A Colômbia tem uma das maiores reservas de carvão do mundo, sendo o quinto exportador mundial do carvão de tipo térmico. Nos processos de extração de carvão a céu aberto, uma grande quantidade de material particulado (PM), constituído por partículas de pó, hidrocarbonetos e metais pesados, é liberada à atmosfera, onde pode formar misturas complexas e constituir um risco significativo para a saúde, tanto dos indivíduos com exposição ocupacional quanto dos que habitam em proximidade das áreas de mineração. No entanto, em populações humanas, a grande maioria dos dados sobre os efeitos da exposição ao carvão tem sido gerada a partir de estudos em populações com exposição ocupacional, o que faz com que os possíveis efeitos sobre as populações com exposição ambiental sejam desconhecidos. Considerando a pouca informação sobre o tipo de efeitos gerados pela exposição ambiental à resíduos de mineração de carvão, e com a finalidade de melhorar o conhecimento sobre o possível mecanismo do dano em diferentes tecidos, este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos genotóxicos e citotóxicos em populações de indivíduos com exposição ambiental à misturas complexas geradas nos sistemas de mineração de carvão a céu aberto do Departamento de Guajira, Colômbia. Para isso, foram coletados sangue e mucosa oral de 98 indivíduos residentes nas proximidades de uma mina de carvão a céu aberto e de 41 indivíduos não expostos ao carvão. O teste de CBMN-Cyt em linfócitos e BMNCyt em mucosa oral, o ensaio cometa alcalino convencional e modificado com endonucleases (FPG, ENDO III), imunocoração com anticorpos anti-centrômero (CREST), bem como o conteúdo de elementos traço e metais pesados foram avaliados nas amostras. Adicionalmente, as concentrações de PM10 e PM2.5 nas áreas de coleta nas proximidades da mina foram estabelecidas e avaliadas para a presença de metais e matéria orgânica. A análise dos biomarcadores do CBMN-Cyt em linfócitos evidenciou um aumento significativo na frequência de micronúcleos em células binucleadas (MNBN) e células mononucleadas (MNMONO) dos indivíduos com proximidade residencial às áreas de exploração de carvão a céu aberto. As análises sobre a origem dos MN demostraram um aumento significativo de 45.27% na frequência de CREST+ MN nos indivíduos expostos, sugerindo a exposição à substâncias com potencial aneugênico. Particularmente, as frequências de MNBN e a indução de CREST+ MN em residentes expostos demonstraram uma correlação altamente significativa com os níveis de PM2.5, mas não com as concentrações de PM10. A análise geoespacial demonstrou que esta correlação é proporcional à distância entre as populações e as zonas de mineração e que o relevo e a velocidade do vento estão envolvidos na distribuição do PM e o nível de efeito observado em algumas áreas avaliadas. A composição química do PM2.5, avaliada pela técnica de PIXE, evidenciou a presença de elementos traço altamente enriquecidos como o S, e metais pesados moderadamente enriquecidos como Cr, Cu e Zn. O PM2.5 das regiões de mineração também apresentou altas concentrações de matéria orgânica (EOM) com características apolares. Da mesma forma que nos linfócitos, a mucosa oral também mostrou um aumento significativo na frequência de todos os parâmetros do BMNCyt, enquanto que a %Tail DNA, avaliadas no ensaio Cometa convencional e modificado com o uso de endonucleases (FPG e ENDO III), também mostrou um aumento significativo em indivíduos com proximidade residencial às minas de exploração de carvão à céu aberto. Entre os indivíduos expostos, foram detectadas elevadas concentrações sanguíneas de Cr, Ni, Mn e Br quando comparados com os indivíduos não expostos. Os valores de %Tail DNA no ensaio Cometa convencional foram altamente correlacionados com as concentrações de Al, Mn e Br no sangue, enquanto que o %Tail DNA no ensaio Cometa modificado com FPG foi relacionado com as concentrações de Mn. Assim, o dano ao DNA observado nos indivíduos com exposição ambiental à resíduos de mineração de carvão pode ser consequência do dano oxidativo resultante da exposição aos resíduos do carvão, especialmente metais e matéria orgânica contidos na fração fina do material particulado. / Colombia has one of the world's largest coal reserves being the fifth biggest thermal coal exporter world-wide. In opencast coal mining extraction, large amounts of particulate matter (PM) constituted by dust particles, hydrocarbons and heavy metals are released into the atmosphere, where they can form complex mixtures, representing a significant health risks to both, occupationally exposed workers and populations living in proximity to mining areas. However, in human populations, most of the data on the effects of exposure to coal residues have been obtained from studies involving occupationally exposed populations, causing a scarcity of data examining the impact of these industrial operations in populations with environmental exposure. Considering the lack of information in regard to the effects of environmental exposure to coal mining residues, and in order to improve our knowledge on the possible damaging mechanism, the aim of this study was to evaluate the genotoxic and cytotoxic effects caused by environmental exposure to complex mixtures generated in open-cast coal mining systems located in the Department of Guajira-Colombia. We collected blood and oral mucosa cells from 98 individuals residents in proximity to an open-pit coal mine and 41 unexposed individuals. We assessed the CBMN-Cyt parameters in lymphocytes and BMNCyt parameters in oral mucosa, the alkaline and