UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO – UFOP
ESCOLA DE MINAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINAS
RUAN FERNANDES DE SOUZA
AUTOMATIZAÇÃO DE ANÁLISE GRANULOMÉTRICA POR UAV
OURO PRETO – MG
2022
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Análise de Fragmentação de Rocha em Mineração: Uma Abordagem com UAVs, Teses (TCC) de Engenharia de Minas
Este artigo científico explora a aplicação de veículos aéreos não tripulados (uavs) na análise de fragmentação de rocha em operações de mineração. O estudo destaca os benefícios da tecnologia uav, como a coleta de dados em tempo real, a redução do tempo de análise e o aumento da segurança dos trabalhadores. O artigo apresenta um estudo de caso que compara o método de análise de fragmentação por uav com métodos convencionais, demonstrando a eficácia e precisão do uso de uavs.
Tipologia: Teses (TCC)
2023
1 / 63
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO – UFOP
ESCOLA DE MINAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINAS
RUAN FERNANDES DE SOUZA
AUTOMATIZAÇÃO DE ANÁLISE GRANULOMÉTRICA POR UAV
OURO PRETO – MG
RUAN FERNANDES DE SOUZA
AUTOMATIZAÇÃO DE ANÁLISE GRANULOMÉTRICA POR UAV
Monografia apresentada ao Curso de Graduação em Engenharia de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro de Minas. Orientador: Prof. Dr. Carlos Enrique Arroyo Ortiz Co-orientador: Augusto Ferraz
OURO PRETO – MG
DEDICATÓRIA
Dedico esse trabalho à minha família, principalmente em quem acreditou nesse sonho, meus pais Ferdinanda e Edgar e meu irmão Ector. Vocês são meus maiores pilares. À Mayara, pelo companheirismo e paciência nessa jornada e a todos meus colegas de trabalho da Enaex, pelo suporte e aprendizado adquirido.
AGRADECIMENTOS
Ao Augusto Ferraz Ribeiro, pela amizade e oportunidade de estágio na Enaex. A todos os colegas de trabalho da Enaex, em especial Silvio Corsini, Franciel de Moura, Gustavo Calegari, Carlos Alexandre, Renato Nóbrega, Gilmar Pereira, Olismar do Carmo, Eugênio Batista e Luana Vertelo pela contribuição em meu crescimento profissional. A UFOP e aos professores e mestres com quem tive a oportunidade de aprender, pelo ensino gratuito e de qualidade. A meu orientador Prof. Dr. Carlos Arroyo, por toda atenção, conhecimento e energia que proporcionaram a realização deste trabalho. À minha família, por serem sempre minha maior base. À memorável República Arca de Noé, lar onde tive aprendizado, fiz irmãos e vivi os melhores anos da minha vida.
LISTA DE SIGLAS, ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
UAV - Unmanned aerial vehicle
Orthophoto – fotografia aérea
3D - tridimensional
P80 – Porcentagem de 80% na quantidade de fragmentos Oversize – grande demais
Backbreak – quebra por trás
Vod – Velocidade de detonação
Blaster – responsável pelo desmonte de rocha com explosivo
Gnss - Global Navigation Satellite System
Máx - Máximo
Min - Minímo
M - Metro
Km/h – quilometro por hora
m/s – Metros por hora
ghz – giga hertz dbm - decibéis
Eirp - Effective Isotropic Radiated Power
% - Porcentagem
° - Graus
mm - Milimetro
FHD - Full High Definition
s - Segundos
IA – Inteligência Artificial
AI - artificial intelligence G/cm³ - gramas por centímetro cubico
Mpa – Mega pascal
IF – Itabirito friável
ISC – Itabirito semi compacto
IC – Itabirito Compacto
Kg/m³ – quilogramas por metro cubico
Kg/t – quilogramas por tonelada
2D – duas dimensões
LIDAR - light detection and ranging
Cut-off - cortar
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Análise granulométrica ............................................................................ 50 Gráfico 2 - Porcentagem de passante com o tamanho da partícula em milímetros .. 57
LISTA DE QUADROS
RESUMO
Na mineração é essencial para o processamento e planejamento da produção mineral, conhecer de forma rápida e precisa sobre a fragmentação proveniente do desmonte de rocha por explosivos. Neste trabalho, é mostrado método de utilização por máquina que caracteriza a pilha desmontada diretamente de imagens por UAV. Em contraste com as abordagens mais avançadas, que requerem uma interação pesada dos utilizadores, conhecimentos especializados e cuidadosos, esse método funciona de forma totalmente automática. Calcula-se cada fragmento individual na pilha desmontada em múltiplas escalas para gerar uma segmentação globalmente consistente. Além disso, registramos imagens do mundo real para gerar o nosso próprio conjunto de dados para a formação da rede. O método se mostra muito promissor em termos quantitativos e resultados qualitativos em todas as nossas experiências. Ademais, os resultados indicam claramente que o nosso método se generaliza a dados nunca vistos, pois introduz o uso de fotografia aérea gerada por drone para recolher e analisar a fragmentação, tanto para áreas de minério de ferro quanto para agregados, a fim de apoiar o contínuo processo de melhoria. O estudo foi capaz de demonstrar um ganho real de tempo e aumento da segurança do processo, executado de forma prática em uma mina de minério de ferro. Em conjunto com o software de análise de fotos, o resultado fornece as minerações um método rápido, preciso e dinâmico de aferição de desempenhos e otimização do processo de redução de tamanho de acordo com as especificações.
