LAVRA SUBTERRANEA

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PPGEM
MIN 746
Lavra Subterrânea
Prof. José Margarida da Silva
2010
Métodos de Lavra Subterrânea 
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.
* 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
Custos e decisão de lavra
Cam – custo minério; 
R – REM;
Cse – custo retirada estéril; 
Cs – custo subsolo.
MINA A CÉU ABERTO E SUBTERRÂNEA
Arranjo de uma 
mina com 
transição céu 
aberto para 
subterrânea.
Fases da 
mineração
Fazenda 
Brasileiro, 
Jerrit Canyon,
Jouac,
Kamoto,
Loolekop,
Kittila,
Mount Isa,
Turmalina,
Pyhasalmi,
Raglan,
Vazante, ...
Lavra convencional (cíclica) -
explosivos: perfuração, 
carregamento e detonação, 
remoção dos gases, limpeza da 
frente;
Lavra contínua - equipamentos que 
desagregam rocha por 
escarificação;
Sistema misto - comum para carvão, 
corte para face livre executado por 
máquina de corte (rafadeira) e 
execução de furos para desmonte 
por explosivo;
Decisão: aspectos técnicos e 
econômicos. Economia, segurança, 
mínimo de perturbação ambiental
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Operações e equipamentos
Rocha dura: pequena escala
• Perfuração manual
• Carregamento:
– carregadeiras tipo LHD (load, haul and dump)
com capacidade de 0,4 m3 até 4 m3 ou de 
descarga traseira.
– Transporte:
– caminhões de 7 t a 15 t, dependendo do 
tamanho das vias;
– trens, especialmente composições com vagões 
tipo gramby car com 4 t a 8 t de capacidade, 
sendo usados 8 a 12 vagões por trem;
– trem caindo em desuso (menor flexibilidade, 
baixa produtividade).
Rocha dura: média escala
• Perfuração mecanizada
• Carregamento:
– carregadeiras LHD com capacidade entre 
4,5 m3 e 7 m3.
• Transporte:
– caminhões de 20 t a 30 t.
Rocha dura: grande escala
• Perfuração mecanizada – jumbos
• Carregamento:
– carregadeiras LHD com capacidade entre 
9 m3 e 11 m3.
• Transporte:
– caminhões de 40 t a 80 t (em teste 90t).
Rocha mole
• Desmonte contínuo
• Carregamento:
– mineradores contínuos ou cortadeiras para desmonte 
e/ou carregamento.
• Transporte:
– Carros transportadores (shuttle cars) e correias 
transportadoras;
– às vezes utilizam-se mineradores contínuos ou 
combinação com carregadeiras LHD e caminhões.
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
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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").
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Enchimento
Enchimento
Minério In situ
Sentido de 
avanço da 
frente
Planta
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. 
Princípios fundamentais
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Abatimento controlado do teto
A
B
Classificação de Métodos
Deslocamentos
Energia armazenada
Métodos sem suporte artificial Suportados Abatimento
Métodos de lavra subterrânea
Room-and-
pillar
Sublevel and 
longhole open 
stoping
Cut-and-fill
stoping
Shrink
stoping
VCR
Stoping
Longwall
mining
Sublevel 
caving
Block
caving
(Brady e Brown, 2004)
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.
Classificação de corpos de minério
Corpos de mergulho acentuado
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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.
Classificação de corpos de minério
15
Corpos horizontais e 
subhorizontais
Inclinação excede limites de 
trafegabilidade 
(“gradeability”) 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; 
Minério precisa ser arrastado 
até locais de carregamento.
Classificação de corpos de minério
16
Corpos de mergulho 
suave
Passagem de 
pessoal
Galeria de 
transporte
Ponto de
carregamento
Travessas de carregamento
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Alargamento em subníveis (sublevel stoping)
Perfuração mecanizada: em leque ou 
paralela.
Carregamento:
– LHD, descarga traseira, 
carregadeira frontal, chutes.
Transporte:
– Caminhões convencionais ou 
rebaixados, correias;
– Preferência para equipamentos de 
maior porte.
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Caminhão (Mina Santa Helena, Brasil)
Alargamento em subníveis
Fácil ventilação;
Pequena exposição;
Pequena necessidade de suporte;
Recuperação pode alcançar 75%;
Diluição de 20%;
Não seletivo;
Furos longos requerem cuidadoso alinhamento 
(desvio menor que 2%).
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Alargamento em subníveis - análise
Lavra por corte e enchimento (cut and fill) 
mining) Capa
Lapa
Realce
Enchimento
Passagem
de minério
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Por corte e enchimento
Minério é completamente removido. 
