Aula Subterrânea

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Por que Lavra Subterrânea?
 Profundidade do depósito*;
 Quantidade de material a ser retirado para alcançar o minério;
 Jazidas aflorantes vão se tornando escassas;
 Restrições ambientais à lavra a céu aberto;
 Aumento do conhecimento do comportamento de maciços rochosos.
1
Lavra Subterrânea
* Torres e Diniz da Gama (2005): minas pouco profundas ou rasas (até 850m) e profundas (a partir de 850m).
Dessureault (2004): se existe perspectiva de mais de 150m de profundidade, admite-se a hipótese de mina subterrânea.
2
Introdução
Lavra subterrânea – tende a crescer proporcionalmente (Peursum, 2007; Silveira, 2000; Zablocki, 1997; Carter, 1996, Hennies, 1996);
Tendência de maiores dimensões das aberturas, com maiores necessidades de suporte;
Aumento do conhecimento acerca das características mecânicas e do comportamento dos maciços rochosos.
3
Introdução
Em média, minas subterrâneas de ouro no Brasil avançam 50-60m/ano, em profundidade (Nascimento, 2010; Netto, 2010).
Custo: US$ 3,000.00/m para poço de 3 m de diâmetro, com revestimento simultâneo à escavação (Lack, 2005). 
Poço – vida útil mínima 2.000 dias de operação (Netto, 2010).
Introdução
Escavação e a sustentação podem variar de acordo com as condições encontradas. 
A finalidade, mais os aspectos geológico-geotécnicos, definem o método de construção.
Dependendo da profundidade da mina, a escavação do poço pode consumir 60 % do tempo de desenvolvimento.
Mina a Céu Aberto e Subterrânea
Operações e Equipamentos
Lavra Subterrânea
A escolha de um método de lavra dá-se em função de dois grupos de condicionantes: a geometria do corpo (inclinação e espessura) e características de resistência e estabilidade dos maciços que constituem o minério e as encaixantes.
Lavra Subterrânea
Com referência à estabilidade dos vazios criados pela lavra, os métodos subterrâneos podem ser assim classificados:
	- métodos com realces auto-portantes
	- métodos com suporte das encaixantes
	- métodos com abatimento
Planejamento
Melhor arranjo das aberturas para alcance do minério com custo mais baixo, com maior segurança.
Necessário: localizar minério, quais rochas a atravessar, quantidade de água que pode fluir no avanço, como suportar o teto, prover o ar e retirá-lo, melhor forma de mover pessoas e materiais com segurança e custo efetivo. (Caldwell, sd)
Lavra Subterrânea
Princípios Fundamentais
Desmonte com o avanço de aberturas paralelas.
Deixam-se porções do minério para formar pilares, de dimensões e formas adequadas.
Pilares limitam os vãos das aberturas e promovem a sustentação do teto.
Abandono de pilares
Lavra Subterrânea
Princípios Fundamentais
Material útil vai sendo extraído; vazio formado é preenchido com outro material para sustentação do teto;
Desmonte da face é integral; frente se desloca, sendo acompanhada pelo enchimento;
Teto na frente de trabalho normalmente sustentado para evitar queda de blocos ("chocos").
Enchimento
Enchimento
Lavra Subterrânea
Princípios Fundamentais
Com avanço da frente de lavra, provoca-se seu desabamento, a uma distância controlada, dissipando-se parte da energia armazenada.
A rocha desabada empola, o que inibe a propagação do abatimento.
Blocos começam a exercer reações apreciáveis sobre o teto, favorecendo sua sustentação.
Abatimento controlado do teto
Classificação de Corpos de Minério
Minério desmontado desce por gravidade até galeria de transporte;
Inclinação a partir da qual começa a ocorrer rolamento do minério desmontado depende das dimensões dos blocos e da regularidade do piso; fica entre 45° e 50°;
Escavações devem ter inclinação superior ao ângulo de repouso do minério fragmentado.
