-se esse método em profundidades de análises não muito grandes, além de serem sondagens com menores diâmetros. Na figura 02 podemos ver a sondagem rotopercussiva realizada na mineradora do norte goiano. Após analisar os equipamentos e técnicas de ambas as sondagens, verificou-se que a sondagem rotopercussiva possui menor custo comparado à rotativa. Entretanto, vale ressaltar que em caso de alargamentos futuros, este método pode acarretar altos gastos para corrigir o problema. Conforme demonstrado, realizou-se o acompanhamento de uma análise de recuperabilidade na empresa de extração de níquel na cidade de Barro Alto – GO, a qual utiliza o método rotopercussivo. Foi analisado o período de 09/03/2021 até 08/03/2022, onde se considerou a meta de recuperação em 80%, sendo 75% o aceitável. 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS A partir do estudo, foi evidenciada a importância do projeto Kaizen para identificar e desenvolver melhorias na empresa analisada. Este método pode ser aplicado em todos os ramos de atuação, desde que sigam os 4 passos necessários: planejamento, execução, verificação e ação. 14 Na empresa analisada verificamos os métodos utilizados para sondagem bem como possíveis melhorias a serem implementadas durante reuniões de brainstorming com a equipe de sondadores. Foram identificados 13 problemas que envolvem desde situações técnicas a situações organizacionais, as quais foram 100% solucionadas durante o acompanhamento do processo. Ao observar o comparativo entre equipamentos utilizados pela sondagem rotativa e rotopercussiva, verifica-se que a rotopercussiva possui menor custo de implementação, sendo por este motivo uma das mais praticadas. Quanto à recuperabilidade, observa-se que apesar de grandes oscilações no começo do período acompanhado, a empresa possui controle e rastreabilidade das análises, bem como identificar novas soluções através do brainstorming para obter melhores resultados REFERÊNCIAS ABREU, Raphael Lorenzeto de. Map locator of Goiás's Barro Alto city. 2006. Disponível em: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Goias_Municip_BarroAlto.svg. Acesso em 29 mar. 2023. ALVES, Maria de Lourdes de Paula. A influência do monitoramento do fluido e dos parâmetros de perfuração na eficiência da sondagem de minério de ferro: um estudo de caso. 2015. 140 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Geotécnica) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2015. 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