Material de enchimento suporta as paredes e fornece piso para 
a lavra da próxima fatia de minério;
Enchimento - Rockfill, backfill, sandfill, pastefill;
Resistência das encaixantes: fraca; 
Forma da jazida: variada - pode ser irregular, descontínua; 
Teor alto; 
Forte mergulho, mas adaptável. 
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22
Perfuração mecanizada
CARREGAMENTO
LHD com capacidade 0,4m3
(elétricas), até 3m3, raramente 
maiores; rastelo.
TRANSPORTE
Caminhões ou trens com vagões de 
pequeno porte.
Corte e enchimento (Aterro)
Alta mecanização;
Boa seletividade;
Alta recuperação de minério (90 a 100%);
Baixa diluição;
Baixo custo de desenvolvimento;
Versátil;
Estéril e rejeito podem ser distribuídos no subsolo.
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Corte e enchimento - Análise
Passagem de 
minério
Perfuração
Desenvolvimento
Zona abatida
Lavra: desmonte
e carregamento
Nível principal de transporte
Abatimento em subníveis (Sublevel caving)
• Perfuração mecanizada;
• Carregamento e transporte: 
LHD´s controle remoto, 
caminhões 22t, vagões 35 a 40t.
• Lavra descendente, furação 
longa ascendente; 
• Minério desmontado despejado 
em passagens, deixando-se a 
capa deformar-se e abater-se;
• Fluxo de material fragmentado 
grosseiro: fator mais importante 
no método;
• Produção superior a 50.000t/dia;
• Investimento inicial de centenas 
de milhões de dólares. 
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Abatimento em subníveis
Mina de Kiruna, Suécia
Requisitos rígidos;
Melhores índices de segurança e de saúde;
Alta recuperação (80 a 90%);
Independênciadas operações;
Diluição inevitável (10 a 35%); 
Perdas de minério entre a detonação de um leque e outro (10 a 20%); 
Subsidência.
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Abatimento em subníveis – análise
Block Caving
Nível principal Nível de transporte
subnível com grelha
Preparação 
do solapamento
ramificações
Blocos solapados para induzir abatimento; 
Minério e rocha encaixante são abatidos;
Alta produtividade, altas escalas de produção; 
Baixo custo de lavra (custo relativo de 20%); 
Diluição: 10 a 20%, recuperação até 100%;
Operações padronizadas, boa supervisão; bons índices saúde e 
segurança;
Subsidência pode ser em grande escala, controle de fluxo crítico;
Grande tempo de desenvolvimento para blocos (cerca de 
1000m2), se desmonte sem explosivo.
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Abatimento em blocos
Perfuração vertical
Pilar Perfuração
frontal 29
Método por câmaras e pilares (room and pillar mining)
Perfuração mecanizada (frontal, 
descendente ou ascendente):
− Minerador contínuo substitui 
perfuração e detonação –
Marietta: capacidade 10mil t/dia.
Carregamento:
– LHD a diesel ou elétricas de 0,75 a 
11 m3.
Transporte:
– Nos realces, por shuttle cars 
descarregando em correias ou por 
vias abertas na lapa para este fim 
através de caminhões ou trens;
– Caminhões rebaixados e articulados 
15 a 50 t.
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Câmaras e pilares
Painel anterior
Novo painel
Entradas múltiplas
Load, haul,
dump
Transporte até
250, 300m
31
Carregadeira rebaixada LHD
Caminhão e carregadeira
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Caminhão rebaixado
Caminhão e carregadeira
Minério in situMinério fragmentado
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Rastelo
Morro do Urucum
(RDM, manganês, Brasil)
Desenvolvimento: poço raso e túnel na lapa;
Lavra adicional no teto, devido à baixa potência; 
3 horizontes diferenciados de “ataque”;
subdivisão do corpo de minério em 3 faixas sub-horizontais, painel de 
800mx800m, com distância lateral de 400m, de acordo com condição 
geomecânica da rocha (encaixante: arcósio). 
Definição se deveu à grande área e contribuiu para melhor adequação 
às metodologias de lavra, às operações de ventilação e transporte do 
minério. 
Acidente: final anos 80;
Exigências do DNPM para 
F.S.=1.8;
Baixa recuperação da lavra;
Desconhecimento do 
comportamento geomecânico 
da Camada Bonito;
Necessidade de novas 
metodologias para 
dimensionamento de pilares.
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Câmaras e pilares - carvão
• Lavra entre 430 e 640m profundidade;
• Desmonte por mineradores contínuos;
• Carregamento por shuttle cars;
• Transporte por correias (7 km); 
• Produção de cloreto de potássio;
• Capacidade ampliada de 645 mil t/ano para 850 mil t/ano. 
