Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Avaliação de Depósitos Técnicas diretas de investigação do subsolo: perfuração. Quando perfurar e quando parar? Prof. Dr. Luis Eduardo de Souza Introdução A construção de obras civis, a elaboração de estudos ambientais e a definição de jazidas minerais são alguns exemplos de atividades que necessitam de trabalhos para caracterização das condições geológicas e geotécnicas dos materiais de superfície e subsuperfície visando: ● a determinação da extensão, profundidade e espessura das camadas; ● a descrição de características mineralógicas, litológicas, texturais, estruturais; ● a determinação da presença de água subterrânea; ● a obtenção de dados sobre propriedades mecânicas e hidráulicas dos solos e rochas, tais como: resistência à compressão; resistência ao cisalhamento; grau de fraturamento; ângulos de atrito e de repouso; porosidade; permeabilidade. As principais técnicas utilizadas para a investigação de superfície e de subsuperfície são: ● interpretação de imagens (sensoriamento remoto); ● mapeamento geológico; ● ensaios geofísicos (métodos indiretos); ● investigações por métodos diretos. Investigação por métodos diretos Os métodos diretos de investigação objetivam a obtenção de comprovações físicas do material do subsolo, por meio de amostras deformadas e indeformadas, bem como medições de espessuras dos diversos materiais até uma determinada profundidade programada. Os principais métodos de investigação em estudos geológico-geotécnicos são: ● poço ou trincheira de inspeção; ● galeria de investigação; ● sondagem a trado; ● sondagem a percussão; ● perfuração com rotopercussão; ● sondagem rotativa com recuperação de testemunho. Nas fases iniciais de qualquer projeto, é comum o emprego de métodos mais simples, ou seja, de menor custo unitário. Após visitas técnicas ou de reconhecimento preliminar, a investigação dos terrenos para construção de obras civis ou instalação de depósitos de resíduos urbanos, por exemplo, é iniciada com sondagens a trado, que visam identificar os tipos de solos presentes, sua espessura, distribuição, etc. Nas investigações de terrenos não-coesos, especialmente para localização de material para construção (ou agregados, como areia e brita), é frequente o uso de sondagens a varejão. Também nas fases iniciais de um projeto, são realizadas sondagens a trado e, obtendo-se resultados positivos, escavados poços ou trincheiras, com a finalidade de se obter amostras indeformadas de solos ou para mapear as paredes dos poços ou trincheiras, buscando reconhecer as estruturas geológicas que possam interferir no empreendimento. A medida que as investigações avançam e dependendo das necessidades, aumenta-se o número de sondagens e estas passam, gradativamente, para as mais sofisticadas (percussão e rotativa), que apresentam maior custo unitário. Além disso, as profundidades de investigação tornam-se cada vez maiores e dirigidas a alvos específicos. As sondagens a percussão são executadas com a finalidade de se obter amostras pouco deformadas e valores quantitativos de resistência dos solos por meio de ensaios expeditos padronizados, denominados SPT (Standard Penetration Test). A obtenção de amostras de testemunhos de sondagem visa não apenas a identificação da litologia e estruturas geológicas, mas também a identificação das características geotécnicas dos materiais e das descontinuidades. Assim, a descrição dos testemunhos são realizadas de maneira a também classificar o maciço rochoso em função de sua resistência e qualidade. Os métodos de investigação direta podem ser divididos, também, de acordo com sua capacidade de fornecer ou permitir a coleta de amostras deformadas ou indeformadas. Perfuração A perfuração é um dos mais importantes procedimentos de exploração mineral e, potencialmente, um dos mais caros. O custo da perfuração diamantada com