endonucleases modified comet assay (FPG, ENDO III), the immunofluorescent antikinetochore staining (CREST) and trace and heavy metals content in samples from exposed individuals. Additionally, PM10 and PM2.5 concentrations were established in sampling areas around the mining zone and metals and organic matter content determined. Analysis of CBMN-Cyt parameters revealed a significant increase in micronuclei frequency in binucleated (MNBN) and mononucleated (MNMONO) cells of individuals with residential proximity to open-pit coal mines compared to residents from non-mining areas. Results on the mechanism of micronucleus formation, showed a statistically significant increase in CREST+ MN (45.27%) in exposed individuals, suggesting the exposure to aneuploidy-inducing substances. Particularly, MNBN frequency and CREST+ MN induction were highly correlated to PM2.5 levels but not to PM10. Spatial interpolation analysis showed that this correlation is proportional to the distance between populations and mining areas. Local wind speed and topography were identified as major contributors to PM dispersion and damage distribution in some areas. Chemical composition of PM2.5 by PIXE demonstrated the presence of highly enriched elements like S and moderate enrichment of heavy metals like Cr, Cu and Zn. Mining regions had also higher concentrations of extractable organic matter (EOM) related to nonpolar and polar compounds. Like in lymphocytes, oral mucosa cells also showed a significant increase of all BMNCyt parameters, while %TailDNA in conventional and endonuclease modified comet assay (FPG and ENDO III) also showed a significant increase in individuals living in proximity to open-pit coal mining areas. Exposed individuals showed higher concentrations of Cr, Ni, Mn and Br in blood compared to unexposed controls. %Tail DNA in conventional Comet assay was highly correlated with Al, Mn and Br concentrations, while %Tail DNA in the FPG Comet assay was correlated to Mn concentrations. These results suggest that DNA damage detected in environmentally exposed individuals may be caused by oxidative damage caused by exposure to coal mining residues, particularly metals and organic matter contented in the fine fraction of the particulate matter.

O motivo da dissertação “Desenvolvimento de um Modelo de Dimensionamento de Equipamentos de Escavação e de Transporte” surgiu da necessidade de apoiar no processo de decisão de dimensionamento dos principais equipamentos de mineração. Este trabalho apresenta um modelo simples e direto para dimensionar os equipamentos principais de mineração (escavadeiras e caminhões) através de uma rotina criada denominada EXCEsimulator, concebido para o cálculo da capacidade das caçambas das escavadeiras, do número dos equipamentos de escavação e de transporte, bem como os tempos de espera das unidades de transporte em carregar. Para tal, definem-se os parâmetros de produtividade e caraterísticas dos equipamentos; calcula-se aplicando um modelo determinístico de produção; e faz-se o levantamento de equipamentos existentes no mercado, reunindo as suas características e serviços prestados pelos representantes ou fabricantes das marcas. Para demostrar a funcionalidade do modelo desenvolvido, o presente trabalho demonstrou, através de um estudo de caso, o dimensionamento de uma frota de carregamento e transporte para uma mineração a céu aberto utilizando indicadores de produção, e uma comparação entre o uso de equipamentos de pequeno e grande porte no aspeto da demanda de equipamento. O estudo foi desenvolvido a partir de uma empresa de mineração hipotética baseada em dados realista. O modelo desenvolvido é aplicável a qualquer tipo de equipamento de escavação e de transporte, independente do seu porte e capacidade de produção. Como conclusão, pretende-se com esta dissertação fornecer uma ferramenta útil para o apoio à decisão de dimensionamento de equipamentos e frotas de escavação e de transporte capaz de suprir a necessidade de uma consulta de mercado. / The reason for the dissertation "Development of an Estimating Model for Excavation and Transport Equipment" arose from the need to support the decision-making process for the size of the main mining equipment. This work presents a simple and direct model for sizing the main mining equipment (excavators and trucks) through a routine created called EXCEsimulator, designed to calculate the capacity of excavator buckets, number of excavation and transport equipment, and As the waiting times of the transport units on loading. For this, the parameters of productivity and characteristics of the equipment are defined; Is calculated by applying a deterministic model of production; And it is made the survey of existing equipment in the market, gathering its characteristics and services provided by the representatives or manufacturers of the brands. To demonstrate the functionality of the developed model, the present study demonstrated, through a case study, the design of a loading and transport fleet for open pit mining using production indicators, and a comparison between the use of small equipment And large in the aspect of equipment demand. The study was developed from a hypothetical mining company based on realistic data. The developed model is applicable to any type of excavation and transportation equipment, regardless of its size and production capacity. In conclusion, it is intended with this dissertation to provide a useful tool to support the decision on sizing equipment and excavation and transport fleets capable of supplying the need for a market consultation.

