Análise de confiabilidade do sistema de fornecimento de ar comprimido em minas subterrâneas

May 22, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 6836 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Apesar do alto custo e da baixa eficiência, o ar comprimido é utilizado principalmente na mineração subterrânea para extração de minério, içamento e operações de processamento mineral. As falhas dos sistemas de ar comprimido não só ameaçam a saúde e a segurança dos trabalhadores, mas também contribuem para o controlo ineficiente do fluxo de ar e param todos os equipamentos que funcionam com ar comprimido. Em condições tão incertas, os gestores de minas enfrentam o grande desafio de fornecer ar comprimido suficiente e, portanto, a avaliação da confiabilidade destes sistemas é essencial. Este artigo tem como objetivo analisar a confiabilidade do sistema de ar comprimido usando a abordagem de modelagem de Markov como estudo de caso, Mina de Cobre Qaleh-Zari, Irã. Para conseguir isso, o diagrama de espaço de estados foi construído considerando todos os estados relevantes para todos os compressores na casa principal de compressores da mina. A taxa de falhas e reparos de todos os compressores principais e reserva foram calculadas para todas as transições possíveis entre estados para obter a probabilidade de o sistema estar em cada um dos estados. Além disso, a probabilidade de falha em qualquer período de tempo foi considerada para estudar o comportamento da confiabilidade. Os resultados deste estudo mostram que há 31,5% de probabilidade de o sistema de fornecimento de ar comprimido estar em condições de operação com dois compressores principais e um de reserva. A probabilidade do sistema de que dois compressores principais permaneçam em operação sem falhas por um mês é de 92,32%. Além disso, a vida útil do sistema é estimada em 33 meses quando pelo menos um compressor principal está ativo.

Ambas as potências hidráulicas e pneumáticas são amplamente utilizadas para fornecer energia para equipamentos de mineração. Apesar do alto custo e da baixa eficiência, o ar comprimido ainda é utilizado principalmente em diversos equipamentos, como selecionadoras de perfuração, bombas, ventiladores, luzes de turbina, guindastes, transportadores, carregadeiras e escavadeiras. Além disso, é geralmente usado para operações de portas de ventilação e pulverização de água para diminuir a poeira. Os compressores devem estar ativos continuamente para manter a pressão adequada do sistema. O sistema de fornecimento de ar comprimido é um dos sistemas que mais consome energia na mina e contribui com cerca de 20–40% do consumo total de energia da mina1. Como qualquer outro sistema, as unidades compressoras de ar são formadas por diferentes peças, incluindo tanques (depósito de ar), mangueiras, tubos, cabos, etc. Estas peças estão regularmente expostas a distrações e erosões. Existe a possibilidade de revelar os danos antes da ocorrência de qualquer tipo de erosão. Contudo, qualquer falha no sistema de fornecimento de ar comprimido expõe os operadores e equipamentos a um elevado nível de risco de segurança.

O uso de compressores de deslocamento positivo (compressores de parafuso e de pistão), capazes de fornecer ar comprimido de alta pressão, é rotineiro principalmente em operações de mineração subterrânea. Confiar em apenas um compressor é altamente arriscado, pois, em primeiro lugar, depender de apenas um compressor pode trazer a capacidade de fornecer o fluxo de ar pressurizado necessário e, em segundo lugar, a falha do dispositivo pode nos deixar sem outra alternativa. Portanto, é racional usar alguns outros compressores em paralelo. O número desses compressores pode ser determinado com base no fluxo de ar necessário e também na deficiência de perda de ar. Em caso de falha de um compressor principal, um compressor reserva será substituído imediatamente para fornecer a mesma quantidade de ar comprimido, devendo permanecer em uso até que o compressor principal seja reparado e depois retorne ao sistema. Assim, a determinação da confiabilidade de todo o sistema é muito importante para a segurança e economia do produto e é altamente dependente do conhecimento da probabilidade de falha dos compressores. Portanto, ter um número suficiente de compressores ativos e de reserva aumenta a eficiência do sistema em todos os aspectos de otimização.