Corpos de mergulho acentuado
Classificação de Corpos de Minério
 Equipamentos chegam até as
pilhas de minério desmontado
nas frentes de lavra;
 Máxima inclinação varia com tipo e porte do equipamento, mas habitualmente fica entre 8 e 11 (15 a 20%);
 Além desses limites pode ainda ser exeqüível, com o desmonte conduzido segundo retas de menor declividade ou horizontais de mesmo plano do corpo.
Corpos horizontais e
subhorizontais
Classificação de corpos de minério
Inclinação excede limites de trafegabilidade de equipamentos, mas não é suficiente para que ocorra escoamento do minério desmontado, sob ação da gravidade, das frentes de lavra até galeria de transporte;
Corpos de mergulho
suave
Fatores Influenciantes no Desenvolvimento Subterrâneo
Esses fatores são peculiares por ter uma ação direta, na sua maioria, em todos os trabalhos que envolvem a escavação e manutenção das galerias subterrâneas.
Envolvem portanto: Geologia, Topografia, Distribuição de teores, Profundidade da jazida, Transporte de minério, Drenagem e esgotamento e Ventilação.
Técnicas de sustentação das aberturas subterrâneas
Para a escolha do método a ser empregado para sustentação de escavações temos que levar em consideração, principalmente, as características geotécnicas do solo (rocha), os custos relacionados com a intervenção e os benefícios que essa intervenção proporciona. 
Dentre as técnicas de sustentação utilizadas estudadas, temos as intervenções que melhoram as condições geotécnicas dos solos (Reforço do Solo, Grouting, Jet Grouting e Congelamento) e aquelas que preservam o solo (Arco Celular, Pré-corte, Steel Pipe Umbrella, Backfill, Tela Metálica, Concreto Projetado e os Escoramentos).
Reforço do Solo
É executada pela introdução no solo de elementos estruturais mais resistentes e rígidos que o solo, denominado ancoragem. 
As ancoragens mecânicas consistem na aplicação de hastes de aço, capazes de comprimir ou solidarizar uma faixa do maciço, entre o contorno da escavação e um ponto no interior do mesmo.
Ancoragens
Com protensão (tirantes) há aplicação de uma carga de trabalho na haste ocorrendo uma mudança no estado de tensão do maciço ;
Sem protensão (chumbadores), onde não há uma aplicação de carga de trabalho, porém com o passar do tempo, as deformações do maciço promoverão o tensionamento dos chumbadores, transformando-o em tirante. 
Tirante Swellex 
Apresenta diâmetro da barra de aço menor que o diâmetro do furo, através da pressão d’água o diâmetro da barra de aço se expande de modo ao tirante aderir totalmente às paredes do furo. 
Tirante Split-Set 
O diâmetro da barra de aço é maior que o diâmetro do furo, portanto a barra é introduzida no furo por pressão; 
Tirante com ancoragem de cunha 
A haste de aço apresenta em sua “cabeça” uma cunha, que possui a função de prender a haste tracionada, normalmente preenchida por calda de cimento aumentando a proteção da barra de aço. 
Cable Bolt 
Esta técnica consiste em realizar perfurações nas paredes e tetos das aberturas subterrâneas, e introduzir cabos de aço solidarizados ao maciço perfurado, com injeção de calda de cimento. A finalidade é aumentar a resistência do teto e paredes do realce em lavra.
Tirantes de Resina 
Não são afetados por vibrações ou choques provenientes de detonações, e permitem maiores cargas por um mesmo comprimento de ancoragem de que os demais processos. 
Grouting e Jet Grouting 
São intervenções permanentes realizadas pela injeção de cimento ou resinas químicas sendo que essa mistura preencherá os vazios do solo, reduzindo a permeabilidade, consequentemente melhora os parâmetros geotécnicos do solo. 
Congelamento de Solos
O método fechado que consiste na introdução de tubos no terreno, onde circula uma solução de salmoura a uma temperatura de -36°C, congelando o solo por 3 a 4 semanas.
Congelamento de Solos
O método aberto que utiliza nitrogênio líquido evaporando a uma temperatura de -196°C o qual produz um choque térmico nas águas subterrâneas congelando o solo por um período de 5 a 7 dias. 
Intervenções que Preservam o Solo ao Redor das Escavações
As intervenções que preservam o solo evitam que os parâmetros geotécnicos do solo caiam para valores residuais. 
O propósito tecnológico desta intervenção é reduzir a deformação
o mínimo possível. 
Arco Celular 
É uma técnica que consiste em inserir tubos de grande diâmetro no solo paralelo ao eixo longitudinal da abertura, após esses tubos são preenchidos com concreto e unidos através de anéis transversais. 
Essa técnica pode ser sucessivamente aplicada em casos onde a cobertura ou pouco espessa. 
Steel Pipe Umbrella
 (Guarda Chuva de Tubos de Aço)
É uma intervenção obtida através da instalação de tubos de aço a frente da abertura do túnel. Normalmente os tubos apresentam um mergulho de 5 a 10° (referente a horizontal) de modo a formar um cone truncado, sendo permitida a sobreposição de dois guarda-chuvas adjacentes.
A necessidade de injeção da mistura de estabilização em torno dos tubos de aço depende do tipo de solo. 
Back Fill
Consiste no enchimento das aberturas já lavradas, sendo que estes enchimentos podem ser realizados através do enchimento hidráulico “back fill”, enchimento com rocha “rocha fill” e enchimento com pasta “paste fill”. 
Telas Metálicas
Com a finalidade de evitar queda de rocha são instaladas telas metálicas construídas de fios de aço, dispostos longitudinalmente e transversalmente, colocados uns sobre os outros.
Essa técnica deverá ser aplicada associada ao concreto projetado e/ou a ancoragem. 
Concreto Projetado
O concreto projetado é uma mistura de cimento, agregados (areia, brita, fibra de aço), água e aditivo (acelerador de pega).
A mistura é transportada pneumaticamente em tubulação própria e projetada a alta velocidade. 
Tem por finalidade revestir a superfície da rocha, preenchendo as descontinuidades (fraturas abertas, fissuras, etc...). 
Escoramentos
Os escoramentos podem ser realizados através de pilares, naturais ou artificiais (aço e a madeira). 
Acesso Principal
O planejamento do desenvolvimento primário de uma jazida é usualmente realizado apenas uma vez durante a vida da mina. 
Não otimizá-lo causa desvantagens ao longo de toda a vida útil e pode levar custos maiores (Moser, 1996).
Tipo, número, forma e dimensão das aberturas principais são decididas ao tempo em que é escolhido o sistema de manuseio de materiais.
36
Acesso Principal
Após decisão, mudanças são caras e destrutivas, principalmente em minas de vida útil pequena. (Hartman e Mutmansky, 2002).
“crown pillar” ou “laje”: separação da mina a céu aberto – 10 a 50 m, em média 20 m.
Sustentação Revestimento
A escavação em rocha sólida é uma operação comparativamente simples. 
A maioria dos túneis e poços em rocha é provida de revestimento final, que pode ser: 
concreto projetado, 
concreto reforçado com fibras de aço, 
anéis de concreto, 
associação de aço e concreto ou argamassa;
e ainda tubos de concreto com enchimento.
Acesso Principal
Fatores de decisão: 
profundidade, 
forma e tamanho do depósito, 
topografia de superfície, 
condições geológicas e naturais do minério e rocha encaixante, 
método de lavra, 
taxa de produção.
39
Acesso Principal
Custos: 
US$1/t a mais a cada 500 m de rampa;
 poço: vida útil mínima 2.000 dias de operação (Netto, 2010).
Taylor
41
Comparações
Mina subterrânea
Plano inclinado + correia transportadora – mais barato que poço + içamento;
Rampa + equipamento móvel - mais barato que poço + içamento;
Túnel: adequado para região montanhosa.
(Hartman e Mutmansky, 2002).
42
Comparações
Correia – a partir de 1.800 t/dia, até 800m profundidade, inclinação 30%;
Poço – até 2.000 t/ dia, acima 250m profundidade, produções acima – maiores profundidades;
43
Comparações
Rampa - até 2.000 t/ dia, até 350m profundidade, maiores produções, menor profundidade. (Taylor, 1972 ou De la Vergne, 2000)
Maior poço vertical - África do Sul, alcançando 2991,5m de profundidade (Engineering & Mining Journal, 2008). 
Maior número de poços, também, na Mina Impala (platina), com 24 poços. 
Aberturas Lineares Inclinadas 
Versus Poço Vertical
Opção não tem uma regra governando o tipo mais adequado; cada um tem vantagens e desvantagens. 
Rampa: possibilita que a extração aconteça em paralelo com sua escavação, mas terá maior extensão de escavação que um poço vertical. 
45
Poço: necessita de ter concluídas sua escavação e equipagem para início da extração. 
Túnel, ádito (ou cabeceira): desenvolvimento mais econômico quando o material pode ser escoado aproveitando-se a topografia do terreno. 
Aberturas Lineares Inclinadas 
Versus Poço Vertical
Acessos Principais
Planos inclinados: usualmente limitados a minas relativamente rasas (em dada profundidade vertical, requerem cerca de 4 vezes a distância requerida para um poço vertical). 
Apesar do custo unitário para uma rampa ser menor, o custo global usualmente é maior se uma grande distância é requerida. 
A profundidade limite (crítica) é cerca de 300 a 450m, dependendo das condições.
47
Acessos Principais
Vantagens do plano inclinado: 
taxa de produção alta e consistente (se uma correia traz o material até uma central, transferindo continuamente para a superfície); 
acesso mais fácil à mina de equipamentos móveis; 
melhor controle de movimentação do terreno (se pequenos deslocamentos forem problema).
Acessos Principais
Custos de desenvolvimento são da ordem de:
US$ 1.000 a 1.200/m escavado (galeria de 4,5 x 4,7m), 
US$3.000/m para um poço vertical de 3m de diâmetro, com revestimento simultâneo à escavação (Lack, 2005);
Cerca de US$ 1.850/m - galeria (Cotica, 2009).
49
Acessos Principais
Edwards (1988, em Fujimura et al., 2001): poços servem para produção, serviço, avaliação/desenvolvimento, saída de emergência. 
A finalidade, mais os aspectos geológico-geotécnicos definem o método de construção.
Aplicações
poço vertical: Lepanto (ouro, Filipinas), Palabora (cobre, África do Sul), Raposos (ouro, Brasil), Cuiabá (ouro, Brasil), São Bento (ouro, Brasil), Morro Agudo (zinco, Brasil), Caraíba (cobre, Brasil), Fazenda Brasileiro (ouro, Brasil), Crixás (ouro, Brasil), Taquari-Vassouras (potássio, Brasil), Tara (Irlanda), Pyhasalmi (Finlândia), Tsumeb (Namíbia), Kiruna (Suécia), Mount Isa (chumbo, zinco, Austrália), Olympic Dam (cobre e urânio, Austrália), Jeffrey (asbesto, Canadá), San Manuel (cobre, EUA), Lower K (cobre, EUA), Miami (cobre, EUA), Kelly (cobre, EUA); 
51
Aplicações
túnel ou ádito: Climax (molibdênio, EUA), Henderson (molibdênio, EUA), Portrerillos (cobre, Chile), El Teniente (cobre, Chile), El Salvador (cobre, Chile), Andina/Rio Blanco (cobre, Chile), Santo Thomas (cobre, Filipinas), Lutopal (cobre, Filipinas), Carman (cobre, Filipinas), São Bento (ouro, Brasil), Urucum (manganês, Brasil),El Soldado; 
Aplicações
rampa ou plano inclinado: White Pine (cobre, EUA), Montanore (cobre e ouro, EUA), Questa (molibdênio, EUA), El Peñon (ouro e prata, Chile), Cuiabá (Ouro, Brasil), Vazante (zinco, Brasil). Fazenda Brasileiro (ouro, Brasil), Morro Agudo (zinco, Brasil), Crixás (ouro, Brasil), Pyhasalmi (Finlândia), Dartbrook (carvão, Alemanha), Ipueira (cromita, Brasil). 
Escolha do Acesso
Unrug (1992): poços são aberturas de investimento mais importante em minas profundas, provendo todos os serviços para operações subterrâneas (ar fresco, transporte de minério e de suprimentos, tráfego de pessoal, suprimento de água e drenagem). 