Palavras-chave: Fragmentação; UAV; Otimização; Desmonte de rocha.
ABSTRACT
In mining it is essential for the processing and planning of mineral production to know quickly and accurately about the fragmentation coming from the rock dismantling by explosives. In this paper, a machine-use method is shown that characterizes the dismantled pile directly from UAV imagery. In contrast to more advanced approaches, which require heavy user interaction, specialized and careful knowledge, this method works fully automatically. We calculate each individual fragment in the disassembled stack at multiple scales to generate a globally consistent segmentation. In addition, we record real-world images to generate our own dataset for network formation. The method shows great promise in terms of quantitative and qualitative results in all our experiments. Furthermore, the results clearly indicate that our method generalizes to unseen data as it introduces the use of drone-generated aerial photography to collect and analyze fragmentation for both iron ore and aggregate areas to support the continuous improvement process. The study was able to demonstrate a real time gain and increased process safety, executed in a practical way in an iron ore mine. In conjunction with photo analysis software, the result provides mines and aggregates with a fast, accurate and cost-effective method of benchmarking and optimizing the size reduction process to specification.
Key words: Fragmentation; UAV; Optimization; Blasting Rock.
- Figura 1 - Drone sobrevoando uma cidade
- Figura 2 - Detonação a favor do mergulho da foliação.
- Figura 3 - Detonação contra o mergulho da foliação
- Figura 4 - Detonação ao longo da direção de foliação
- Figura 5 - Demonstração da onda de choque de um explosivo
- Figura 6 - Reação do explosivo
- Figura 7 - Diagrama de detonação de um explosivo com diâmetro reduzido
- Figura 8 - Fragmentação por onda de choque
- Figura 9 - Onda refletida em uma face livre
- Figura 10 - Nomenclatura de itens em uma bancada
- Figura 11 - Demonstração de lançamento de pilha
- Figura 12 - Logo da Agência Nacional de Aviação Civil
- Figura 13 - Foto retirada por drone da massa desmontada
- Figura 14 - Polígono feito no Google Earth
- Figura 15 - Plano de voo planejado feito pelo software Maply
- Figura 16 - Plano de voo executado pelo drone
- Figura 17 - Condições climáticas durante o voo........................................................
- Figura 18 - Relação de imagens capturadas durante o voo
- Figura 19 - Cartografia da região de Conceição do Mato Dentro
- Figura 20 - Vista aérea da região da Mina do Sapo
- Figura 21 - Vista aérea dos municípios ao redor da Mina do Sapo
- Itapanhocanga........................................................................................................... Figura 22 - Colunas estratigráficas da região entre São Sebastião do Bom Sucesso e
- Figura 23 - Exemplo de plano de fogo
- Figura 24 - Orthophoto massa desmontada
- Figura 25 - Área selecionada e segmentada por cores em relação ao seu tamanho
- Quadro 1 - Especificações aeronave
- Quadro 2 - Sistemas de detecção
- Quadro 3 - Sobre seu estabilizador
- Quadro 4 - Sobre câmera da aeronave
- 1 INTRODUÇÃO
- 1.1 Objetivos
- 1.1.1 Objetivo geral
- 1.1.2 Objetivos específicos
- 1.2 Justificativa do estudo
- 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
- 2.1 Veículos aéreos não tripulados
- 2.1.1 Controle de desastres
- 2.1.2 Agricultura
- 2.1.3 Controle de desmatamento
- 2.1.4 Mineração
- 2.2 Fragmentação, produto do desmonte de rochas
- 2.2.1 Parâmetros de fragmentação
- 2.2.2 Características do desmonte de rocha
- 2.4 Desenho do plano de fogo
- 2.5 Cálculos do plano de fogo e fórmulas empíricas............................................
- 2.6 Tempo de retardo
- 2.7 Fragmentação
- 2.8 Regulamentação para o uso de drones
- 3 MATERIAIS E MÉTODOS
- 3.1 Ferramenta de análise de fragmentação por AI
- 4 ESTUDO DE CASO
- 4.1 Local de Estudo
- 4.2 Geologia local da Mina
- 4.3 Características do maciço rochoso
- 4.4 Plano de fogo mina do sapo
- 4.4.1 Geometrias do plano..........................................................................................