A Colômbia tem uma das maiores reservas de carvão do mundo, sendo o quinto exportador mundial do carvão de tipo térmico. Nos processos de extração de carvão a céu aberto, uma grande quantidade de material particulado (PM), constituído por partículas de pó, hidrocarbonetos e metais pesados, é liberada à atmosfera, onde pode formar misturas complexas e constituir um risco significativo para a saúde, tanto dos indivíduos com exposição ocupacional quanto dos que habitam em proximidade das áreas de mineração. No entanto, em populações humanas, a grande maioria dos dados sobre os efeitos da exposição ao carvão tem sido gerada a partir de estudos em populações com exposição ocupacional, o que faz com que os possíveis efeitos sobre as populações com exposição ambiental sejam desconhecidos. Considerando a pouca informação sobre o tipo de efeitos gerados pela exposição ambiental à resíduos de mineração de carvão, e com a finalidade de melhorar o conhecimento sobre o possível mecanismo do dano em diferentes tecidos, este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos genotóxicos e citotóxicos em populações de indivíduos com exposição ambiental à misturas complexas geradas nos sistemas de mineração de carvão a céu aberto do Departamento de Guajira, Colômbia. Para isso, foram coletados sangue e mucosa oral de 98 indivíduos residentes nas proximidades de uma mina de carvão a céu aberto e de 41 indivíduos não expostos ao carvão. O teste de CBMN-Cyt em linfócitos e BMNCyt em mucosa oral, o ensaio cometa alcalino convencional e modificado com endonucleases (FPG, ENDO III), imunocoração com anticorpos anti-centrômero (CREST), bem como o conteúdo de elementos traço e metais pesados foram avaliados nas amostras. Adicionalmente, as concentrações de PM10 e PM2.5 nas áreas de coleta nas proximidades da mina foram estabelecidas e avaliadas para a presença de metais e matéria orgânica. A análise dos biomarcadores do CBMN-Cyt em linfócitos evidenciou um aumento significativo na frequência de micronúcleos em células binucleadas (MNBN) e células mononucleadas (MNMONO) dos indivíduos com proximidade residencial às áreas de exploração de carvão a céu aberto. As análises sobre a origem dos MN demostraram um aumento significativo de 45.27% na frequência de CREST+ MN nos indivíduos expostos, sugerindo a exposição à substâncias com potencial aneugênico. Particularmente, as frequências de MNBN e a indução de CREST+ MN em residentes expostos demonstraram uma correlação altamente significativa com os níveis de PM2.5, mas não com as concentrações de PM10. A análise geoespacial demonstrou que esta correlação é proporcional à distância entre as populações e as zonas de mineração e que o relevo e a velocidade do vento estão envolvidos na distribuição do PM e o nível de efeito observado em algumas áreas avaliadas. A composição química do PM2.5, avaliada pela técnica de PIXE, evidenciou a presença de elementos traço altamente enriquecidos como o S, e metais pesados moderadamente enriquecidos como Cr, Cu e Zn. O PM2.5 das regiões de mineração também apresentou altas concentrações de matéria orgânica (EOM) com características apolares. Da mesma forma que nos linfócitos, a mucosa oral também mostrou um aumento significativo na frequência de todos os parâmetros do BMNCyt, enquanto que a %Tail DNA, avaliadas no ensaio Cometa convencional e modificado com o uso de endonucleases (FPG e ENDO III), também mostrou um aumento significativo em indivíduos com proximidade residencial às minas de exploração de carvão à céu aberto. Entre os indivíduos expostos, foram detectadas elevadas concentrações sanguíneas de Cr, Ni, Mn e Br quando comparados com os indivíduos não expostos. Os valores de %Tail DNA no ensaio Cometa convencional foram altamente correlacionados com as concentrações de Al, Mn e Br no sangue, enquanto que o %Tail DNA no ensaio Cometa modificado com FPG foi relacionado com as concentrações de Mn. Assim, o dano ao DNA observado nos indivíduos com exposição ambiental à resíduos de mineração de carvão pode ser consequência do dano oxidativo resultante da exposição aos resíduos do carvão, especialmente metais e matéria orgânica contidos na fração fina do material particulado. / Colombia has one of the world's largest coal reserves being the fifth biggest thermal coal exporter world-wide. In opencast coal mining extraction, large amounts of particulate matter (PM) constituted by dust particles, hydrocarbons and heavy metals are released into the atmosphere, where they can form complex mixtures, representing a significant health risks to both, occupationally exposed workers and populations living in proximity to mining areas. However, in human populations, most of the data on the effects of exposure to coal residues have been obtained from studies involving occupationally exposed populations, causing a scarcity of data examining the impact of these industrial operations in populations with environmental exposure. Considering the lack of information in regard to the effects of environmental exposure to coal mining residues, and in order to improve our knowledge on the possible damaging mechanism, the aim of this study was to evaluate the genotoxic and cytotoxic effects caused by environmental exposure to complex mixtures generated in open-cast coal mining systems located in the Department of Guajira-Colombia. We collected blood and oral mucosa cells from 98 individuals residents in proximity to an open-pit coal mine and 41 unexposed individuals. We assessed the CBMN-Cyt parameters in lymphocytes and BMNCyt parameters in oral mucosa, the alkaline and