53LAVRA DE MINA SUBTERRÂNEA CORPOS HORIZONTAIS E SUBHORIZONTAIS: SUBHORIZONTAIS : são aqueles nos quais os equipamentos de carregamento e transporte chegam até as pilhas de minério desmontado nas frentes de lavra. A máxima inclinação para que isso seja possível varia com o tipo e porte do equipamento, mas habitualmente fica compreendido entre 15 a 20% (8,5 a 11,3 r). Em inclinações algo além destes limites pode ainda ser exeqüível o tráfego de equipamentos, desde que o desmonte seja conduzido segundo direções de retas de menor declividade ou mesmo horizontais de mesmo plano do corpo. CORPOS DE MERGULHO SUAVE: SUAVE : são aqueles cuja inclinação excede os limites de trafegabilidade (³gradeability´ ) dos equipamentos de carregamento e transporte, mas não é ainda suficientemente acentuada para que ocorra o escoamento do minério desmontado, sob a ação da gravidade, desde as frente de lavra até o nível da galeria de transporte. Nestes casos o minério precisa ser arrastado (rastelado ou até paleação, em desuso ) até os locais de carregamento. CORPOS DE MERGULHO ACENTUADO: são aqueles nos quais o minério desmontado nas frentes frent es de lavra desce por gravidade até o nível da galeria de transporte. A inclinação a partir da qual começa a ocorrer o rolamento do minério desmontado depende das dimensões dos blocos e da regularidade do piso (lapa) e fica entre 45r e 50r.
ABERTURAS SUBTERRÂNEAS POÇOS (VERTICAIS E INCLINADOS) RAMPAS -GALERIAS HORIZONTAIS (TÚNEIS, CABECEIRAS, TRAVESSAS ) ABERTURAS COM DESENVOLVIMENTO EM VOLUME ALARGAMENTOS OU REALCES (µSTOPES´)
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA LAVRA SUBTERRÂNEA
Nos métodos com abandono de pilares, o desmonte é feito com o avanço de várias aberturas paralelas, convenientemente espaçadas, deixando-se porções do minério para formar pilares, de dimensões e formas adequadas, que limitam os vãos das aberturas e promovem a sustentação do teto. Nos desmontes com enchimento, à medida que o material útil vai sendo extraído, o vazio assim formado é preenchido com outro material ("fill" ), de forma a promover a sustentação do teto. O desmonte da face é integral e a frente de se desloca paralelamente a si mesma, sendo acompanhada a certa distância pelo enchimento. O teto na frente de trabalho é normalmente sustentado com estruturas apropriadas para evitar a eventual queda de blocos mais ou menos soltos ("chocos" ). Nos desmontes com abatimento do teto, o avanço da frente de lavra se processa de modo semelhante ao anterior, mas, em vez de se processar a sustentação com o enchimento, provoca-se o seu desabamento, a uma distância controlada da frente, dissipando-se parte da energia armazenada no maciço. Além disto, a rocha desabada empola, o que inibe a propagação do abatimento, a partir do momento em que os blocos começam a exercer reações apreciáveis sobre o teto, favorecendo a sua sustentação.
CLASSIFICAÇÃO DOS MÉTODOS DE LAVRA
ALARGAMENTOS AUTO-SUPORTANTES (OU COM SUPORTES NATURAIS) Alargamentos Abertos (µOpen Stopes´ ) Câmaras e Pilares (³Room-and-Pillar Mining´) Lavra por Subníveis (³Sublevel Stoping´ ) Lavra por Recalque (³Shrinkage Stoping´ ) Alargamentos Esteiados (³Stull Stoping´) ALARGAMENTOS SUPORTADOS (OU COM SUPORTES ARTIFICIAIS) Corte e Enchimento (³Cut-and-fill Mining´ ) Lavra por Estruturas Retangulares (³Square-set Stoping´ ) -³Longwall Mining´ 3.3 - ALARGAMENTOS ABATIDOS - Abatimento por Subníveis (³Sublevel Caving´ ) - Abatimento em blocos (³Block Caving´ )
OPERAÇÕES E EQUIPAMENTOS DA LAVRA SUBTERRÂNEA 1. 2. 3. 4. 5.
