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By E. Lentilucci, A. Dey, X. Liu, A. Datta, S. Ghosh

The segmentation of quarry blast smoke plumes is a crucial research area that has the potential to enhance safety, environmental monitoring, object detection, and regulatory compliance in the mining industry. Smoke plume segmentation can be used to identify the spatial extent and temporal evolution of smoke plumes generated by the blast. This information can be used to improve the understanding of blast dynamics and optimize blast designs. Furthermore, smoke plume segmentation can assist in identifying potential environmental and health hazards associated with the release of smoke and dust particles into the atmosphere during quarry blasts. However, many current smoke plume segmentation algorithms are designed for segmentation of smoke plumes from fires and are not suitable for segmentation of plumes from quarry blasts. The proposed method in this paper leverages the video frame captured before the blast as a stationary background image, which helps to reduce other confuser objects present in the image along with a selfadaptive clustering method. The color channels of the image are utilized based on the different contrast properties of the smoke, with a self-adaptive gradient compensation applied for edge detection of the smoke plume. This approach offers a novel and effective way to segment smoke in quarry blast analysis, with potential applications in the calculation of noxious gas volume and concentration within the plume. Compared to other algorithms, our method improves accuracy, decreases the false alarm rates, and reduces the overall miss rate. Overall, this paper contributes to the research on smoke plume image segmentation, particularly for quarry blast smoke plumes, which possess unique characteristics that require specialized algorithms for accurate segmentation.

Jan 1, 2024

By S. Green, R. Yang

Blasting is a commonly used method for rock fragmentation in mining operations for mineral extraction. It involves breaking the rock mass into small pieces, and ideally creating micro fractures within the small pieces. Such micro fractures could significantly reduce the energy required for subsequent processes like crushing and comminution. Additionally, micro fractures would enhance the rock-fragraments fluid permeability thereby enhancing desired chemical reactions during certain processing operations. This paper presents recent developments of the Multiple Blasthole Fragmentation (MBF) model, which simulates blasting rockmass fragmentation. The MBF model allows estimating rock strains experienced during the blast, for various blast design parameters and geometries. The intent is to correlate these strains with created micro fractures in the blast rock fragments. Adjusting blast design parameters in the MBF model of explosive loading and delay timing allows blast optimization. Such optimizing would create desirable strains to enhance micro fractures within the rock fragments. This would improve mining operations by enhancing downstream operation efficiency, thus reducing costs.

Jan 1, 2024

By D. Johansson, C. San Miguel, U. Stenman, N. Petropoulos

Blasting is a commonly utilized method in civil engineering projects and mining operations. Ammonium nitrate-based (AN-based) explosives are the most efficient explosives today in terms of handling and performance. However, a side effect is the production of gases. The reduction of these gases plays an important role in the safety and environmental aspects in the working place. Therefore, optimizing the recipes of explosives is vital for minimizing the environmental impact and increasing performance. The aim of the project is to provide results and recommendations on the use of emulsion commercial explosives to support the Swedish mining industry and tunnel-contractors as well as the explosives manufactures. The approach was to test various recipes of civil emulsion explosives to investigate the generation of toxic fumes (CO, CO2, NO, NO2 and NOx) during their detonation. To further increase the knowledge of the influence of different additives, ammonium nitrate prills were added in various percentages. The experimental configuration consisted of magnetite mortar cylindrical specimens with a 50 mm borehole at their center, filled with emulsion explosive. Several tests with different emulsion compositions regarding ammonium nitrate additives (10%, 20%, 25%, 30% and 35%) were carried out in a blasting chamber. The measurement equipment was composed of a flue gas analyzer. The instrument was meticulously cleaned after every test, as well as before and during the tests due to condensation (high humidity and dust) at the inlet of the instrument. The emulsion was manually sensitized with microballons and pumped into the cylinders to ensure lack of bubbles, which could introduce inhomogeneities. The acquired gas concentration data was complemented with temperature, humidity, and VoD measurements. The results showed a linear increase of nitrogen gases as the percentage of ammonium nitrate prills increased. On the other hand, carbon gases had a relatively low coefficient of determination. The VoD data showed a behavior that can be described with a simple quadratic equation.