endonucleases modified comet assay (FPG, ENDO III), the immunofluorescent antikinetochore staining (CREST) and trace and heavy metals content in samples from exposed individuals. Additionally, PM10 and PM2.5 concentrations were established in sampling areas around the mining zone and metals and organic matter content determined. Analysis of CBMN-Cyt parameters revealed a significant increase in micronuclei frequency in binucleated (MNBN) and mononucleated (MNMONO) cells of individuals with residential proximity to open-pit coal mines compared to residents from non-mining areas. Results on the mechanism of micronucleus formation, showed a statistically significant increase in CREST+ MN (45.27%) in exposed individuals, suggesting the exposure to aneuploidy-inducing substances. Particularly, MNBN frequency and CREST+ MN induction were highly correlated to PM2.5 levels but not to PM10. Spatial interpolation analysis showed that this correlation is proportional to the distance between populations and mining areas. Local wind speed and topography were identified as major contributors to PM dispersion and damage distribution in some areas. Chemical composition of PM2.5 by PIXE demonstrated the presence of highly enriched elements like S and moderate enrichment of heavy metals like Cr, Cu and Zn. Mining regions had also higher concentrations of extractable organic matter (EOM) related to nonpolar and polar compounds. Like in lymphocytes, oral mucosa cells also showed a significant increase of all BMNCyt parameters, while %TailDNA in conventional and endonuclease modified comet assay (FPG and ENDO III) also showed a significant increase in individuals living in proximity to open-pit coal mining areas. Exposed individuals showed higher concentrations of Cr, Ni, Mn and Br in blood compared to unexposed controls. %Tail DNA in conventional Comet assay was highly correlated with Al, Mn and Br concentrations, while %Tail DNA in the FPG Comet assay was correlated to Mn concentrations. These results suggest that DNA damage detected in environmentally exposed individuals may be caused by oxidative damage caused by exposure to coal mining residues, particularly metals and organic matter contented in the fine fraction of the particulate matter.

O motivo da dissertação “Desenvolvimento de um Modelo de Dimensionamento de Equipamentos de Escavação e de Transporte” surgiu da necessidade de apoiar no processo de decisão de dimensionamento dos principais equipamentos de mineração. Este trabalho apresenta um modelo simples e direto para dimensionar os equipamentos principais de mineração (escavadeiras e caminhões) através de uma rotina criada denominada EXCEsimulator, concebido para o cálculo da capacidade das caçambas das escavadeiras, do número dos equipamentos de escavação e de transporte, bem como os tempos de espera das unidades de transporte em carregar. Para tal, definem-se os parâmetros de produtividade e caraterísticas dos equipamentos; calcula-se aplicando um modelo determinístico de produção; e faz-se o levantamento de equipamentos existentes no mercado, reunindo as suas características e serviços prestados pelos representantes ou fabricantes das marcas. Para demostrar a funcionalidade do modelo desenvolvido, o presente trabalho demonstrou, através de um estudo de caso, o dimensionamento de uma frota de carregamento e transporte para uma mineração a céu aberto utilizando indicadores de produção, e uma comparação entre o uso de equipamentos de pequeno e grande porte no aspeto da demanda de equipamento. O estudo foi desenvolvido a partir de uma empresa de mineração hipotética baseada em dados realista. O modelo desenvolvido é aplicável a qualquer tipo de equipamento de escavação e de transporte, independente do seu porte e capacidade de produção. Como conclusão, pretende-se com esta dissertação fornecer uma ferramenta útil para o apoio à decisão de dimensionamento de equipamentos e frotas de escavação e de transporte capaz de suprir a necessidade de uma consulta de mercado. / The reason for the dissertation "Development of an Estimating Model for Excavation and Transport Equipment" arose from the need to support the decision-making process for the size of the main mining equipment. This work presents a simple and direct model for sizing the main mining equipment (excavators and trucks) through a routine created called EXCEsimulator, designed to calculate the capacity of excavator buckets, number of excavation and transport equipment, and As the waiting times of the transport units on loading. For this, the parameters of productivity and characteristics of the equipment are defined; Is calculated by applying a deterministic model of production; And it is made the survey of existing equipment in the market, gathering its characteristics and services provided by the representatives or manufacturers of the brands. To demonstrate the functionality of the developed model, the present study demonstrated, through a case study, the design of a loading and transport fleet for open pit mining using production indicators, and a comparison between the use of small equipment And large in the aspect of equipment demand. The study was developed from a hypothetical mining company based on realistic data. The developed model is applicable to any type of excavation and transportation equipment, regardless of its size and production capacity. In conclusion, it is intended with this dissertation to provide a useful tool to support the decision on sizing equipment and excavation and transport fleets capable of supplying the need for a market consultation.