36
Mina Taquari - Vassouras
Galerias interligadas por travessas perpendiculares ao corpo de minério;
Número de aberturas que atenda à vazão de pessoal, equipamentos, 
ventilação;
Lavra convencional (cíclica, regular) ou contínua;
Recuperação - 20 a 60%, 
Diluição - 0 a 5%.
Método se presta bem à mecanização; 
Mina pode ser retomada, com enchimento ou abatimento;
À medida da profundidade, rivaliza com outros métodos (lavra frontal –
veios estreitos, acima de 1.050m – lavra por solução);
Reutilização das aberturas depende de planejamento prévio.
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Câmaras e pilares
38
Minerador contínuo
39
Fan Drill Simba
40
Robô para projeção de concreto
Entrada de ar
carvão
Ventilação
Área abatida
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Lavra por frente longa (longwall) - planta
Lavra integral, desmonte em face contínua, abrangendo toda a 
extensão; 
Com ou sem abatimento;
Galerias de transporte (duplas ou triplas), próximas, cerca de 100m 
de comprimento, para material e pessoal;
Subida face livre para iniciar desmonte;
Arranjo longitudinal (corpos de pequena espessura);
Arranjo transversal (espessura a partir de 30m); 
Exige rigoroso controle do contato. 
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Lavra por frente longa (longwall)
Lavra em avanço (menor desenvolvimento prévio) ou em recuo 
(entradas simples usadas apenas por um painel, mais barata, 
mais rápida, requer menos mão de obra);
Grande produtividade (maior em subsolo);
Grande recuperação na lavra; 
Custo de manutenção elevado (tempo de transferência de 
equipamentos de um painel para outro);
Alto custo de investimento ou de capital.
43
Lavra por frente longa (longwall)
 
44
Cortadeira e suporte auto-marchante
• 80%: desmonte com mineradores contínuos;
• Carregamento:
– Transportadores de correntes que operam junto à face.
• Transporte:
– Correias transportadoras ou carros (shuttle cars) dispostos 
nas travessas.
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Lavra por frente longa (longwall)
46
Carro transportador (Shuttle car)
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Lavra por frente longa (longwall)
Longwall
• Western Deep Level Gold Mine, South Africa;
• Gordonstone Coal Mine, Queensland, Australia;
• Appin Colliery Coal Mine, New South Wales, Australia;
• Southern Coalfield Mine, New South Wales, Australia;
• South Africa Gold Mine;
• Lavra experimental, Mina do Leão, Brasil;
• Mimosa (México) – carvão, 
• Wyoming Trona – ouro e potássio (África do Sul);
• Impala – platina (África do Sul): suportes de madeira, transporte na 
frente: rastelo, água.
.
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Produtividade e custo de lavra
MÉTODO DE LAVRA PRODUTIVIDADE 
(t/homem X turno)
CUSTO UNITÁRIO 
(US$/t)
Céu aberto 26 - 15
Câmaras e pilares 27 - 73 11 – 33
Alargamentos abertos 27 – 45 9 – 33
Por recalque 4 – 15 17 – 44
Por subníveis 14 – 50 13 – 39
Corte e enchimento 9 – 40 17 – 55
Longwall 63 – 163 6 – 28
Abatimento em 
subníveis
15 – 40 13 – 44
Abatimento em blocos 14 - 50 6-22
Mecanização e automação
• Automação: chave para segurança e produtividade na 
mineração.
• Operações de mineração subterrânea em processos de 
produção muito profundos, de acesso extremamente 
difícil ou com alto grau de periculosidade tornam a 
automação e os equipamentos de operação autônoma 
escolhas óbvias.
• Objetivos
• aumentar a segurança, 
• reduzir o trabalho manual repetitivo,
• aumentar a eficiência e a produtividade geral.
• Jumbos: adaptados e implementados - rockbolters –
colocação de parafusos de ancoragem e scalers –
abatimento de chocos ou raise climbers – plataformas 
elevatórias;
Mecanização e automação - tendências
• “trackless mining” – vagões: alta produção;
• “Minas novas, situadas em áreas remotas, não 
são as mais atrativas para recrutar pessoas com 
melhores qualificações. Para explorar essas 
jazidas de forma rentável, a automação não será
apenas uma opção – será a única opção."
• Equipamentos auxiliares:
• robôs para concreto projetado, 
• suportes deslocados por controle remoto,
• carregadores de explosivos, 
• ventiladores, 
• bombas de drenagem, 
• Veículos auxiliares de iluminação etc.
Mecanização e automação
• Retirada mecânica de chocos
• geralmente oferece ao trabalhador maior proteção. 