recuperação de testemunhos, por exemplo, varia em função das condições de acesso e da velocidade de avanço que depende, por exemplo: ● do tipo de rocha; ● da profundidade; ● do diâmetro; ● da habilidade e experiência do operador. Assim, os custos de perfuração podem variar, atualmente, de US$ 80 a US$ 200 por metro perfurado. Fácil acesso por rodovia com infraestrutura de água e energia. Maiores dificuldades de acesso e necessidade de prever fornecimento de água e insumos. Maiores dificuldades de acesso, licenciamento ambiental para abertura de praça e supressão vegetal. Normalmente, métodos geofísico indiretos precedem campanhas geoquímicas com coletas de amostras de solos e rochas. Cuidados: ● campanhas em equipe, principalmente em áreas remotas, tanto para dar agilidade à coleta quanto por questões de segurança; ● não usar joias ou bijuterias para evitar chances de contaminação. Anéis, pulseiras e colares de ouro ou prata são óbvios, mas existe um caso de uma empresa que descobriu uma “anomalia” de paládio devida a um amostrador que estava usando um anel de platina. O paládio e a platina ocorrem juntos e pertencem ao grupo de metais platinóides; ● escolher peneiras de boa qualidade. Há casos de soldas em peneiras que contaminaram amostras com chumbo e cromo; ● madeira tratada usada em cercas pode contaminar o solo; ● começar pelas linhas mais interessantes, assim se mudar o tempo ou torcer o tornozelo não vai ser uma perda tão grande. Um programa bem executado de amostragem de solo e rocha vai resultar num mapa de anomalias geoquímicas e o próximo passo é a programação da sondagem. Neste contexto, o propósito da sondagem é confirmar se a anomalia é real e fornecer maiores evidências, bem como a comprovação física, da existência do depósito. O planejamento da sondagem vai depender do nosso objetivo: ● se queremos descobrir um novo depósito ou ● se queremos delinear recursos existentes. Em um novo depósito ou área de interesse, malhas mais abertas e regulares vão otimizar o nosso orçamento e permitir coletar informações de forma mais abrangente. Já a definição de recursos vai requerer uma malha mais densa para permitir um maior nível de certeza e confiança. Além disso, depósitos cujos teores variam bastante em curtas distâncias (depósitos de Au) também vão requerer malhas mais densas. Planejar ou programar sondagens envolve sua locação em superfície e continuidade em subsuperfície. Métodos de perfuração Como salientado anteriormente, há um grande número e diferentes técnicas de perfuração. No entanto, na exploração mineral há 3 tipos básicos, mais amplamente empregados, que na ordem crescente de custos são: ● a sondagem a trado; ● a sondagem rotopercussiva; ● a sondagem rotativa com recuperação de testemunho. (A) Trado cavadeira, (B) trado torcido, (C) e (D) trados helicoidais. Broca sem partes móveis. Brocas de diamantes naturais. Brocas de diamantes sintéticos. Desgaste em brocas de diamantes sintéticos. Desgaste e fraturas. As brocas com partes móveis podem ter de um a quatro cones, sendo as mais utilizadas as tricônicas pela sua eficiência e menor custo inicial em relação às demais. Elas possuem dois elementos principais: ● estrutura cortante e ● rolamentos; A ação da estrutura cortante das brocas tricônicas envolve a combinação de ações de raspagem, lascamento, esmagamento e erosão por impacto de jatos de água ou lama. Broca tricônica de dentes de aço. Desgastes e fraturas. Sondagem rotativa Em sondagens rotativas, as rochas são perfuradas pela rotação de um elemento cortante posicionado em contato direto com a rocha, representado por coroa diamantada, broca ou trépano. É recomendada para perfuração de rochas cristalinas, em furos verticais ou inclinados. É baseada na pressão exercida por força hidráulica e do peso do ferramental de perfuração, exercidos na ferramenta de perfuração, que pode ser diamantada para rochas cristalinas ou bastante litificadas, ou constituída por widia ou carbeto de tugstênio para perfuração de materiais de dureza média, como rochassedimentares. O material cortado e recuperado é enviado à superfície por meio do fluido de perfuração, que pode ser constituído por água, lama ou ar, injetado no furo sob elevada pressão. Outro procedimento de recuperação do material perfurado é a partir de barriletes, que são hastes especiais que armazenam cilindros de rocha ou testemunhos de sondagem. Recuperação de testemunhos Na sondagem rotativa diamantada, o principal objetivo é a recuperação de testemunhos contínuos do material perfurado para definição estrutural, geotécnica, textural, análises químicas, etc. Usualmente utiliza coroa de perfuração em formato anelar, cravejada de diamantes, para cortes de material em alta rotação, sob a forma de cilindro. Este tipo de perfuração permite a obtenção de furos verticais ou inclinados, em profundidades superiores a 1000 metros, com equipamentos montados em caminhões ou sobre plataformas móveis, sob esteiras, o que facilita o acesso do equipamento em áreas acidentadas. Coroas de perfuração diamantadas. Independentemente do tipo de equipamento, eles são constituídos por elementos básicos como: motor, compressor, bomba para injeção de fluido no furo, tripé ou torre, além da coluna de hastes de perfuração, barriletes, calibrador e coroa diamantada, acoplados ao mandril e cabeçote, responsáveis pelo movimento rotativo. Os diâmetros das sondagens diamantadas são padronizados e expressos nas bitolas X ou W. As hastes W apresentam diâmetro externo maior, que reduz o espaço entre o diâmetro do furo e a haste, permitindo maiores velocidades de circulação do fluido de perfuração e limpeza mais rápida do furo. Diâmetros de sondagem diamantada W* e X Denominação Diâmetro do Diâmetro do furo (mm) testemunho (mm) EW 37,71 21,46 AW 48,00 30,10 BW 59,94 42,04 NW 75,69 54,73 HW 99,23 76,20 XRT 29,4 18 EX 37,4 21 AX 47,6 30 BX 59,6 42 NX 75,3 54 H 98,8 61 * Padrão DCDMA (Diamond Core Drill Manufacturers Association) Diâmetros de sondagem diamantada série Q* Denominação Diâmetro do Diâmetro do furo (mm) testemunho (mm) AQ 48,0 26,8 BQ 60,0 36,2 NQ 75,8 47,4 HQ 96,0 63,0 * DNER – PRO 102/97 Os testemunhos de sondagem apresentam diâmetros variáveis entre 18 e 76 mm, sendo que a velocidade de avanço é influenciada pelo diâmetro da perfuração. Geralmente, são utilizados diâmetros maiores no início da perfuração, ou seja, ao longo do manto de intemperismo e, ao atingir rocha cristalina ou litificada rasa, são adotados diâmetros intermediários. Pequenos diâmetros são adotados em sondagens de pequena profundidade, em galerias ou no interior de furos revestidos. O uso de revestimento é frequente em camadas intemperizadas ou rochas inconsolidadas. As hastes de perfuração são responsáveis pela transmissão de movimento rotativo à coroa e pelo avanço da perfuração. São constituídas de tubos de aço para circulação interna de fluído, não têm costura e são tratados internamente com aplicação de resinas para diminuição do desgaste interno e corrosão. O barrilete está situado entre a coroa de perfuração e as hastes. É constituído de tubo oco e preenchido por testemunho de sondagem, durante a perfuração. O material armazenado pode ser extraído pela retirada de toda coluna de perfuração ou através das hastes de perfuração em sondagens do tipo wire line, o mais utilizado atualmente, pois permite a recuperação de testemunhos de forma contínua e rápida. Existem três tipos básicos de barriletes: ● o tipo simples; ● o duplo rígido; ● o duplo livre (ou duplo móvel). O barrilete do tipo simples é formado por um único tubo, que armazena em seu interior o testemunho. Neste caso o fluido de perfuração circula entre o testemunho e o barrilete, algo que pode causar o desgaste do material, caso seja pouco