Jan 1, 2024

By S. Hosein, W. Birch, C. Johnson

The widespread adoption of electronic detonators has given rise to the development of linear superposition to control the environmental impact on both third-party properties and residents resulting from blast induced vibrations. Linear superposition has become a very effective tool in the hands of blasting engineers and has enabled aggregate reserves to be accessed that once had to be abandoned. This in turn has resulted in more and more complex blasting pattern to be developed that contain multiple rows and multiple decks all with different maximum instantaneous charge weights of explosives. This is then made more complex by having to consider multiple sensitive locations often with different Peak Particle Velocity vibration limits. This paper is a case study of what did happen when a blast was designed that “pushed the boundaries” of environmental blast vibration design and control, without taking fully into account the fundamental geophysical properties of seismic waves. The resulting blast design caused a greatly enhanced s-wave to be created in a critical direction from the blast pattern. The root cause being the s-waves from earlier detonating decks in the blast pattern arriving within 2 milliseconds of decks detonating later in the blast pattern. 209 individual decks were fired in the blast pattern of which 41 pairs of decks arrived at the observation location less than 2 milliseconds apart when taking into account the s-wave speed and direction. The lesson to be learned when using electronic detonators to limit ground vibrations from complex blasting patterns, is that it is just not good enough to look at the planned firing times, a professional blasting engineer must also understand the likely interaction of the various seismic wave types created and their combined impact on any given monitoring location.

Jan 1, 2024

By D. Swanson

Cold Detonation Physics (CDP) is a patented new field of explosives and the name for the explosive that is produced when non-toxic dry ice (frozen carbon dioxide) is combined with powdered metals such as magnesium and aluminum, which are non-toxic and nitrogen-free. The explosive is detonator-sensitive and detonates according to the rapid reduction of carbon dioxide back to carbon, which produces solids comprised mainly of metal oxides and about 5% carbon. CDP was determined to produce a maximum of 300 liters of carbon dioxide per kilogram (4.81 ft3 /lb) and about 1.5 liters of carbon monoxide per kilogram (0.024 ft3 /lb). Both these figures shift according to metal content where higher metal produces less gases. According to theoretical modelling, the relationship between static pressure and metal content was determined to be an inverse parabolic curve with optimum pressure at 25% to 31% metal, depending on the type/s of metal/s used. Velocity of Detonation (VOD) was determined by measuring light at the wavefront with fiber-optic cable inserted into a series of holes drilled into the side of a 3-inch diameter (76 mm) schedule 40 steel pipe containing the mixture. The highest VOD was observed at 25% magnesium and measured between 2,500 to 4,500 m/s (8202 to 14,764 ft/s) when initiated by a 454-gram (1-pound) booster and an electric detonator. A 25% 50:50 alloy of magnesium and aluminum sample shot at a higher velocity than magnesium, according to how the alloy generated smaller pieces of shrapnel when compared with shrapnel from a magnesium test. CDP, using 25% alloy, was tested for blasting limestone by drilling 3.5-inch holes (89 mm) and inserting a 3-inch x 4-foot cardboard tube (76 mm x 1.22 m) with the mixture, packed to a density of 0.62 g/cm3 . The blast was initiated with an electric detonator, behaved like ANFO with more energy and fractured rock sufficiently across the entire length of the borehole. Seismic analysis determined that CDP produces lower ground vibrations than traditional explosives.

Jan 1, 2024

By R. J. Cefalo

Blast and mining spillover between phases or critical areas of the pit is a continuing problem in the mining industry and a safety concern for operating mines. The challenge for many mines is to produce the highest value in the shortest amount of time for any project. For any project, the top priority of any mine is producing ore as fast as possible. The next challenge is to keep that ore feed continuous. To achieve continuous ore feed, pits are designed with multiple phases that are connected and are mined at different elevations. This difference in elevation causes dangers with spillover between the phases during mining, drilling, and blasting. This paper covers an incident that occurred at an active mine and the work completed in creating a spillover control program over an active mining phase. The drill and blast technical group was responsible for creating blast patterns to reduce spillover between these phases. Unrealistic goals and expectations were initially set for the area of the pit. The drill and blast technical group needed to figure blast objectives and work with the geotechnical team to align with these goals. This paper will go over the executed example of setting up spillover targets and expectations for multiple sections of an operating mine. Different sections of the pit had different control measures and blast objectives due to narrow laybacks and double benching. The use and value of blast objectives and goals were beneficial in setting expectations and measuring design success. Having unrealistic blast goals can set up the operations to fail or get frustrated in trying to work on an impossible task. The problems and risks of phase interactions for many open pit operations need to be considered in the design process, along with designed controls that minimize the probability of any safety incident. Mine designs are being created in the industry and do not consider phase-to-phase mining interaction and the impact it would have on safety or production. The best future for safer mines is blast patterns that reduce spillover between phases of mining and pit designs that might account for spillover interaction.

Jan 1, 2024

By K. Best, D. Conn

The US Army Corps of Engineers KY Lock Project in western Kentucky presented the blasters and vibration consultants with a set of unique challenges. The blasters on this project were faced with difficult geology and joint set orientation and sequencing of blasts opposite from what the explosive engineer/blasting specialist had recommended. Combining these issues with strict vibration and air overpressure specifications, blasting as close as 7 feet (2.1 meters) from a new lock wall, site topography that influenced the air overpressure, limitations on seismograph geophone placement that led to anomalies in seismograph recordings; surprising lessons were learned by everyone involved in the project and it is the authors’ goal to share this valuable information with everyone in the blasting industry.

Jan 1, 2024

By Marcos Natan da Silva Lima

O aço com alto manganês tem sido estudado como alternativa mais barata em substituição às ligas de aço mais utilizadas, devido as suas propriedades de resistência, ductilidade e tenacidade. Foi alterada a composição de manganês para teores acima dos teores dos aços Hadfield, visando sua aplicação em temperaturas criogênicas. Foram obtidas ligas de aço com alto teor de Manganês através do processo de fundição. O objetivo é avaliar as alterações provocadas pelo aumento do Manganês no aço fundido. Através do estudo realizado no Thermo-Calc®, as amostras da liga fundida foram submetidas à laminação a quente e posterior tratamento térmico de solubilização a 700 ºC, com o intuito de manter a microestrutura austenítica. As mesmas foram analisadas quanto à microestrutura por microscopia ótica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os ensaios de dureza realizados confirmaram a elevada dureza das ligas, bem como a variação entre as ligas no estado fundido e solubilizado.

Oct 30, 2017

By Henara Lillian Costa

This paper aims to investigate the effects of a possible incorporation of ethanol to the lubricant during engine use on friction and lubricant film thickness, by adding small amounts of ethanol to Group I base (with and without an organic friction modifier) and to formulated oils. Film thickness was measured using ultrathin film interferometry. Friction tests were carried out using a mini-traction machine to obtain Stribeck curves. The film thickness measurements showed that in the region of low speeds, where the elastohydrodynamic film is very thin and therefore boundary lubrication may prevail, the addition of ethanol produced some boundary film, which was not present for the base oils. For the base oil with an organic friction modifier, the presence of ethanol increased the thickness of the low friction boundary film. For the formulated oil, the addition of ethanol reduced film thickness in all lubrication regimes. The friction tests showed some friction reduction due to addition of ethanol to the base oil, in particular at low speeds. For the formulated oil, the addition of ethanol reduced friction at high speeds, which was associated to a reduction in the viscosity of the lubricant, but at low speeds, the presence of ethanol reduced the formation of a boundary layer, increasing friction. For the base oil containing an organic friction modifier, the presence of ethanol increased the range of speeds for which low boundary friction occurred.

Jul 31, 2018

By Pedro Sampaio Cotta

O mercado de Siderurgia no Brasil vive um momento de pressão causado pelas quedas dos preços internacionais e agravado por fatores internos como a redução no consumo, aumento do custo de energia e tributação elevada. Tendo em vista que, ao menos no curto prazo, não há perspectiva de melhoria, as indústrias do setor se mobilizam para adequar a esta nova realidade. A sobrevivência em um cenário de alta competitividade é garantida reduzindo custos de produção e manutenção e buscando aumentar a produtividade sem, entretanto, expandir a capacidade produtiva. Para atingir estes objetivos as indústrias focam em pequenas melhorias operacionais, com investimentos em pequenas modernizações e otimizações de processos existentes, em detrimento de grandes investimentos em expansões. Neste contexto observa-se um aumento na relevância do software de automação, que surge como alternativa para realização de melhorias, pois possuem custo relativamente baixo em comparação com reformas a nível mecânico e podem proporcionar ganhos importantes de eficiência e qualidade. Este artigo apresenta um estudo da utilização de metodologias ágeis de desenvolvimento de software para realização de melhoria contínua em processos industriais. Como exemplo de aplicação é apresentado o trabalho de otimização do software de automação de um laminador de alumínio com foco no aumento de sua taxa de utilização. A meta foi buscar um ganho de produtividade garantindo os mesmos padrões de segurança originais dos equipamentos e com impacto mínimo nas atividades produtivas.

Aug 17, 2017

By Alisson Paulo de Oliveira

Incentivado pela diversificação dos produtos em aço, a demanda por graus cuja composição química esteja próxima da faixa peritética, tais como os aços HSLA (High Strength Low Alloy) e AHSS (Advanced High Strength Steel), tem aumentado. As crescentes exigências nas propriedades mecânicas e a redução de custo nas ligas são as razões para que esses aços sejam projetados próximos à faixa peritética, com o teor de carbono entre 0,09 e 0,16%. A produção de placas do aço ASTM A588-B, com o teor de carbono visado igual a 0,10%, apresentava expressiva variação do Nível de Aço no Molde (Ou Mould Level Fluctuation, MLF), aumentando a probabilidade de ocorrência de “Break-Out” (Rompimento de Pele) e a redução da qualidade de superfície das placas, com eventual ocorrência de Trincas Longitudinais. Outra limitação é a impossibilidade de troca de largura das placas, dependente da estabilidade do processo de Lingotamento Contínuo. Serão discutidas as ações tomadas visando a redução do MLF, baseada em alterações no Projeto de Liga, a comparação entre variáveis-chave do processo de Lingotamento Contínuo de Placas em dois cenários de Projeto de Liga além dos impactos em características de Propriedades Mecânicas do produto laminado, no caso bobinas processadas em Laminador Steckel.

Oct 30, 2017

By Leonardo Sales Araujo

Ligas de zircônio encontram grande aplicação em componentes estruturais do núcleo de reatores nucleares, dadas suas vantagens como resistência mecânica e a corrosão e baixa seção de choque de nêutrons térmicos. Contudo, por se tratar de uma liga reativa e necessitar de homogeneidade química e microestrutural, requer processos de fusão especiais como refusão a arco em vácuo. No presente trabalho, foi produzido um lingote de liga de zircônio a partir de briquetes de zircônio esponja compactados e unidos por soldagem para a composição do eletrodo. Foram realizadas duas refusões para aumento do tamanho do lingote e aumento da sua limpeza. As duas fusões foram analisadas por meio de observação das variáveis de processo. Foi possivel corroborar a viabilidade do processo de fabricação do lingote de zircônio em duas etapas de refusão. A análise das variáveis de processo mostrou que a primeira etapa de refusão apresentou maior instabilidade durante a fusão, o que poderia afetar a estrutura de solidificação. Com isso, uma etapa de refusão foi realizada, com maior estabilidade, além de potencialmente propiciar maior grau de limpeza e homogeneidade da liga.

Aug 16, 2017

By Armando Fernandes da Veiga Rodrigues

Itabirito é um minério de fero encontrado no Brasil. As reservas futuras de Itabirito requerem moagem para atingir o grau de liberação necessário para concentração. Os circuitos convencionais de cominuição adotados em projetos de Itabirito consistem de três estágios de britagem seguido de moinhos de bolas. Estes circuitos demandam uma alta frequência de manutenção e uma grande área de construção. Por esta razão um estudo de bancada e piloto foi conduzido para entender a rota de cominuição de Itabirito utilizando moinhos autógenos (AG ou FAG) e semi-autógeno (SAG). Os testes piloto demonstraram que moinhos SAG e AG são apropriados para a cominuição de Itabirito.

Aug 1, 2018

By Tiago Seixas Bittencout

No cenário econômico mundial atual, cada vez mais as indústrias têm voltado sua atenção para o reaproveitamento de materiais gerados como consequência das ações operacionais, tanto como forma de reduzir custos, como também no caráter de sustentabilidade do negócio. Em uma operação de refino primário em aciaria elétrica, onde o produto é o aço líquido, o antes considerado resido, mas agora denominado de coproduto, a escória, passa atuar diretamente no custo final do produto quando esta é processada, e passa a compor a carga fria usada no processo de elaboração do aço. Neste sentido, o estudo deste material se faz necessário para a compreensão de qual será o seu comportamento junto aos processos e quais vantagens e desvantagens da sua aplicação. Neste trabalho, foram feitas as caracterizações de sucatas provenientes de reaproveitamento de escórias produzidas em Forno Elétrico a Arco e em conversor LD, bem como seu impacto no refino primário, como parte integrante da carga fria no FEA.

Aug 17, 2017

By Lucas Tedesco Bolzan

Blindagens contra armas de fogo são de grande importância para proteção do homem, no contexto atual de violência urbana e conflitos armados. Destacam-se os sistemas de blindagem multicamada (SBMs), constituídos por materiais diferentes, pelo seu bom desempenho e menor peso. Um SBM típico é constituído de uma camada cerâmica frontal, uma segunda camada de compósito e uma camada posterior de metal dúctil. Apesar de serem tipicamente fabricados em materiais sintéticos, uma alternativa é a utilização de compósitos reforçados com fibras naturais como segunda camada. Este trabalho tem como objetivo verificar a eficiência de SBMs que utilizam compósitos de poliéster com 30%vol. de fibras ou tecido de sisal. Foram realizados ensaios balísticos com munição 7,62 mm, e verificou-se que os SBMs com fibras e tecido de sisal se enquadram no critério da norma internacional (NIJ 0101.06), de resistir ao impacto balístico e imprimir deformação menor que 44 mm no material de referência (plastilina), além de manterem sua integridade após o impacto.

Aug 17, 2017

By Fernanda Santos da Luz

Nas últimas décadas, houve um aumento da aplicação de fibras naturais lignocelulósicas (FNLs) como reforços de compósitos poliméricos em diversos setores industriais, principalmente no segmento automotivo. Esse crescente interesse em FNLs se deve não somente aos benefícios ambientais, mas também às vantagens técnicas, econômicas e sociais. Dentre as FNLs, destacam-se as fibras de coco e as fibras da folha do abacaxizeiro (PALF) que são produtos residuais do cultivo de suas respectivas frutas e, por isso, possuem baixo custo e são abundantemente disponíveis. As características físicas dessas fibras se diferem bastante, sendo o PALF caracterizado por suas fibras longas e diâmetro equivalente relativamente baixo. O presente trabalho avaliou o desempenho das fibras de coco e PALF em testes de pullout com o objetivo de caracterizar o comprimento crítico e a adesão interfacial dessas fibras na matriz de epóxi. Os resultados mostraram um comprimento crítico 65% maior para a fibra de coco em relação ao PALF, o que indica maior adesão interfacial do PALF com a matriz epóxi e pode ser atribuída a superfície naturalmente mais rugosa do PALF.

Oct 30, 2017

By Tobias Bertoldi Agostini

O estudo de biomateriais degradáveis é um dos tópicos de pesquisa mais interessantes dos biomateriais nos dias atuais. Magnésio e suas ligas estão sendo estudados para serem usados como materiais de implantes bioabsorvíveis, para uso em dispositivos cardiovasculares ou ortopédicos. A dificuldade que se encontra em utilizar implantes à base de magnésio é a sua alta taxa de corrosão. Este trabalho tem por objetivo estudar o comportamento corrosivo de ligas de magnésio bioabsorvíveis (ZK30 e ZK60) em eletrólito que simula o fluido corpóreo (SBF Kokubo) através de técnicas de perda de massa por imersão e curvas de polarização. Os resultados indicaram uma menor resistência à corrosão da liga ZK60 no eletrólito analisado comparada com a liga ZK30.

Oct 30, 2017

By Rodrigo Rangel Porcaro

Juntas soldadas por centelhamento (flash butt welding) de trilhos de aço do tipo intermediário foram caracterizadas mecânica e estruturalmente. Além disso, ensaios preliminares de dilatometria foram aplicados ao metal base e correlacionados ao processo de soldagem. Os resultados indicam que o metal base atendeu aos requisitos da Norma AREMA (2013). A microestrutura de toda a região soldada é formada por perlita e os ciclos termomecânicos provocaram significativas alterações no tamanho das colônias perlíticas e na sua morfologia, com destaque às mudanças de espaçamento interlamelar em toda a junta e início de esferoidização na região de transformação parcial. Como consequência das alterações morfológicas da perlita, a microdureza foi significativamente reduzida na região de transformação parcial e refino de grãos. A taxa de resfriamento média após o processo de soldagem foi estimada a partir dos ensaios de dilatometria.

Oct 30, 2017

By Roberta Fernanda Machado

Este trabalho apresenta uma ferramenta desenvolvida internamente na Mineração Usiminas S.A. em Itatiaiuçu (MG), para o laboratório de análises químicas e físicas de minério de ferro, com os objetivos principais de consolidar os resultados, permitir a gestão das análises em um só local, promover maior rastreabilidade, aumentar a agilidade pelo lançamento automático no sistema SAP® e melhorar a confiabilidade dos resultados obtidos pelo laboratório através da realização de verificações automáticas nos resultados, utilizando-se de comparação com seus históricos e sinalização de resultados incoerentes antes da liberação final.

Oct 30, 2017

By Bruno Gomes Silva

O Distribuidor é um equipamento indispensável e de grande importância no processo de solidificação do aço via Lingotamento Contínuo. Os distribuidores são revestidos por um material refratário de trabalho que entrará em contato com o aço líquido. Atualmente é utilizado um revestimento que possui a necessidade de adição de água durante a aplicação, que poderá ser manual ou automática. Com o distribuidor disponível para lingotamento, o mesmo é direcionado para as máquinas de lingotamento onde serão pré-aquecidos visando retirar o excesso de umidade e promover a sinterização do refratário. O presente trabalho apresenta uma alternativa de revestimento, onde não é utilizada água na aplicação do produto, ou seja, um refratário com características de auto-endurecimento que permite iniciar o lingotamento sem haver necessidade de pré-aquecimento, o que significa partir a frio com o distribuidor.

Aug 16, 2017