Operações unitárias e Operações auxiliares Ciclo convencional x lavra contínua Equipamentos de perfuração e desmonte Conjugações de equipamentos de carregamento (limpeza ) e transporte Mecanização e Automação
As operações unitárias estão presentes em diversos processos, em diversos ramos da engenharia, como, por exemplo na engenharia química e na mineração, desde a lavra até o tratamento de minérios. As operações unitárias de lavra englobam, de acordo com Silveira e Girodo (1991 ), a perfuração e desmonte de rocha (desenvolvimento e lavra ), o carregamento (³limpeza´), o transporte (de materiais e de pessoal ) em subsolo (³horizontal´ ) e do subsolo à superfície (³vertical´), a sustentação e controle das deformações do maciço, ventilação e condicionamento do ar, detecção e controle de gases nocivos, drenagem e exaustão das águas, iluminação, suprimento de energia elétrica, ar comprimido e água, mapeamento geológico e amostragem, levantamento topográfico, sistema de comunicação, manutenção e reparos, conforto, higiene e segurança do trabalho etc. As operações de saúde e segurança (controle de gás, de poeira por spray de água, coletores de poeira, ventilação, redução de ruído ), controle ambiental (proteção contra inundações, controle de subsidência e de contaminação atmosférica ), controle do terreno (limpeza de chocos, controle do teto com ancoragens, arcos e outros suportes ), suprimento de energia e distribuição (subestação elétrica, estação para combustível ), controle de inundação e água (estação de bombeamento, drenagem, encanamentos ), disposição de estéril (armazenamento, transporte e disposição ), suprimento de material (armazenamento e distribuição ), manutenção e reparo (oficina no subsolo, afiação de brocas), iluminação artificial, comunicação (rádio, telefone etc ), construção (vias de transporte ), transporte de pessoal (gaiolas, veículos ), ventilação e segurança são consideradas operações auxiliares (Hartman, 1987 ). A lavra convencional ou cíclica usa explosivos: perfuração, carregamento e detonação, remoção dos gases, limpeza da frente. A lavra contínua é realizada com equipamentos que desagregam a rocha por escarificação. Na lavra contínua não há abalos gerados por ondas de choque das detonações, melhorando a segurança. O sistema misto, comum para lavra de carvão, tem corte para face livre executado por máquina de corte (rafadeira ) e a execução de furos para desmonte por explosivo. A decisão entre estas alternativas leva em conta aspectos técnicos e econômicos. Para os equipamentos listados nas páginas seguintes, valem algumas observações: y Os mineradores contínuos são adequados para rochas brandas, escarificáveis; y As perfuratrizes rotativas são adequadas para rochas brandas e as percussivas para rochas duras; as perfuratrizes percussivas não servem para colocação de ancoragens; y As perfuratrizes manuais têm coluna de avanço, sendo utilizadas para furos de até 3m de comprimento ( j ack leg para furação frontal e stoper ± furação ascendente ); y As carretas de perfuração são para perfuração em bancada (ascendente ou ascendente ), com menor rigor de paralelismo dos furos; y Com as perfuratrizes tipo raise borer , faz-se primeiramente um furo piloto da ordem de 15 a 20cm, através de um acesso subterrâneo, acopla-se a broca no ponto de varação e retorna-se com o equipamento alargando o furo geralmente até 0,9 a 1,5m; y Os jumbos têm perfuratrizes rotativas, montadas em chassi auto-propelido, acionamento pneumático, braços hidráulicos, sendo utilizadas para furos de até 40m y As carregadeiras rebaixadas tipo LHD (L - load - carregar, H ± haul - transportar e D ± dump - descarregar ), desenvolvidas nos anos 70, são hábeis para transpor inclinações e adequadas para distâncias até 450m, sendo mais indicadas para até 300m; não são preparadas para receber carga dinâmica como a proveniente de chutes; y Para o transporte vertical, o esquipe é o modo mais eficiente de içar minério (www.atlascopco.com); y A capacidade dos caminhões está na faixa de 20 a 50t e das LHDs de 3,6 a 15t;