consolidado ou friável. O barrilete duplo rígido é composto de um tubo interno e outro externo, permitindo a circulação de fluido entre os tubos. O testemunho ocupa o espaço do tubo interno, o que proporciona a sua preservação, embora o giro do tubo possa provocar o desgaste de materiais friáveis por abrasão. O barrilete duplo móvel é semelhante ao do tipo duplo rígido, com a diferença do tubo interno não girar com o ferramental e, portanto, proporciona maior preservação do testemunho. A operação da sondagem se faz por ciclos sucessivos de corte e retirada dos testemunhos do interior do barrilete, procedimento este denominado manobra. O avanço em cada manobra depende da qualidade do material que está sendo perfurado: ● em rochas de boa qualidade, o comprimento do testemunho obtido em cada manobra pode ser igual ao comprimento do barrilete (3 a 6 metros); ● quando ocorre perda ou destruição do material, em terrenos de difícil amostragem ou quando a rocha encontra-se muito fraturada ou intemperizada, o comprimento de cada manobra deve ser diminuído, até o mínimo necessário. Para que o maciço rochoso seja bem representado pelo testemunho, recomenda-se que em cada manobra o comprimento da amostra não seja inferior a 95% do avanço. Neste sentido, a recuperação é um termo aplicado à quantidade de testemunho recuperado por metro de avanço na perfuração, que devem preferencialmente em condições normais estar acima de 90%, ou para o estabelecido acima, 0,95 m de testemunho por metro perfurado. Os testemunhos obtidos nas sondagens devem ser guardados em caixas de madeira ou de plástico com tampa. Eles devem estar dispostos na seqüência exata de sua posição no furo, da esquerda para a direita e de cima para baixo. Desvio de furos É bastante comum a ocorrência de desvio do trajeto durante atividades de perfuração, principalmente com profundidades superiores a 100 m. Alguns procedimentos devem ser adotados para evitar grandes desvios, como: uso de hastes aprumadas, barriletes corretos, pressão no ferramental e rotações adequadas ao conjunto. Contudo, em casos onde é desejado que haja desvios no sentido de perfuração, é possível o uso de desviadores, que são fixados na parede do poço ou entre dois tubos de revestimento quando revestido o poço. O desvio de furos pode ser medido por sensores eletrônicos ou magnéticos capazes de medir a direção e o sentido de mergulho, em sistemas de funcionamento que integram uma bússola e um clinômetro, havendo limitações de uso em rochas magnéticas como basaltos, ultramáficas e cabonatitos. Tropari Maxibor Maxibor Programação de sondagens Em função do alto custo associado com o estabelecimento de um programa de sondagens, uma das decisões mais difíceis em pesquisa e prospecção diz respeito ao momento em que as mesmas devam ser iniciadas. No entanto, uma decisão ainda mais difícil é quando as sondagens devem ser interrompidas. A partir do momento em que começam a surgir evidências da existência da mineralização, passam a ser sentidas pressões no sentido iniciar logo um programa de sondagens e obter uma ideia em subsuperfície da distribuição do corpo. No entanto, é aconselhável que um programa de sondagem só seja estabelecido quando: ● se tenha uma ideia razoável da geologia da área, com a identificação das litologias aflorantes e seus comportamentos espaciais; ● se possua um modelo mesmo que conceitual dos corpos geológicos presentes, de maneira a poder inferir o comportamento da mineralização em profundidade. Sem uma ideia razoável do comportamento do corpo em profundidade, a probabilidade de um programa de sondagens não fornecer resultados satisfatórios aumenta significativamente! Assim, não identificar a ocorrência de uma mineralização ou não caracterizá-la adequadamente em termos de teor não significa que um corpo seja pequeno ou de má qualidade (teor baixo), mas pode significar, por exemplo, que