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral. Departamento de Engenharia de Minas. Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2014-12-02T19:27:09Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_ClassificaçãoDiagnósticoEstradas.pdf: 4170941 bytes, checksum: 53680465a7e62774b9f129fef2be2c3f (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2014-12-09T20:50:58Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_ClassificaçãoDiagnósticoEstradas.pdf: 4170941 bytes, checksum: 53680465a7e62774b9f129fef2be2c3f (MD5) / Made available in DSpace on 2014-12-09T20:50:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_ClassificaçãoDiagnósticoEstradas.pdf: 4170941 bytes, checksum: 53680465a7e62774b9f129fef2be2c3f (MD5) Previous issue date: 2014 / O presente trabalho propõe a padronização de procedimentos para a obtenção e gerenciamento de estradas de mina, em lavra de minério de ferro, dentro do Quadrilátero Ferrífero, com foco em um sistema de classificação dessas vias. O trabalho foi todo desenvolvido dentro de um contexto real da mineração, através da seleção de uma unidade representativa das condições gerais de estradas e envolvendo o pessoal que atua no setor. A sequência metodológica contou com uma extensa revisão das práticas correntes, nivelamento teórico dos participantes da pesquisa, formalização da experiência existente e sugestões de melhoria, através de workshops e visitas técnicas e, finalmente, a consolidação do trabalho com a produção de vários documentos técnicos e científicos. A unidade selecionada para a condução do trabalho foi o Complexo de Itabira, em Minas Gerais, onde as estradas de mina foram divididas em acessos principais, acessos secundários, e acessos à praça (de lavra ou de descarga, quando em depósitos de estéril), com base em critérios de funcionalidade, permanência, extensão e nível de serviço. Além da definição das classes e dos critérios de classificação, para cada categoria de estrada foi determinado um conjunto de fatores a serem observados nas três mais importantes macroatividades das estradas – projeto, construção e manutenção – grupados na forma de matrizes. Tal classificação guia a obtenção de uma estrada adequada dentro de sua função, ao mesmo tempo em que contribui para a racionalização do uso de recursos no planejamento de produção. Os resultados desse trabalho quanto às matrizes de fatores são diferenciados. As definições dos requisitos que, para os mineradores, produzem maiores impactos sobre as estradas e sobre os quais o conhecimento prévio era maior (projeto geométrico, projeto de drenagem e manutenção) foram mais conclusivas e enfáticas, do que aqueles relacionados às demais etapas (projeto de pavimento e construção), que são conduzidas com menos critério. Acredita-se que essa classificação de estradas de mina tem grande potencial de utilização, contando com os ajustes devidos à propagação de seu uso e a necessária complementação de análises econômicas comparativas. Espera-se que essa nova visão do tema possa se estender também para estradas de mina de lavras de outros minérios e em diferentes cenários. ______________________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: This research propose the standardization of procedures around obtainment and management of mine haul roads, in iron ore mining, within the Quadrilátero Ferrífero, focusing on a classification system of these structures. The work was developed within a real context of mining, through the selection of a representative site about the general conditions of roads and involving staff acting in the sector. The methodology was composed by an extensive review of current practices, a theoretical leveling of the research participants, the formalization of existing experience and improvement suggestions, through workshops and technical visits, and finally, the consolidation of all information with the production of various technical and scientific documents. The selected site for the research conduction was the Itabira Complex, in Minas Gerais, where the mine haul roads were divided main access, secondary access, and access to the (load or discharge, when in waste dumps) square, considering functionality, permanence, extent, and service level criteria. Besides the definition of classes and of classification criteria, for each mine haul road category was given a factors set to be observed in the three most important macro activities involving roads – design, construction and maintenance – grouped in matrices. This classification guides the obtainment of a proper mine haul road, within its function, while contributing to a rational use of resources, in production planning. The results of this research, about the factors matrices, are differentiated. The requirements definition related to macro activities, which for miners have higher impacts on the mine haul roads and on which the prior knowledge was greater (geometric design, drainage design and maintenance) were more conclusive and emphatic, than those related to other stages (pavement design and construction), which are conducted under criterion. It is believed that this mine haul road classification system has a great use potential, mainly with the adjustments due to the spread of its use, and the necessary complementation with comparative economic analyses. It is hoped that this new view of the subject “mine haul roads” can also be extended for access of other minerals mines and in different scenarios.

