Seleção do método de lavra subterrânea

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INTRODUÇÃO
A seleção do método de lavra é um dos principais elementos em qualquer análise econômica de uma mina e sua escolha permite o desenvolvimento da operação. Numa etapa de maior detalhe, pode constituir-se como fator preponderante para uma resposta positiva do projeto. A seleção imprópria tem efeitos negativos na viabilidade da mina.
O método de lavra é designado como sendo a técnica de extração do material. Isso define a importância de sua seleção, já que todo o projeto é elaborado em torno da técnica utilizada para lavrar o depósito. Os trabalhos de infra-estrutura estão diretamente relacionados com o método.
A mineração é uma atividade que é praticada em todo mundo e as técnicas de extração empregadas estão em constante evolução. Embora seja possível destacar cerca de dez métodos de lavra principais, provavelmente existem mais de trezentas variações. Os métodos são limitados pela disponibilidade e desenvolvimento dos equipamentos e, como todos os fatores que influenciam em sua seleção, devem ser avaliados levando-se em conta os aspectos tecnológico, social, econômico e político; a escolha do método de lavra pode ser considerada tanto uma arte como uma ciência.
Nesse trabalho, a partir de uma análise das características do minério e das encaixantes do depósito em estudo e a fim de se definirem parâmetros necessários ao dimensionamento de uma eficiente operação subterrânea, foi selecionado o método de lavra subterrâneo mais adequado.
CARACTERIZAÇÃO DO DEPÓSITO
Depósito
Minerais calcíticos/calcopiríticos disseminados em quartzo porfirítico intrusivo, com teor médio de 2,0% de cobre, razoavelmente uniforme; 
Depósito irregular maciço, reserva de 100 milhões de toneladas, profundidade média da cobertura de 915m; 
Resistência à compressão do minério de 82,7 MPa, com juntas frequentes; 
Cobertura metamorfoseada e rocha adjacente (xisto) com resistência à compressão de 55,2 MPa, com fraturas e limite distinguível com o minério. 
 
Topografia: 
Deserto e baixas cadeias montanhosas, terreno acidentado, elevação de 1370 m. 
Clima: 
Árido, com média anual de 254 mm de chuva. 
Taxa de Produção Requerida: 
35000 toneladas/dia.
SELEÇÃO DO MÉTODO DE LAVRA 
A seleção do método de lavra pode ser dividida em duas fases, a primeira consiste na avaliação das condições geológicas, sociais e ambientais para eliminação de alguns métodos que não estejam de acordo com critérios desejados, e a segunda na escolha do método que apresente um menor custo e que seja sujeito às condições técnicas que garantam maior segurança e menor impacto ambiental.
Dessa forma, analisando as características do depósito de cobre apresentados no item 1, podemos eliminar alguns métodos de lavra que não podem ser aplicados a este caso.Tabela 1 - Classificação dos métodos
De acordo com a Tabela 1, os métodos autosuportados (Room and Pillar, Stope and Pillar, Shirinkage Stoping e Sublevel Stoping), são os primeiros eliminados, pois para a aplicação destes é necessário um depósito com rochas competentes. No caso apresentado, as rochas possuem juntas e fraturas, o que configura rochas com baixa resistência.
Os métodos Vertical Crater Retreat (VCR) e sua variante Vertical Retreat Mining (VRM) também são métodos que não podem ser aplicados na lavra do depósito em estudo, porque também fazem parte da classe dos métodos autosuportados, os quais requerem alta resistência da rocha.
Fonte: Modificado de Hartman, 2002.Tabela 2 - Tabela de seleção para todos os métodos de lavra subterrânea.
A partir da Tabela 2, podemos observar que métodos como Longwall, Square Set, Sublevel Caving e Stull, também podem ser eliminados da seleção, pois alguns destes são aplicados apenas em depósitos horizontais e todos são adequados a depósitos que apresentem uma alta resistência da rocha, o que não ocorre no depósito em estudo.
O método Cut and Fill também não pode ser aplicado neste caso, pois sua aplicação requer uma alta resistência das rochas encaixantes e de baixa a média resistência do minério. A presença de fraturas na rocha encaixante inviabiliza a escolha deste método. 