- 4.5 Modelo de previsão granulométrica
- 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
- 5.1 Análise entre o método preditivo e UAV
- UAV 5.2 Benefícios práticos na utilização do método de análise de fragmentação com
- 6 CONCLUSÃO
- REFERÊNCIAS
1 INTRODUÇÃO
A apresentação da metodologia proposta nesse estudo contempla a melhoria contínua na mineração. A melhoria está ligada à maximização de utilização das ferramentas chave, na explotação de minas e pedreiras. Quanto mais alto a compatibilidade entre as variáveis controladas do minério e as necessidades da usina, melhor será a produtividade, custo e a qualidade do produto. Visando superar a fragmentação excessiva ou baixa fragmentação, a usina compensa através da implementação de soluções no processo de beneficiamento, com o objetivo de produzir o produto ideal. Tudo isso requer estudo do minério antes do seu processamento, por exemplo, geologia, distribuição granulométrica, infraestrutura, quantidade de explosivo e perfuração. O impacto da distribuição do tamanho do minério ao longo do processo provou ser crítico para uma boa qualidade do componente final, bem como o custo atrelado ao desempenho dos componentes (carregamento, moagem e operações de usina). A dinamicidade das informações, sobre as propriedades da pilha desmontada é essencial para o planejamento da produção e processamento industrial. Tais informações, futuramente, são utilizadas para otimizar o trabalho. E por fim a medição da granulometria, após o desmonte, é de fundamental importância para essa a melhoria contínua. Hoje em dia podemos ver a fragmentação da detonação a partir da utilização de fotografia aérea com drones. Os dados específicos obtidos do local, é um dos importantes blocos de construção no processo de montagem em uma imagem de 360 graus (orthophoto). Com o avanço das aeronaves não tripuladas tecnologias de sistema (UAV), as operações estão conhecendo os benefícios dos novos recursos, incluindo a análise do tamanho das partículas aéreas através de fotoanálise, levantamento topográfico e perfil 3D da área. A utilização destas ferramentas, permite fazer ajustes que nos auxiliará em futuros desmontes, ajustando o plano de fogo as devidas condições do momento. Este é um primeiro passo na criação de uma ferramenta abrangente que irá ajudar-nos não só a compreender a atual fragmentação por explosivos, mas também facilitar decisões baseadas em dados de fragmentação e nos auxiliando.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Veículos aéreos não tripulados
Por mais que os drones tenham tido uma longa história no contexto militar, o seu uso está cada vez mais generalizada em funções não militares (HODGKINSON; JOHNSTON, 2018). Atualmente sua utilização está limitada a uma tecnologia em fase de desenvolvimento, mesmo que haja significantes drones de versatilidade potencial que podem transformar a forma como a logística e os serviços são prestados. A sua utilização conduzirá, sem dúvida, à realização de novos objetivos empresariais, sociais, ambientais e outros (ATWATER, 2015). Contudo, também cria um cenário potencialmente grande, crescendo de forma desordenada e causando problemas para outras partes do sistema económico. Supreendentemente, durante a crise da COVID-19, o potencial do drone (FIG.
- aumentou, abrindo novos caminhos da tecnologia para modificar a atual prestação de serviços, a segurança e os níveis de capacidade. Por exemplo, a entrega de máscaras faciais em ilhas remotas na Coreia do Sul e medicamentos prescritos de farmácias a aldeias de reforma na Florida. Podemos dizer que a COVID-19 tem aumentado a utilização da tecnologia em muitas áreas e que talvez os drones representem uma revolução na forma como transportamos mercadorias e potencialmente até a nós próprios.
Figura 1 - Drone sobrevoando uma cidade
Fonte: O autor, 2022
Nota-se que cada dia mais é utilizado drones para atividades comerciais, como atividades de engenharia, mineração e agricultura. A sua capacidade de visualizar grandes áreas de forma rápida e com baixo custo quando comparado a voos com aeronaves convencionais proporciona novos aspectos de visualização e nova capacidade de aquisição de dados (ou os dados existentes podem ser de grande escala a um custo mais baixo) para tomar decisões e gerir operações com maior eficácia. Aqui está algumas das atividades que estão sendo utilizados drones.
2.1.1 Controle de desastres
Infelizmente algumas catástrofes acontecem onde não esperamos e em qualquer lugar do planeta, sejam elas por causas naturais ou efeito dos homens. Como terremoto, tsunami, rompimento de barragens e desabamentos. O salvamento de vitimas sempre leva muito tempo e nem sempre consegue resgatar com vida. Desta forma, o uso de drones pode ajudar na busca por desaparecidos, mapeamento de área afetada e no envio de forma rápida para as equipes de resgate.
2.1.2 Agricultura
É de conhecimento de todos, que o plantio da maioria dos grãos e a pecuária, se utiliza de grandes áreas. O uso de drones pode facilitar o controle desses grandes campos, permitindo que o dono do negócio tenha acesso de forma rápida e precisa de tudo que está acontecendo com sua plantação ou seu rebanho.
2.1.3 Controle de desmatamento
O uso de drones no controle de desmatamento foi um grande avanço para os ambientalistas. Com ele é possível observar, vários cenários ao longo dos anos, áreas que antes era de difícil acesso, hoje já estão sendo mapeadas e em constante observação. Alguns sensores instalados nos drones, podem nos dizer o nível de umidade, qualidade do solo, queimadas e poluição.