INFERÊNCIA DE VARIÁVEIS TECNOLÓGICAS DE MINÉRIO COM USO DE PERFILAGEM GEOFÍSICA EM MINERAÇÃO DE CARVÃO MINA DO SEIVAL, RIO GRANDE DO SUL - BRASIL

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1 INFERÊNCIA DE VARIÁVEIS TECNOLÓGICAS DE MINÉRIO COM USO DE PERFILAGEM GEOFÍSICA EM MINERAÇÃO DE CARVÃO MINA DO SEIVAL, RIO GRANDE DO SUL - BRASIL Leandro José de Oliveira, UFRGS, Engenheiro de Minas/Mestrando, ljdeoliveira@yahoo.com.br João Felipe Coimbra Leite Costa, UFRGS, Engenheiro de Minas/Professor, Jair Carlos Koppe, UFRGS, Engenheiro de Minas/Professor, Paulo Salvadoretti, UFRGS, Engenheiro de Minas/Professor, Gustavo Antônio Bastiani, Copelmi Mineração, Geólogo/Lavra José Adolfo Carvalho Júnior, Copelmi Mineração, Engenheiro de Minas/Planejamento RESUMO Amostragem é prática indispensável em mineração. O custo de uma campanha de amostragem pode ser elevado e depende do método utilizado. A perfilagem geofísica é um método de amostragem indireta, que é eficaz com o desenvolvimento de novas tecnologias para medições de grandezas físicas. O gama retroespalhado (gama-gama) ajuda na identificação da camada de carvão e proporciona a inferência da qualidade do carvão baseado na sua densidade. Esse trabalho investiga a correlação entre o gama retro espalhado, medido através da perfilagem geofísica, com o poder calorífico do carvão. A análise numérica dos resultados revela a eficiência do método, quando bem amostrado, de modo a inferir o poder calorífico sem realizar a análise laboratorial. O erro dessa estimativa é superior ao método tradicional, porém o custo da informação é substancialmente menor. Palavras Chave: perfilagem geofísica, radiação gama, carvão, qualidade comparado ABSTRACT The sampling is a usual practice in mining operation. The cost of a sampling campaign depends of the utilized method. The geophysical logging is a indirect sampling methods, but effective with the new technique to measure physical quantity. With the back scattering gamma rays is possible to provide quality inference of coal based in your density. This paper search the correlation between back scattering gamma rays, by geophysical logging, and calorific power in coal deposits. The numeric results show the efficiency of the method. The error of this estimate is bigger when compare with the traditional methods, however the cost of this information is considerably minor. Key words: geophysical logging, gamma rays, coal, quality

2 INTRODUÇÃO Amostragem é prática indispensável em mineração. O custo de uma campanha de amostragem depende do método empregado. Métodos tradicionais de amostragem, como sondagem com recuperação de testemunho, apresentam um alto custo de operação. Equipamentos de perfilagem geofísica vêm se mostrando cada vez mais eficaz com o desenvolvimento de novas tecnologias para medições de grandezas físicas. Diversos parâmetros podem ser medidos com equipamentos de geofísica entre eles a resistividade, a emissão natural de radiação gama, a radiação gama retro-espalhada, (também conhecida como perfilagem gama-gama), velocidade de propagação de ondas mecânicas, etc. O comportamento desses parâmetros pode ser correlacionados com propriedades físicoquímicas da matéria medida. No caso de mineração de carvão (carvão energético), um dos principais parâmetros que define sua qualidade é o poder calorífico, o qual possui correlação com a densidade (correlação inversa). A cinza no carvão, matéria que não agrega poder calorífico, apresenta densidades superiores a do carvão. Quanto maior a porcentagem de cinza, maior a densidade e menor o poder calorífico do carvão. A figura um, resume a relação entre os parâmetros de interesse. A relação entre a contagem gama e a densidade pode ser mais bem analisada no gráfico da figura dois. Figura 1 Relação entre os comportamentos dos parâmetros de interesse. Para o carvão, com a medição dos parâmetros da radiação gama natural e resistividade é possível definir quantitativamente uma camada. Com a medição da radiação gama retro espalhada (gama-gama) é possível definir a camada com maior precisão ainda proporciona a inferência da qualidade do carvão baseado na sua densidade. O comportamento do gama retro espalhado é diferente para cada tipo de sonda utilizada, mas normalmente segue como uma curva conforme mostra o gráfico abaixo.