Para as carregadeiras de descarga traseira, as travessas concordam em 90º com a galeria de transporte; para as LHDs, normalmente em 45º. y Apesar da tendência da ³trackless mining´, ainda existem minas com transporte por vagões sobre trilhos; y Os jumbos foram adaptados e implementados e hoje existem os rockbolters ± com colocação de parafusos de ancoragem e os scalers ± com abatimento de chocos ou com raise climbers ± plataformas elevatórias; y Nos caminhões rebaixados, o operador é quem muda de posição; y Equipamentos auxiliares são os carregadores de explosivos, os ventiladores, bombas de drenagem etc. Apresentamos anexas tabelas com principais equipamentos das principais minas subterrâneas brasileiras. Levantamento de Germani (2002 ). y
Descrição dos Métodos de Lavra Subterrânea I. METODOS APLICAVEIA A CORPOS DE FORTE MERGULHO R ealces (ou alargamentos abertos) É uma designação geral para métodos
de lavra naturalmente suportados, aplicáveis a corpos de mergulho intermediário a acentuado (acima de 40, 45º, preferencialmente 60 a 90º), nos quais os realces, entre níveis horizontais de transporte, são deixados internamente sem suporte e o fluxo do minério desmontado se dá, no interior dos mesmos, basicamente por gravidade. O desenvolvimento básico se constitui de galerias de transporte nos níveis principais, subidas entre níveis definindo blocos e algum sistema de extração na base do realce. As operações de lavra podem ser ascendentes (overhand stoping ), frontais (breast stoping ) ou descendentes (underhand stoping ). As versões principais em uso atualmente são a lavra por subníveis ( sublevel stoping ) e a lavra por recalque ( shrinkage stoping ) ou variante destas (VCR ± vertical crater retreating ).
I. 1. LAVRA POR RECALQUE (SHRINKAGE STOPING) Definição Ë um método de lavra ascendente (overhand mining ), por tiras horizontais, em que o minério desmontado é mantido temporariamente no interior do realce, servindo de suporte para as encaixantes e de plataforma de trabalho para a perfuração, que é manual. O volume relativo ao empolamento do material desmontado é extraído durante o desmonte e o restante ao final da lavra, quando então, o realce fica vazio, sendo então abatido ou preenchido com estéril. Nesse método, a retirada do material fragmentado é regulada em função do avanço do desmonte, de tal modo que fique um espaço livre de 1,8m a 2,2m de altura, necessário ao trabalho de perfuração do corpo de minério. Para garantir a horizontalidade do minério desmontado, os chutes de descarga devem ser convenientemente espaçados. Os corpos de minério têm largura de 3 a 30m, subníveis de 30 a 75m, travessas de 3 a 10m de extensão, espaçamento dos chutes de 5 a 15m (Hustrulid, 1982). Esse método foi aplicado nas minerações de tungstênio, no Norte do Brasil; na mina de fluorita, Panelas (PE); na mina de cobre de Camaquã, Caçapava do Sul (RS); na Mina Grande, da Mineração Morro Velho, Nova Lima (MG) e na Mina São Bento, da São Bento Mineração/Eldorado, Santa Bárbara (MG). (vide bloco-diagrama) Aplicabilidade O método de recalque pode ser usado: quando o corpo de minério tem um mergulho que excede o ângulo de repouso natural, tem limites regulares e não é afetado pela permanência no alargamento. A rocha encaixante e o minério devem ser competentes (RMR maior que 60). Atualmente este método tem pequena importância e vem sendo substituído por outros métodos. Sob as mesmas condições, a lavra com alargamentos por subníveis, o abatimento em subníveis e a lavra por corte e enchimento podem ser praticados com considerável vantagem econômica (maior valor presente líquido no fluxo de caixa). Entretanto, a lavra por recalque não foi totalmente eliminada, sendo ainda praticada onde se conduz uma operação em pequena escala, com investimento pequeno em maquinário (Hustrulid, 1982). Forma da jazida: tabular ou lenticular, mergulho e limites regulares, teor uniforme e alto; Mergulho forte e uniforme, profundidade de 100 a 750m; Tamanho da jazida: de 1 a 30m de largura, extensão grande, alta uniformidade do minério. Condicionante específico: devido a seu armazenamento temporário, o minério não deverá aglomerar-se, oxidar-se (minérios sulfetados), recimentar ou ser sujeito à combustão espontânea. Desenvolvimento (vide casos para corpos de forte mergulho na página seguinte) Primário: o meio mais comum de acesso, para corpos de grande mergulho, é o poço vertical (shaft ). Eventualmente, em circunstâncias favoráveis, áditos e rampas podem ser adotados. Mining Magazine (1997) apresenta um modelo de sete passos para o acesso principal válido para 92% das minas pesquisadas. Estes passos levam em consideração a qualidade do maciço rochoso, se a operação terá trilhos, a quantidade de