A Colômbia tem uma das maiores reservas de carvão do mundo, sendo o quinto exportador mundial do carvão de tipo térmico. Nos processos de extração de carvão a céu aberto, uma grande quantidade de material particulado (PM), constituído por partículas de pó, hidrocarbonetos e metais pesados, é liberada à atmosfera, onde pode formar misturas complexas e constituir um risco significativo para a saúde, tanto dos indivíduos com exposição ocupacional quanto dos que habitam em proximidade das áreas de mineração. No entanto, em populações humanas, a grande maioria dos dados sobre os efeitos da exposição ao carvão tem sido gerada a partir de estudos em populações com exposição ocupacional, o que faz com que os possíveis efeitos sobre as populações com exposição ambiental sejam desconhecidos. Considerando a pouca informação sobre o tipo de efeitos gerados pela exposição ambiental à resíduos de mineração de carvão, e com a finalidade de melhorar o conhecimento sobre o possível mecanismo do dano em diferentes tecidos, este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos genotóxicos e citotóxicos em populações de indivíduos com exposição ambiental à misturas complexas geradas nos sistemas de mineração de carvão a céu aberto do Departamento de Guajira, Colômbia. Para isso, foram coletados sangue e mucosa oral de 98 indivíduos residentes nas proximidades de uma mina de carvão a céu aberto e de 41 indivíduos não expostos ao carvão. O teste de CBMN-Cyt em linfócitos e BMNCyt em mucosa oral, o ensaio cometa alcalino convencional e modificado com endonucleases (FPG, ENDO III), imunocoração com anticorpos anti-centrômero (CREST), bem como o conteúdo de elementos traço e metais pesados foram avaliados nas amostras. Adicionalmente, as concentrações de PM10 e PM2.5 nas áreas de coleta nas proximidades da mina foram estabelecidas e avaliadas para a presença de metais e matéria orgânica. A análise dos biomarcadores do CBMN-Cyt em linfócitos evidenciou um aumento significativo na frequência de micronúcleos em células binucleadas (MNBN) e células mononucleadas (MNMONO) dos indivíduos com proximidade residencial às áreas de exploração de carvão a céu aberto. As análises sobre a origem dos MN demostraram um aumento significativo de 45.27% na frequência de CREST+ MN nos indivíduos expostos, sugerindo a exposição à substâncias com potencial aneugênico. Particularmente, as frequências de MNBN e a indução de CREST+ MN em residentes expostos demonstraram uma correlação altamente significativa com os níveis de PM2.5, mas não com as concentrações de PM10. A análise geoespacial demonstrou que esta correlação é proporcional à distância entre as populações e as zonas de mineração e que o relevo e a velocidade do vento estão envolvidos na distribuição do PM e o nível de efeito observado em algumas áreas avaliadas. A composição química do PM2.5, avaliada pela técnica de PIXE, evidenciou a presença de elementos traço altamente enriquecidos como o S, e metais pesados moderadamente enriquecidos como Cr, Cu e Zn. O PM2.5 das regiões de mineração também apresentou altas concentrações de matéria orgânica (EOM) com características apolares. Da mesma forma que nos linfócitos, a mucosa oral também mostrou um aumento significativo na frequência de todos os parâmetros do BMNCyt, enquanto que a %Tail DNA, avaliadas no ensaio Cometa convencional e modificado com o uso de endonucleases (FPG e ENDO III), também mostrou um aumento significativo em indivíduos com proximidade residencial às minas de exploração de carvão à céu aberto. Entre os indivíduos expostos, foram detectadas elevadas concentrações sanguíneas de Cr, Ni, Mn e Br quando comparados com os indivíduos não expostos. Os valores de %Tail DNA no ensaio Cometa convencional foram altamente correlacionados com as concentrações de Al, Mn e Br no sangue, enquanto que o %Tail DNA no ensaio Cometa modificado com FPG foi relacionado com as concentrações de Mn. Assim, o dano ao DNA observado nos indivíduos com exposição ambiental à resíduos de mineração de carvão pode ser consequência do dano oxidativo resultante da exposição aos resíduos do carvão, especialmente metais e matéria orgânica contidos na fração fina do material particulado. / Colombia has one of the world's largest coal reserves being the fifth biggest thermal coal exporter world-wide. In opencast coal mining extraction, large amounts of particulate matter (PM) constituted by dust particles, hydrocarbons and heavy metals are released into the atmosphere, where they can form complex mixtures, representing a significant health risks to both, occupationally exposed workers and populations living in proximity to mining areas. However, in human populations, most of the data on the effects of exposure to coal residues have been obtained from studies involving occupationally exposed populations, causing a scarcity of data examining the impact of these industrial operations in populations with environmental exposure. Considering the lack of information in regard to the effects of environmental exposure to coal mining residues, and in order to improve our knowledge on the possible damaging mechanism, the aim of this study was to evaluate the genotoxic and cytotoxic effects caused by environmental exposure to complex mixtures generated in open-cast coal mining systems located in the Department of Guajira-Colombia. We collected blood and oral mucosa cells from 98 individuals residents in proximity to an open-pit coal mine and 41 unexposed individuals. We assessed the CBMN-Cyt parameters in lymphocytes and BMNCyt parameters in oral mucosa, the alkaline and endonucleases modified comet assay (FPG, ENDO III), the immunofluorescent antikinetochore staining (CREST) and trace and heavy metals content in samples from exposed individuals. Additionally, PM10 and PM2.5 concentrations were established in sampling areas around the mining zone and metals and organic matter content determined. Analysis of CBMN-Cyt parameters revealed a significant increase in micronuclei frequency in binucleated (MNBN) and mononucleated (MNMONO) cells of individuals with residential proximity to open-pit coal mines compared to residents from non-mining areas. Results on the mechanism of micronucleus formation, showed a statistically significant increase in CREST+ MN (45.27%) in exposed individuals, suggesting the exposure to aneuploidy-inducing substances. Particularly, MNBN frequency and CREST+ MN induction were highly correlated to PM2.5 levels but not to PM10. Spatial interpolation analysis showed that this correlation is proportional to the distance between populations and mining areas. Local wind speed and topography were identified as major contributors to PM dispersion and damage distribution in some areas. Chemical composition of PM2.5 by PIXE demonstrated the presence of highly enriched elements like S and moderate enrichment of heavy metals like Cr, Cu and Zn. Mining regions had also higher concentrations of extractable organic matter (EOM) related to nonpolar and polar compounds. Like in lymphocytes, oral mucosa cells also showed a significant increase of all BMNCyt parameters, while %TailDNA in conventional and endonuclease modified comet assay (FPG and ENDO III) also showed a significant increase in individuals living in proximity to open-pit coal mining areas. Exposed individuals showed higher concentrations of Cr, Ni, Mn and Br in blood compared to unexposed controls. %Tail DNA in conventional Comet assay was highly correlated with Al, Mn and Br concentrations, while %Tail DNA in the FPG Comet assay was correlated to Mn concentrations. These results suggest that DNA damage detected in environmentally exposed individuals may be caused by oxidative damage caused by exposure to coal mining residues, particularly metals and organic matter contented in the fine fraction of the particulate matter.