3 Figura 2 Curva generalizada da contagem de radiação gama retro espalhado e densidade. A unidade CPS (contagens por segundo) apresentada no gráfico é a unidade referente das medições realizada por detectores de radiação gama (cintilômetros), que representa uma desintegração a cada segundo. Para cada sonda deve construída uma curva de calibração que é construída utilizando materiais com densidades precisamente conhecidas. Esse trabalho investiga a correlação entre a radiação gama retroespalhada (CPS), medido através da perfilagem geofísica, com o poder calorífico do carvão, para futuros tratamentos geoestatísticos de co-estimativa ou de co-simulação. METODOLOGIA A metodologia aplicada para realizar o trabalho iniciou com uma campanha de sondagem com recuperação de testemunhos em uma jazida de carvão. Foram realizados um total de nove furos de sondagem sendo que 4 furos em diâmetro H (8,5 cm) e 5 furos em diâmetro Z (16 cm). Para todos os testemunhos foram realizadas as seguintes etapas: Descrição das litologias e suas respectivas espessuras; Identificação das camadas de carvão em diversos segmentos; Análises químicas das camadas de carvão, subdivididos em espessuras intermediárias (plies) dentro da camada, sendo então que uma mesma camada apresenta várias amostras analisadas quimicamente; Sabendo que o método é baseado principalmente em que o poder calorífico diminui com o aumento da densidade, foi realizado, após as analises químicas, a correlação entre o poder calorífico e a densidade. A curva de correlação, apresentada a seguir, mostra que o poder calorífico e a densidade apresentam uma grande correlação (inversa).

4 Figura 3 Correlação entre poder calorífico e densidade. A segunda etapa foi à execução de perfilagem geofísica nos furos amostrados para medição. Com a perfilagem geofísica foram medidos os parâmetros de resistividade elétrica, radiação gama natural, radiação gama retro espalhado (gama gama) e potencial espontâneo. Figura 4 Princípio de funcionamento da perfilagem geofísica para uma sonda de densidade. A fonte irradia constantemente radiações gama, a radiação gama que atingi a litologia, é retro espalhada até o detector. Com a curva de calibração da sonda, é possível obter a densidade e conseqüentemente poder calorífico da litologia. O jazimento é composto por 10 camadas de carvão economicamente minerável. O estudo foi realizado principalmente na camada CS pois esta apresenta um elevado potencial de

5 qualidade e espessura em relação as demais. As sondagens de diâmetros diferentes foram analisadas separadamente. Devido a versatilidade de operação a perfilagem geofísica pode ser realizada concomitantemente com as operações de lavra. Não há a necessidade de realizar um furo específico para perfilagem, uma vez que o equipamento esteja calibrado, podendo ser realizada nos próprios furos para o desmonte com explosivos. Em casos onde não há desmonte com explosivos é necessário a realização de furos destrutivos. ESTUDO DE CASO Este trabalho foi realizado na Mina do Seival pertencente à empresa Copelmi Mineração S.A. Este empreendimento está localizado a aproximadamente 450 km de Porto Alegre. Figura 5 Mapa de localização do empreendimento A empresa disponibilizou o banco de dados contendo as analises químicas dos segmentos da camada de carvão estudada (camada CS) de todos os testemunhos. Tabela 1 Banco de dados disponibilizado pela empresa, referente as analises químicas da camada CS do furo SVH 10. Matéria Poder Nome do Espessura Cinza De Para Litologia Volátil Calorífico segmento (cm) (%) (%) (kcal/kg) SVH-10/33 36,83 37,08 0,25 Siltito Carbonoso 62,10 18, SVH-10/34 37,08 37,36 0,28 Carvão 52,00 17, SVH-10/35 37,36 37,65 0,29 Carvão 49,70 17, SVH-10/36 37,65 38,11 0,46 Carvão 49,40 18, SVH-10/37 38,11 38,37 0,26 Carvão 47,60 19, SVH-10/38 38,37 38,62 0,25 Carvão 45,70 19, SVH-10/39 38,62 38,85 0,23 Carvão 43,80 22, SVH-10/40 38,85 39,03 0,18 Carvão 37,10 29, Para cada um dos 10 furos de sondagem existe um banco de dados semelhante ao mostrado na tabela 1. Os furos de sondagem estão dispostos conforme apresenta o mapa de localização das sondagens que foram realizadas em áreas isoladas.