as sondagens foram: mal locadas, mal orientadas espacialmente ou rasas demais. Da mesma forma, a escassez de informações (dados de sondagem) podem fazer com que se assuma uma continuidade que de fato não exista, extrapolando excessivamente as informações existentes. Estabelecendo um programade sondagem De maneira geral, o responsável por um programa de sondagem é desafiado por uma série de problemas, tanto de caráter logístico quanto geológico: ● tipo de sondagem requerida (trado, poço, trincheira, percussão, rotativa, roto-percussiva, com recuperação de testemunhos); ● timing da perfuração (clima, disponibilidade, prazos de licenciamento, elaboração e entrega de relatórios considerando descrição, amostragem, análise); ● contratação (sondagem, fiscalização) ou compra de equipamentos e treinamento de equipe; ● comissionamento equipes (mão-de-obra); energia (combustível ou eletricidade); consumíveis (ferramental de perfuração e suprimentos); manutenção (pessoal e peças de reposição); custo do equipamento (leasing, compra ou aluguel); licenciamentos ambientais; aberturas de acessos e praças (supressão vegetal). O padrão de perfuração a ser utilizado depende da atitude e da espessura assumidas para o corpo. Como estas definições dependem da quantidade de informações disponíveis, estas hipóteses podem, obviamente, estar equivocadas. Além disso, o padrão vai depender da existência de acessos em superfície e de questões relacionadas com o licenciamento dos trabalhos de pesquisa. Onde estes problemas não aconteçam, o padrão mais comum é de uma malha regular, cobrindo a totalidade do corpo idealizado. Furos verticais são mais baratos, rápidos e fáceis de se executar e são largamente empregados para corpos horizontais ou com pequeno mergulho, além de depósitos disseminados. Já furos inclinados são planejados para corpos com mergulhos mais acentuados, onde o objetivo deve ser interceptar a mineralização com ângulo de 90°, com os furos iniciais cortando a mineralização imediatamente abaixo da zona de alteração. A sondagem é utilizada para definir os limites da mineralização e também para definir a continuidade da mesma, para propósito de estimativa de recursos, sendo que a continuidade dos trabalhos de sondagem depende do sucesso obtido com os furos anteriores. Tão logo o depósito tenha sido mesmo que parcialmente definido, a continuidade do corpo precisa então ser avaliada. A partir desta continuidade e do tipo de mineralização é que o espaçamento para as novas campanhas de sondagem são definidos. Espaçamentos típicos para depósitos em veios, por exemplo estão entre 25 e 50 metros, enquanto que para depósitos estratiformes as distâncias entre furos ficam entre 100 m até várias centenas de metros. Localização das sondagens e mapa de isocontorno do topo da mineralização de um corpo estratiforme de cobre na Zâmbia. Mapa de isocontorno da espessura da zona mineralizada e modelo de acumulação (teor x espessura). Seção vertical 18000N, com identificação da zona com mineralização de cobre. Decidindo quando parar a campanha de sondagem De maneira geral, tão difícil ou mais do que decidir quando começar uma campanha é decidir quando interrompê-la. As principais situações são: ● não foi encontrada nenhuma mineralização; ● uma mineralização foi encontrada, mas sem teor econômico; ● os furos interceptaram uma mineralização com teor econômico, mas a continuidade dos teores é limitada ou estimativas preliminares indicam que o tamanho do corpo é muito pequeno; ● um corpo de teor potencialmente econômico e tamanho compatível foi estabelecido na fase de exploração; Obs.: se for uma empresa pequena, o mais provável é que ela tente vender o alvo, valendo-se das informações positivas coletadas ou vai ter que levantar fundos para nova campanha, para adensamento visando a avaliação para lavra. Uma empresa grande vai tomar uma decisão corporativa, baseada no seu portfolio de projetos e na conveniência de dar seguimento àquele projeto, naquele momento. ● o orçamento foi exaurido. Densidade das malhas de perfuração Uma das principais diferenças entre os diferentes estágios de pesquisa e prospecção diz respeito à densidade da malha de sondagem. Enquanto nos estágios iniciais, os furos estão mais espalhados, de maneira a cobrir todo o depósito e verificar sua potencialidade, nos estágios mais adiantados a malha deve tornar-se cada vez mais densa. Tradicionalmente, se relacionou o espaçamento da malha com o nível de complexidade e/ou regularidade dos depósitos. Na tabela abaixo, Maranhão (1982) categoriza diferentes tipos de depósitos em função do coeficiente de variação (CV). Regularidade Principais depósitos minerais Depósitos regulares Jazidas de Fe, Mn, Ni, Co, S, bauxita, argilas, sais, 5% < CV < 40% magnesita, caulim, materiais de construção, carvão Depósitos irregulares Jazidas de F, ba, grafite, coríndon, asbestos, P, 40% < CV < 100% carbonatitos, U, bauxita fosforosa, antracito, ilmenita, Co, Ni em rochas básicas e ultrabásicas Depósitos muito irregulares W em tactitos, Au, Sn, Pb, Zn, Greissens, etc 100% < CV < 150% Depósitos extremamente irregulares Pegmatitos com berilo, tantalita, columbita, CV > 150% cassiterita, muscovita, platina, opala, pedras preciosas Segundo Maranhão (1982), o coeficiente de variação seria a principal expressão quantitativa para definição da regularidade de corpos mineralizados e, assim, quanto mais errática for a distribuição dos teores no depósito mineral, maior seria o coeficiente de variação. Para se ter uma coleta de amostras representativas, deve- se coletar mais amostras e em menor espaçamento num depósito de alta variabilidade em comparação com um depósito cujos teores se comportem com maior regularidade. Relação entre o espaçamento de amostras de canal, ao longo da direção do corpo mineralizado, e a regularidade do minério, parcialmente compilada de Maranhão (1982) e Cavalcanti Neto e Rocha (2010). Coef. de variação Alguns depósitos típicos Espaçamento das amostras CV < 20% Carvão, materiais de construção, 15 a 50 m calcário, Fe 20% < CV < 40% Bauxita, argila, fosfato, alguns depósitos 4,0 a 15 m de Fe, Mn 40% < CV < 100% Depósitos complexos de Cu, W, Mo 2,5 a 4,0 m 100% < CV < 150% Depósitos de metais não ferrosos 1,5 a 2,5 m CV > 150% Maioria dos depósitos de metais raros 1,0 a 1,5 m Da mesma forma, para fins de avaliação de recursos, diferentes depósitos são categorizados em função de sua variabilidade, sendo atribuídos espaçamentos para as sondagens que, em teoria, garantiriam a classificação dos recursos nas categorias medido, indicado e inferido. Conforme salientado anteriormente, durante a programação da sondagem, deve ser prevista uma orientação para os furos de maneira que eles interceptem perpendicularmente o corpo de minério, permitindo assim a obtenção de sua espessura real. No entanto, quando isso não acontece, podemos ter duas situações básicas de perfuração: perpendicular ao strike; oblíqua ao strike. Cálculo da espessura real Qual a espessura real do corpo interceptada pelo furo DDH A5? Exercício Qual a espessura real do corpo interceptada pelo furo oblíquo em relação ao corpo de minério? Exercício Referências ● Cavalcanti Neto, Mário Tavares de Oliveira & Rocha da Rocha, Alexandre Magno. 2010. Noções de Prospecção e Pesquisa Mineral para Técnicos de Geologia e Mineração, Editora do IFRN, 267 p. ● Moon, Charles J., Whateley, Michael K.G. e Evans, Anthony M. (Editores). 2010. Introduction to Mineral Exploration, Blackwell Publishing, 2nd ed., 481 p. ● Maranhão, Ricardo Jorge L. 1982. Introdução à Pesquisa Mineral, BNB – ETENE, 680 p. ● Wellmer, F.-W., Dalheimer, K. & Wagner, M. 2008. Economic Evaluations in Exploration, 2nd ed., Springer, Germany, 250 p., ISBN 978-3-540-73557-1.
Compartilhar