O motivo da dissertação “Desenvolvimento de um Modelo de Dimensionamento de Equipamentos de Escavação e de Transporte” surgiu da necessidade de apoiar no processo de decisão de dimensionamento dos principais equipamentos de mineração. Este trabalho apresenta um modelo simples e direto para dimensionar os equipamentos principais de mineração (escavadeiras e caminhões) através de uma rotina criada denominada EXCEsimulator, concebido para o cálculo da capacidade das caçambas das escavadeiras, do número dos equipamentos de escavação e de transporte, bem como os tempos de espera das unidades de transporte em carregar. Para tal, definem-se os parâmetros de produtividade e caraterísticas dos equipamentos; calcula-se aplicando um modelo determinístico de produção; e faz-se o levantamento de equipamentos existentes no mercado, reunindo as suas características e serviços prestados pelos representantes ou fabricantes das marcas. Para demostrar a funcionalidade do modelo desenvolvido, o presente trabalho demonstrou, através de um estudo de caso, o dimensionamento de uma frota de carregamento e transporte para uma mineração a céu aberto utilizando indicadores de produção, e uma comparação entre o uso de equipamentos de pequeno e grande porte no aspeto da demanda de equipamento. O estudo foi desenvolvido a partir de uma empresa de mineração hipotética baseada em dados realista. O modelo desenvolvido é aplicável a qualquer tipo de equipamento de escavação e de transporte, independente do seu porte e capacidade de produção. Como conclusão, pretende-se com esta dissertação fornecer uma ferramenta útil para o apoio à decisão de dimensionamento de equipamentos e frotas de escavação e de transporte capaz de suprir a necessidade de uma consulta de mercado. / The reason for the dissertation "Development of an Estimating Model for Excavation and Transport Equipment" arose from the need to support the decision-making process for the size of the main mining equipment. This work presents a simple and direct model for sizing the main mining equipment (excavators and trucks) through a routine created called EXCEsimulator, designed to calculate the capacity of excavator buckets, number of excavation and transport equipment, and As the waiting times of the transport units on loading. For this, the parameters of productivity and characteristics of the equipment are defined; Is calculated by applying a deterministic model of production; And it is made the survey of existing equipment in the market, gathering its characteristics and services provided by the representatives or manufacturers of the brands. To demonstrate the functionality of the developed model, the present study demonstrated, through a case study, the design of a loading and transport fleet for open pit mining using production indicators, and a comparison between the use of small equipment And large in the aspect of equipment demand. The study was developed from a hypothetical mining company based on realistic data. The developed model is applicable to any type of excavation and transportation equipment, regardless of its size and production capacity. In conclusion, it is intended with this dissertation to provide a useful tool to support the decision on sizing equipment and excavation and transport fleets capable of supplying the need for a market consultation.

Esta dissertação apresenta uma revisão bibliográfica dos principais aspectos envolvidos nas operações de escavação de rochas com furos de grande diâmetro na mineração a céu aberto. O trabalho expõe o método de perfuração rotativa por ser o mais utilizado na execução desta operação unitária de lavra. Faz-se também um estudo dos principais agentes de desmonte que contribuem no emprego de furos de grande diâmetro na indústria da mineração, especialmente na explotação de minérios metálicos. São analisadas as propriedades do maciço rochoso, na determinação da carga específica e sua influência nos resultados da escavação de rochas por explosivos. É realizada ainda uma análise da metodologia utilizada para o dimensionamento do plano de fogo, baseando-se na inter-relação existente entre seus diversos elementos geométricos. Apresenta-se também a teoria de crateras como uma metodologia alternativa para dimensionamento de plano de fogo. Finalmente mostram-se os principais impactos ambientais decorrentes da detonação de explosivos na escavação de rochas. / This dissertation presents a bibliographical review of the main aspects involved in the open pit blasting operation using large diameter blastholes. The work displays the method of rotary drilling, being the most frequent used in the execution of this mining unitary operation. Here is presented a study of the main blasting agents that contribute to the increasing application of large diameter blastholes in the mining industry, especially in the field of metallic ores. The properties of the rock mass are analysed, in the determination of the powder factor and its influence on the results of rock excavation by explosives. An analysis of the methodology used for the determination a shot plan is carried out based on the existing interrelation between diverse geometric elements involved. The crater theory is also presented as an alternative methodology for the same purpose. Finally, the main environmental impacts caused by blasting in the rock excavation are discussed.