54
Escolha do Acesso
Dependendo da profundidade da mina, a escavação do poço pode consumir 60% do tempo de desenvolvimento. 
Por causa disso, a escolha adequada de um método para minimizar tempo de escavação do poço e assegurar uma operação ininterrupta é de grande importância. 
Escolha do Acesso
Na determinação do diâmetro do poço e profundidades de içamento, uma futura mina tem de ser avaliada acerca do primeiro estágio do projeto. 
De uma forma geral, é melhor sobre-estimar o poço nesse estágio do que ter posteriormente um gargalo, prevendo um aumento exeqüível de produção ou requerendo a escavação de um segundo poço. 
Quantidade de Desenvolvimento
Wieliczka – poço 1.900m;
Diavik: 22km;
Obuasi:
5,1km;
Kopanang: 5,2km;
Mponeng: rampa de 3100m. 
Morro (Tabiporã, ouro) - até 2005: 30km de escavações;
Morro Agudo (zinco, Votorantim) – até 2007: 61 km, até 2009: 90km;
Passagem de Mariana – 30km;
Merkers – 4 mil km;
Apiaí – 700km (hoje: 1,7 km visitação);
Lincang – 17 escavações, entre áditos e poços inclinados, 4 subidas (Xu et al, 2008).
Companhia
Mina
Localização
Método de Lavra
Mineral, Substância
Acesso Principal
AngloGold(Morro Velho)
Cuiabá
Sabará – MG
Corte e enchimento
Ouro
Poço vertical e rampa
AngloGold(Morro Velho)
Raposos
Raposos-MG
Corte e enchimento
Ouro
Poço vertical, seguido de túnel e outros
Companhia Minas da Passagem
Passagem
Mariana-MG
Câmaras e pilares
Ouro
Plano inclinado
Eldorado Gold
São Bento
Santa Bárbara - MG
Corte e enchimento
Ouro
Poço vertical e Túnel
AngloGold (Morro Velho)
Mina Grande
Nova Lima-MG
Recalque, Alargamentos abertos
Ouro
Plano inclinado
AngloGold (Morro Velho)
Mina Velha
Nova Lima-MG
Alargamentos abertos
Ouro
Poço
Votorantim (CMM)
Morro da Usina
Vazante – MG
Corte e enchimento e VRM
Zinco
Rampa
Votorantim
Morro Agudo
Paracatu – MG
Câmaras e pilares
Zinco e Calcário
Poço vertical e Rampa
Votorantim
Serra da Fortaleza
Fortaleza de Minas-MG
Variantessublevelstoping
níquel
rampa
Belmont Mineração
Belmont
Itabira – MG
Câmaras e pilares
Esmeralda
rampa
MSOL
Santa Isabel
Itabirito – MG
Corte e enchimento
Ouro
rampa
AngloGold Ashanti
Lamego
Sabará – MG
Corte e enchimento
Ouro
Rampa
Mineração Turmalina
Turmalina
Conceição do Pará – MG
subniveis e corte e enchimento
Ouro
rampa
Mundo Minerals
Engenho
Rio Acima - MG
Corte e enchimento
Ouro
rampa
AngloGold
Córrego do Sítio I
Santa Bárbara-MG
Variantes sublevel stoping
Ouro
rampa
MSOL
Palmital
Itabirito-MG
Recalque, câmaras e pilares
ouro
rampa
LAMIL
Velha
Várzea da Palma
câmaras e pilares
agalmatolito
rampa
MSOL
Pilar
Santa Bárbara-MG
Corte e enchimento
ouro
rampa
CBL
Cachoeira
Araçuaí-MG
lítio
rampa
Perfuratriz Jumbo
Perfuratriz Long Hole
Bits de perfuração
Carregadeira LHD 
Operação de carregamento de caminhões
Tunneling Machine
Equipamento para aberturas – 
Raise bore
Raise bore
Tunneling Machine
Cotinuos Mining Machine
Máquina para carregamento de explosivos
Motoniveladora para mina subterrânea
Carro plataforma
Transporte de pessoal
Scaler p/ remoção de “chocos”
Dispositivos de estabilização da rocha