 Dessa forma, considerando as caracteríscticas do depósito, que apresenta um corpo de minério maciço, de grande dimensão vertical, de grande mergulho, de grande espessura, com características de abatibilidade (existência de numerosas famílias de fraturas e juntas e rocha pouco resistente) e rocha encaixante similar ao minério, com contato bem definido, foi selecionado como método mais adequado o método Block Caving (abatimento por blocos).
Outros fatores de influência para a seleção do método Block Caving, como o mais adequado, refere-se ao seu baixo custo e alta produtividade e segurança, quando comparados aos outros métodos, como pode ser observado na Tabela 3.Tabela 3 - Comparação de custos entre os métodos subterrâneos.
VANTAGENS E DESVANTAGENS DO MÉTODO
A lavra por abatimento em blocos (block caving) é um método em que massas, painéis ou blocos de minério são solapados para induzir o abatimento, permitindo que o minério fragmentado seja escoado abaixo. Tanto minério quanto rocha encaixante são abatidos. A rocha entra em colapso, de forma controlada, pelo seu próprio peso, baseado na gravidade combinado com as condições internas de stress da própria rocha. Diversas vantagens são atribuídas a este método, dentre as quais as principais são:
alta produtividade: de 15 a 50t/(homem x turno) que se justifica devido a uma baixa taxa de desmonte por fogo e por não ter ciclos operacionais para perfuração, desmonte, carregamento e transporte. Além disso, para altas produções o método requer poucas frentes de trabalho;
 Altas escalas de produção; 
Baixo custo de lavra: pode alcançar custo relativo de 20%, o menor em subsolo. Este custo unitário é mais baixo quando comparado com outros métodos, devido a alta produtividade (custo de perfuração e detonação só com secundária); 
Recuperação: pode alcançar 100%, pois não deixa pilares; 
Operações padronizadas: permitindo boa supervisão; 
Bons índices de saúde e segurança; 
Controle de ventilação menos complexa; 
Sistema favorável para minério de baixo valor econômico.
Contudo, este método também possui algumas desvantagens, como:
Subsidência: esta é descontínua e afeta grandes áreas da superfície; 
Controle de fluxo é crítico: a recuperação às vezes é baixa e há perigo da perda de minério; 
Geralmente alta diluição; 
Perda de tempo no desenvolvimento preliminar; 
Método rígido, inflexível, não seletivo; 
Riscos de bloqueios de material nas passagens.
LAYOUT GLOBAL DA MINA
Na Figura 1 está ilustrado de forma simplificada a geometria da lavra do depósito de cobre por Block caving, nela se observa o nível dos undercuts. Logo abaixo dos undercuts estão os drawbells que se localizam acima do nível de produção, abaixo deste nível têm-se os seguintes níveis: nível de ventilação, de fragmentação primária e de transporte.
CICLO DE OPERAÇÕES
Para o início da lavra do minério será feito um undercut (escavação horizontal, de pequenas dimensões, realizada sob o minério, usualmente uma câmara, para induzir o seu abatimento) em todo o corpo de minério ou em apenas um bloco de minério para o abatimento iniciar. A região do undercut será perfurada e detonada progressivamente e alguns blocos de minério fragmentados neste processo serão retirados para criar um vazio de maneira a possibilitar que o deslocamento e abatimento do material sobrejacente. 
Pilares temporários no horizonte do undercut serão removidos e o colapso do minério iniciará. O minério abatido empolará e preencherá o vazio do undercut. 
O material será então removido e a partir desta remoção ocorrerá a perda de suporte do minério ainda não abatido, o que gerará um prosseguimento do abatimento ascendentemente ao longo do corpo de minério.
A remoção do minério fragmentado será feita através dos níveis de produção que são desenvolvidosabaixo dos undercuts. A conexão entre undercuts e o nível de produção será realizada por drawbells (escavação em forma de funil utilizada para coletar minério desmontado utilizando somente o fluxo do material por gravidade) que permitem a passagem do minério por gravidade e também o direciona para os drawpoints (região na mina subterrânea sobre a qual o minério é escoado, por gravidade, de níveis superiores e o recebe para seu posterior carregamento e transporte por unidades de transporte).
Como o carregamento exige fragmentação controlada a rocha terá que passar por grelhas antes de entrar na passagem do minério, rompedores hidráulicos serão instalados para tratamento da rocha.
O material será transportado até o ponto de descarga. Neste ponto o material será descarregado em um britador giratório, para o início da adequação granulométrica e posterior transporte até a superfície.
7. EQUIPAMENTOS SELECIONADOS
Para realizar o desenvolvimento da mina, foram selecionados jumbos, equipamentos de tamanho médio dois braços (Figura 1). Estes têm sido a solução favorita por muitos anos na mineração subterrânea e na perfuração de túneis, pois possuem um posicionamento rápido e preciso, se movem de forma flexível e apresentam grande produtividade. 
Figura 1 - Jumbo de 2 braços.
 
Para adequar a granulometria do minério ao transporte até o britador giratório, tornou-se necessário selecionar um equipamento para realizar esta adequação. Foram selecionados rompedores hidráulicos (Figura 2), equipamentos móveis muito utilizados na mineração subterrânea. 
Figura 2 - Rompedor hidráulico.
A realização da etapa de carregamento ocorrerá através de carregadeiras do tipo LHD (Load Haul Dump), com uma capacidade efetiva da caçamba de 12 toneladas. As carregadeiras transportarão o minério até os drowpoints, onde será descarregado o minério. Considerando os fatores inerentes ao dimensionamento de equipamentos, foi determinada a necessidade de se utilizar 4 carregadeiras, para a produção requerida. A Figura 3 apresenta o equipamento LHD selecionado.Figura 3 - Carregadeira LHD (EJC 245).
O transporte do material até o ponto de descarga no britador giratório, ocorrerá através de caminhões com capacidade efetiva de 35 toneladas (Figura 4). O dimensionamento indicou a necessidade de 5 caminhões.
Figura 4 - Caminhões EJC 535.
A Tabela 4 apresenta informações relevantes, referentes aos equipamentos de carregamento e transporte selecionados. 
Tabela 4 - Informações dos equipamentos selecionados.
O transporte do material para a superfície irá requerer uma granulometria ainda menor e homogênea do minério. Este fator torna necessário a implantação de um equipamento para realizar a adequação desta granulometria. Dessa forma, foi selecionado um britador giratório (Figura 5), o qual será abastecido através da descarga do caminhão. 
Figura 5 - Britador Giratório.
Após a britagem primária do minério, este será descarregado em uma correia transportadora (Figura 6), a qual terá a função de transportar o minério até a superfície.
Figura 6 - Correia transportadora, tansportando o minério do britador subterrâneo para a superfície.
A Figura 7, apresenta um esquema das operações da mina e da alocação dos equipamentos selecionados.
Figura 7 - Esquema da operacional da mina.
RECUPERAÇÃO AMBIENTAL APLICADA AO MÉTODO
Os principais problemas ambientais encontrados quando da desativação de uma escavação subterrânea são as liberações de água contaminadas dentro do regime hidrológico natural, as liberações de gás metano para a atmosfera e a superfície de subsidência, sendo este último o problema mais comum encontrado na lavra de depósitos pelo método block caving.
O método selecionado para a lavra do depósito de cobre tem como característica a subsidência incontrolada. Dessa forma, deve-se deixar a superfície do local livre de estradas, cidades, lagos, etc., para em seguida recuperar a área afetada. Mas até ocorrer esta recuperação/estabilização da área, devem ser instaladas valetas, cercas, postes de sinalização para indicar a presença de uma área insegura. 
A recuperação destas áreas objetiva conformar a superfície igual à original ou implantar outra alternativa de uso aceitável, além de restabelecer as drenagens. As medidas tomadas para realizar a recuperação incluem: enchimento das áreas abatidas e abertas à superfície, reconformação da superfície e revegetação. 
Além dessas medidas, deve-se haver uma redução do número de aberturas que se conectam a superfície, através de enchimento de poços e chaminés. É necessário também a construção de pequenos orifícios para diminuir a pressão de água e gases. 
Outra medida, refere-se aos equipamentos utilizados. Estes devem ser descontaminados, se necessário, e removidos da área subterrânea.