O projeto de lavra em minerações de calcário para fabricação de Cimento tem se mostrado de extrema importância em um mercado cada vez mais competitivo, como o de fabricação de cimento. No Brasil, dentro das minerações de grande porte, as minerações de calcário representam cerca de 20% de todo minério explotado. Metodologias que permitam um melhorar aproveitamento da jazida mineral ganham relevância para orientar projetos de longo prazo e exigem ferramentas para a tomada de decisão sobre o investimento ou não em projetos fabris e, consequentemente, sobre a viabilidade de projetos de lavra. A metodologia proposta foi aplicada em um exemplo e apresenta uma visão global dos problemas enfrentados em minerações de calcário e que facilitará a tomada de decisão sobre investimentos com premissas reais utilizadas por companhias cimenteiras. Além das premissas, serão apresentados problemas recorrentes encontrados quando se avalia a abertura de minerações de calcário para fabricação de cimento, com diversas variáveis exógenas ao projeto, como comunidades no entorno, sítios arqueológicos, cavernas protegidas, vegetação, entre outros, além dos fatores internos ao mesmo, como os teores, o \"blend\" de camadas, a relação estéril/minério, avaliações geotécnicas, entre outros. / The cement mining project for cement manufacturing has proved to be extremely important in an increasingly competitive market, such as cement manufacturing. In Brazil, within large-scale mining, limestone mining accounts for about 20% of all ore mined. Methodologies that allow a better use of the mineral deposit become of extreme importance to guide long-term projects and require tools for decision making on investment or not in manufacturing projects, and consequently on the feasibility of mining projects. The methodology proposed and applied in an application example will present an overview of the problems faced in limestone mining and will facilitate the decision making on investments with real premises used by cement companies. In addition to the premises, we will present current problems encountered when assessing the opening of limestone quarries for cement manufacturing, with innumerable variables exogenous to the project, such as surrounding communities, archaeological sites, protected caves, and vegetation, among others, besides the internal factors, such as ore grade, the blend of layers, the strip ratio, geotechnical evaluations, and others.

Um dos principais desafios para engenheiros de planejamento na mineração é fornecer planos de lavra que sejam exeqüíveis e que levem em conta as variabilidades operacionais da mina. Muitas vezes, os planos de lavra são criados com base nos valores médios históricos ou estimados das principais variáveis do sistema, que embora representem corretamente o ambiente de lavra, não permitem estimar o impacto de eventuais variabilidades nos resultados da operação da mina. O resultado dessa situação é uma menor confiabilidade nos planos de lavra quanto menor o horizonte de tempo planejado, o que leva a tomada de decisões operacionais muitas vezes intuitivas que nem sempre são ótimas, podendo prejudicar o atendimento das metas de longo prazo definidas pelo planejamento. Esta pesquisa propõe uma metodologia para criar planos de lavra que incorporem a variabilidade operacional, ou seja, planos exeqüíveis em conformidade com as operações unitárias da lavra, através da aplicação de técnicas de simulação. Essa metodologia é testada através de uma aplicação teórica e um estudo de caso, permitindo que a operação possa efetivamente contar com um plano que teve sua exeqüibilidade avaliada antes de sua publicação, apoiando assim o processo de tomada de decisões num ponto-chave da cadeia de produção mineral. Os resultados do estudo de caso comprovaram os benefícios práticos da metodologia de simulação proposta, permitindo fixar metas de produção mais realísticas para as condições operacionais da mina estudada, além de identificar oportunidades para a continuidade da pesquisa em temas relacionados à incorporação da incerteza geológica e à automatização do processo de simulação de lavra. / One of the main challenges for mine planning engineers is to produce operationally feasible mine plans which take into account the practical variability of the mining operation. It is quite common for the mining industry to work with plans that have been based on estimated means or historical values for most of the key operational variables, which although are useful to represent the mine environment, do not allow management to predict the impact of eventual variations onto the outcome of the mining operation. The result is a lower degree of confidence on the mine plans the shorter the time horizon considered, and a non-optimal decision making process that is much more oriented on experience, with a significant impact on the longer-term targets of the mine operation. This research proposes a methodology for creating mine plans that are operationally feasible and which are aligned with the practicalities of the mining operation by taking into account the operational variability of the mine. The methodology is based on simulation techniques and it is tested through a theoretical application and a case study. The outcome is a mine plan that is appropriate for the mines operation because it has been tested through simulation prior to its publication, which represents an important contribution for the decision making process at a key position in the mine production chain. The results obtained have confirmed the practical benefits of the proposed simulation methodology, by allowing the establishment of more realistic production targets associated to the current operating conditions of the mine being studied. The outcome of the project have also allowed the identification of opportunities for further research, related to the incorporation of geological uncertainty and to the automation of the mine simulation process.