• Operador remove a rocha solta, enquanto fica 
posicionado em cabine de proteção e a maior distância 
que na retirada manual.
• Em 2002, cerca de 25% das minas brasileiras já
usavam scaler (perfuratriz adaptada para o batimento 
mecanizado de chocos). 
• Equipamento híbrido de barra convencional de 
abatimento de chocos e rompedor hidráulico.
• CMS – Caving Monitoring System - laser “desenha”
cavidade a distância.
Mecanização e automação
• sistemas computadorizados de controle e orientação
em grandes equipamentos de perfuração subterrânea e 
carregadeiras;
• nova carregadeira LHD reduz esforço físico do 
operador, aproveitando da melhor maneira a potência. 
• Caçamba penetra nos detritos com mais facilidade e 
rapidez, permitindo aumento do número de cargas por 
turno.
• Benefícios em termos de produtividade e segurança 
derivados dos sistemas de controle;
• Tendência de usode CLPs – controladores lógicos 
programáveis;
Mecanização e automação
• Instalação de parafusos controlada a distância
• Utilização de equipamento de instalação de cabos 
– Brasil e Finlândia, Chile, entre outros. 
• Mina de Cuiabá (MG) – corte e enchimento
• Conjugação em um equipamento de funções 
realizadas por 3 máquinas elevou em 18% 
velocidade de instalação de cabos. O 
equipamento apresenta disponibilidade de 89%, 
com 20 a 25 mil m de suporte realizado. 
• Kemi Mine, na Finlândia
• Equipamento tem carrossel para 17 hastes, 
velocidade de instalação superior a 40m/h, em 
furos de 51mm de diâmetro, 20 ou 25m de 
comprimento. Também na Mina Michilla, no Chile.
Mecanização e automação
• sistemas automáticos de troca de bits, 
• sistemas automáticos de abertura de túneis;
• Measure While Drilling, sistema de registro de 
características de estratos de rochas que usa a 
perfuratriz como sensor enquanto faz os furos. 
• Os dados registrados são, em seguida, 
transferidos para um PC para uma análise mais 
detalhada, sendo possível fazer uma previsão da 
interpretação das características geológicas.
Tendências – cooperação empresas/fabricantes; 
minas-escola; utilização de tecnologia que forneça 
uma visualização prévia da realidade.
Mecanização e automação – Estudo de Caso
• Mina Finsch (África do Sul) – diamante - Abatimento 
em blocos
• Sistema AutoMine – caminhões autônomos 
trafegam no ciclo de transporte entre os pontos de 
carregamento e o britador primário, localizado 
próximo ao sistema de içamento do poço vertical. 
Eletrônica embarcada, comunicação sem fio.
• Benefícios
• Aumenta utilização de equipamentos, 
• maiores velocidades de transporte aumentaram a 
produção;
• Maior estabilidade de escavações, redução do risco 
de dano ao trabalhador.
Mina Finsch
• África do Sul – diamante
• Manuseio de minério tem CMS – planejamento 
das atividades do dia, divisão nos turnos de 
trabalho, dando orientações para LHDs.
• Registro de todos os movimentos do 
equipamento.
• Fornece informações para outros sistemas de 
controle:
• PCS – Production Control System;
• MCS – Mission Control System.
• Da sala de controle na superfície, o operador 
controla caminhões e LHDs.
Futuro
Mina automática?
Caminhões baixa/alta capacidade?
Britagem/usina dentro da mina subterrânea: 
Andina (Chile); Baltar (Brasil); Kidd 
Creek, Otjihase (Canadá); Central Rand 
Gold, projeto de Efemçukuru (África do 
Sul).
Minas fechadas: visitação, enchimento, 
armazenamento
Avanços no processo de extração
LHD
ORE PASS
Minería Actual Minería de Transición
Minería Continua
Tendências
Tatiya, 2005: mina 
subterrânea do futuro 
será controlada de uma 
sala.
SANDVIK, 2008: um
operador para vários 
equipamentos (LHD´s ou 
caminhões).
Índia: Qual o limite?
Brady, B. H. G.; Brown, E. T. Rock Mechanics for Underground Mining. 2006.
Cummins, A. B; Given, I. A. 1992. Mining Engineering Handbook. AIME.
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Periódicos: 
Brasil Mineral; In the Mine; 
Revista Escola de Minas (REM); CIM Bulletin; 
Engineering & Mining Journal/ World Mining Equipment;
Minérios & Minerales; Mining and Annual Review;
Mining Engineering; Mining Magazine; World Tunnelling;
Mining Perspectives for both worlds. P&H. 
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Referências Bibliográficas