Construção de modelos computacionais de redes de fluxo para circuitos de ventilação de minas em subsolo

Abstract

A ventilação de uma mina tem como principal objetivo o fornecimento de um fluxo de ar fresco (puro), de forma natural ou artificial, a todos os locais de trabalho em subsolo, em quantidades suficientes para assegurar as condições de higiene e segurança dos trabalhadores (Costa, 1998). Portanto, a ventilação de minas subterrâneas é um tema muito importante a ser estudado. No Brasil, as Normas Regulamentadoras do Ministério do Trabalho e Emprego, fixam os parâmetros de quantidade e qualidade do ar. Essas normas têm imposto limites cada vez mais rígidos às mineradoras, no sentido de garantir melhores condições de trabalho aos funcionários, obrigando as empresas a dar maior atenção aos seus circuitos de ventilação. As técnicas computacionais são nos dias atuais, ferramentas de grande utilidade para análise de redes ventilação, visto a grande disponibilidade de softwares e da portabilidade dos arquivos e recursos computacionais que facilitam sobremaneira a análise da influência de modificações no circuito, reduzindo custos e otimizando os recursos disponíveis. Este trabalho apresenta um estudo de caso realizado na Mina Esperança, localizada no município de Treviso-SC (mineração de carvão pelo método de câmaras e pilares), onde foram empregadas técnicas de simulação computacional para a construção de modelos da distribuição do fluxo de ar adaptados às condições da mina. A construção destes modelos computacionais teve como objetivo a caracterização do sistema de ventilação, através de levantamentos dos parâmetros ambientais de interesse (vazões, pressões e temperatura) e o desenvolvimento de modelos representativos para o circuito de ventilação da mina. Na construção dos modelos computacionais foram posicionados dentro do circuito principal de ventilação diversos pontos de medida de velocidade do fluxo de ar e diferença de pressão estática (entrada e retorno). Estes dados forneceram as resistências de cada trecho do circuito de ventilação. Os valores das resistências dos trechos do circuito de ventilação, juntamente com as curvas características dos ventiladores introduzidos no aplicativo de ventilação VentSim® versão 2,45 (versão educacional), com o qual foram construídos oito configurações de circuito. Alguns modelos computacionais construídos foram validados, fornecendo valores de vazão e pressão compatíveis aos medidos na mina, com diferenças entre os valores simulados e medidos de até 20%. Os trechos do circuito de ventilação que apresentam as maiores diferenças entre os valores medidos e simulados são aqueles que apresentam os maiores problemas de conservação em seus divisores de fluxo (tapumes), isto é, os modelos construídos retornaram resultados satisfatórios nos trechos, onde as coletas de dados de vazão e pressões são adequadas e em maior número. Na análise dos modelos computacionais de cenários futuros para a Mina Esperança, verificou-se que os mesmos fornecem valores de vazão e pressão representativos e possíveis de serem utilizados na caracterização dos arranjos do circuito de ventilação da mina, com a possibilidade, em curto prazo, de se adequar o atual circuito de ventilação em série para paralelo, atendendo às normas regulamentadoras (NR-15 e NR-22). Portanto, as técnicas computacionais para análise e simulação de redes de fluxo comprovam ser uma importante ferramenta de projeto, diminuindo custos e racionalizando os recursos disponíveis.

Mine ventilation aims at providing fresh air for ali working faces at an adequate flow to assure an appropriate atmosphere to the miners. The design and efficiency analysis in a ventilation circuit can be carried out using Hardy Cross algorithm and Kirchhoff law. In a complex ventilation layout these techniques proved to be extreme laborious. For a more detailed analysis or checking the effect in the ventilation circuit due to mining changes, computational simulation can be used. These simulation methods were used to construct models for Esperança Mine (Brazil). The model construct by simulation aim at checking the adequacy of the ventilation circuit to the NR22 (Brazilian regulation). Also a scenario providing 2000 m3/min for each panel was studied. Information necessary to the model include: static pressure, openings dimensions and geometry, and fans operational characteristics. The output from the model includes air flow and pressure along the circuit. Differences between the values predicted by the model and true values are less than 20%. The model was accepted as valid and therefore used for simulating the ventilation at various mining layouts. Computational ventilation models demonstrate their usefulness in planning and improving underground atmosphere.