6 Figura 6 Mapa de localização das sondagens. Com os registro da perfilagem geofísica foi possível identificar as camadas. Os valores de CPS foram obtidos a partir desses registros impressos pelo equipamento. Figura 7 Registro impresso pelo equipamento de perfilagem geofísica do furo SVH 10. O registro geofísico mostra os quatro parâmetros medidos, radiação gama natural (em preto) e potencial espontâneo (em vermelho) a esquerda do gráfico e radiação gama retro espalhada (em azul) e resistividade elétrica (em vermelho) a direita do gráfico, as linhas paralelas delimitam a camada CS. A identificação da camada é realizada principalmente com a radiação gama natural e resistividade elétrica, que apresentam níveis baixos e altos respectivamente, quando comparados com os valores obtidos de outras litologias no entorno da camada. A radiação gama retro espalhada é um complemento para a melhor definição da camada de carvão devido sua resposta ser em função da densidade do material analisado, mas a sua fundamental importância, é a verificação da qualidade do carvão. O carvão apresenta densidades bastante inferiores às demais litologias que compõem o jazimento.

7 RESULTADOS Foram realizados dois tipos de correlações: Correlação entre segmentos; Correlação entre os furos; Os furos H e Z foram analisados separadamente. Correlação entre segmentos A correlação entre os segmentos foi realizada comparando-se o poder calorífico analisado em laboratório com a contagem CPS médio do respectivo pedaço. Então o banco de dados disponibilizado pela empresa foi acrescido em uma coluna com informações de CPS dos segmentos. Tabela 2 Banco utilizado para realizar a correlação do PC versus CPS, referente a camada CS do furo SVH 10. Poder Contagens Nome do Calorífico por segundo segmento (kcal/kg) (CPS) SVH-10/ ,4 SVH-10/ ,6 SVH-10/ ,2 SVH-10/ ,1 SVH-10/ ,9 SVH-10/ ,0 SVH-10/ ,2 SVH-10/ ,1 Utilizando o software Scatplt do pacote de softwares GSLib, Geoestatistical Software and Library, (Journel ) foi calculado a curva de correlação entre as valiáveis PC e CPS. Figura 8 Gráfico de correlação de PC versus CPS da amostra SVH 10.

8 A partir do gráfico da figura oito podemos ver que no furo SVH 10 a correlação entre o CPS e o PC é bastante grande mostrando que a informação de CPS para estimar o PC pode ser utilizada. Figura 9 Correlação entre os segmentos de cada furo de diâmetro H. A partir da figura nove observa-se que as correlações dos furos apresentaram grandes variações, que podem ter ocorrido devido ao tipo de equipamento utilizado para perfilagem geofísica. Foi realizada a correlação entre todos os segmentos dos furos H, pois se nota pela figura cinco que a ordem de grandeza de CPS obtidos de cada furo são bem distintas evidenciado pela existência de duas populações.

9 Figura 10 Correlação entre todos os seguimentos dos furos amostrados de diâmetro H. O motivo da existência de duas famílias de valores não é conhecido. Os registros de campo não fornecem informações suficientes para uma conclusão adequada. Estes mesmos procedimentos foram aplicados para os cálculos das curvas de correlação dos furos Z. Figura 11 - Correlação entre os segmentos de cada furo de diâmetro Z

10 Figura 12 Correlação entre os segmentos de cada furo de diâmetro Z (continuação). Correlação entre furos A correlação entre furos foi realizada com o CPS médio e PC médio da camada de cara furo amostrado. Furos Tabela 3 Banco de dados para realização da correlação entre os furos Coordenadas X Coordenadas Y Coordenadas Z CPS (médio) PC kcal/kg (médio) SVZ , , ,24 SVZ , , ,60 SVZ , , ,67 SVZ , , ,50 SVZ ,02 926, ,00 SVH , , ,87 SVH ,9 1611, ,71 SVH ,06 928, ,44 SVH ,72 919, ,05 SVH , , ,27

11 Figura 11 Correlação entre todos os furos (diâmetro Z e H). Pela figura 11 pode ser observado que a correlação entre todos os furos não é satisfatória, pois a correlação entre os furos Z e H que pode ser comprometida pela diferença de diâmetro. Foi realizada a correlação entre o PC e CPS médio separadamente para furos de mesmo diâmetro. Figura 12 Correlação entre os furos H e Z respectivamente. Com a analise por diâmetro pode ser observada que a correlação entre poder calorífico e ocorre principalmente nos furos H.

12 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Os resultados se mostraram satisfatórios tendo em vista as curvas de correlações apresentadas. Nota-se que houve uma grande variação das correlações tanto para os furos de diâmetro H como para os furos de diâmetro Z. Isso pode ser relacionado pelo fato de que o equipamento de perfilagem não possuía nenhum sistema de centralização ou qualquer outro dispositivo que mantivesse a sonda a uma distância constante da parede do furo durante toda a perfilagem (figura 13). Figura 13 Esquema de possíveis posições da sonda durante a perfilagem (vista superior). Quanto maior distância do sensor (cintilômetro) da parede do furo menor é a intensidade da radiação gama retro espalhada (com uma relação do inverso do quadrado da distância Eq. 1). Isto pode justificar principalmente a ausência de correlação entre os furos e sobretudo entre furos de diâmetro diferentes, mas essa informação não é conclusiva. Outros fatores, principalmente de campo, também podem ter influenciado para a diferença das magnitudes amostradas. I I (1) (2) = 2 ( d(2) ) ( d ) 2 (1) (1) Onde: I (1) intensidade da radiação a uma distância d (1). I (2) intensidade da radiação a uma distância d (2). As correlações nos furos de diâmetro H se mostraram mais constantes pelo fato do diâmetro ser menor então, a diferença entre a distância do sensor e da amostra (parede do furo) sofreu menores variações. Essa variação em função da distância pode ser visto pela ordem de grandeza dos valores de CPS medido pelo equipamento, nos furos Z, o maior valor de radiação gama medida era de aproximadamente 1500 CPS, já nos furos H, o valor máximo é 2100 CPS. Em função disso, a correlação entre os furos de diâmetro diferentes não se apresentou satisfatório.

13 CONCLUSÃO Apesar das irregularidades de amostragem citadas no item anterior, os resultados são bastantes promissores e viabilizam o uso de perfilagem geofísica para inferência de parâmetros de qualidade no carvão. Também deve ser enfocada a importância do uso de sistemas que garantem eqüidistância entre a sonda e a parede do furo durante toda a perfilagem e procedimentos de campo que garantam uma amostragem confiável. Com esse método se torna possível inferir o poder calorífico com a utilização da perfilagem geofísica através de métodos geoestatísticos para incorporação de informações originadas de métodos de amostragem diferentes ou para incorporação de dados secundários através de co-krigagem. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Deutsch, C. V. & Journel, A.G GSLIB: Geoestatistical Software Library and User s Guide. Oxford University Press. New York, 2ª Edição, 369 p. Isaaks, E. H & Srivastava, M. R An Introduction to Applied Geostatistics. Oxford University Press. New York, 561 p. Andreucci R Proteção Radiológica, Aspectos Industriais (apostila). São Paulo, 104 p. Hoffman G.L., Jordan G.R. & Wallis G.R Geophysical Borehole Logging HandBook for Coal Explotation. The Coal Mining Research Centre, Edmonton, Alberta Canada, 270 p.