capeamento a ser removido, a profundidade do depósito, a existência de lavra a céu aberto e a taxa de produção. Secundário: em cada nível horizontal, no mínimo uma travessa de transporte conectando o poço a uma galeria de transporte, paralela à direção do corpo (cabeceira ± drift ). Existem várias possibilidades, tanto para veios estreitos, como para corpos mais potentes, com a galeria de transporte no contato com a lapa, na lapa, no minério ou no estéril (duas centrais para maior flexibilidade). Mining Magazine (1997) apresenta também um modelo para a escolha do acesso secundário. A maior influência é opção do acesso principal; outros fatores: qualidade do maciço, regularidade de teor. Terciário: travessas de acesso ao corpo abertas a partir da galeria de transporte do nível principal na base do realce; eventualmente a própria galeria de transporte serve de acesso). Dependendo da versão escolhida, teremos chutes, com o minério sendo carregado em carros de mina, subnível de rastelamento ou equipamentos percorrendo a central de transporte e as travessas de carregamento. O espaçamento projetado entre travessas, entre chutes é de 5 a 15m. O acesso ao alargamento também pode se dar de diversas formas, desde subidas no minério, revestidas de madeira (esteios colocados de capa a lapa) a subidas de internível no corpo de minério, nas extremidades do bloco, protegidas por pilares (mais comum). À medida do aumento da potência do corpo, troca-se o arranjo longitudinal pelo transversal. Em resumo: - travessas de acesso ao corpo ou a própria galeria de transporte no minério; - pelo menos uma subida entre níveis (para acesso e ventilação); - uma galeria na base do realce (undercut ); - algum arranjo para extração do minério abaixo da undercut . Como ordem de grandeza, os custos de desenvolvimento são de cerca de US$ 1000 a 1200/m escavado, para uma galeria de 4,5 x 4,7m e de cerca de US$3000/m para um poço de 3m de diâmetro, em condições de revestimento simultâneo a sua escavação (Lack, 2005).
Lavra (método básico) Ciclo: Perfuração (manual, porque trabalha sobre piso irregular, podendo ser frontal ou vertical), detonação (ANFO), ventilação, segurança, carregamento (fluxo por gravidade, chutes, carregadeira frontal, de descarga traseira, rastelo, LHD) e transporte de minério (LHD, caminhões, vagonetas, transportadores de correia) Vantagens e desvantagens Vantagens: método conceitualmente simples, investimento inicial baixo (pela baixa mecanização e porque o minério escoa por gravidade), boa recuperação (75 a 80%), baixa diluição (menos de 10%), pequena necessidade de suporte, desenvolvimento moderado, custo de perfuração elevado; pode ser aplicado a pequenas minas; armazenamento e possibilidade de blendagem do minério. Desvantagens: custo operacional moderado a alto (50%, numa escala de 0 a 100; maior custo com mão-deobra (difícil de mecanizar perfuração e desmonte na versão básica do método), produtividade baixa (5 a 15 t/homem.turno), não é seletivo, perigosas condições de trabalho (piso desigual), mais de 60% do minério só é retirado no final (permanecendo meses no alargamento). Outra característica: o perfil do trabalhador é semelhante ao profissional que trabalha em laboratórios.V ariantes do método - Quando a resistência do minério não é suficiente, tendendo a se abater, nas subidas executadas, monta-se equipamento para fazer furos longos horizontais em toda a extensão do bloco e detona-se uma tira de minério. As subidas são escavadas de 5 em 5m. