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

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 6836 (2023) Citar este artigo

228 acessos

Detalhes das métricas

Apesar do alto custo e baixa eficiência, o ar comprimido é usado 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 um controle ineficiente do fluxo de ar e param todos os equipamentos que operam com ar comprimido. Em condições tão incertas, os gerentes de minas se deparam com o grande desafio de fornecer ar comprimido suficiente e, portanto, a avaliação da confiabilidade desses sistemas é essencial. Este trabalho tem como objetivo analisar a confiabilidade do sistema de ar comprimido usando a abordagem de modelagem de Markov como estudo de caso, Qaleh-Zari Copper Mine, Irã. Para isso, o diagrama de espaço de estados foi construído considerando todos os estados relevantes para todos os compressores da casa principal da mina. As taxas de falha e reparo de todos os compressores principais e de reserva foram calculadas para todas as possíveis transições entre os estados para obter a probabilidade de estar o sistema 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 que o sistema de fornecimento de ar comprimido esteja 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 falha 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 estiver ativo.

Ambos os poderes hidráulicos e pneumáticos são amplamente utilizados para fornecer energia para equipamentos de mineração. Apesar do alto custo e baixa eficiência, o ar comprimido ainda é usado principalmente em diferentes equipamentos, como coletores 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 precisam estar ativos continuamente para manter a pressão adequada do sistema. O sistema de abastecimento de ar comprimido é um dos sistemas que mais consome energia na mina, contribuindo com cerca de 20 a 40% do consumo total de energia da mina1. Como qualquer outro sistema, as unidades de compressores de ar são formadas por diferentes partes, incluindo tanques (depósito de ar), mangueiras, tubulações, cabos, etc. Essas peças são regularmente expostas a distrações e erosões. Existe a possibilidade de revelar o dano antes da ocorrência de qualquer tipo de erosão. No entanto, qualquer falha no sistema de alimentação de ar comprimido expõe os operadores e equipamentos a um alto risco de segurança.

O uso de compressores de deslocamento positivo (compressores de parafuso e pistão), capazes de fornecer ar comprimido de alta pressão, é mais rotineiro nas 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 falta de perda de ar. Em caso de falha de um compressor principal, um compressor de reserva será substituído imediatamente para fornecer a mesma quantidade de ar comprimido, devendo ficar em uso até que o principal seja consertado 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 relação a todas as questões de otimização.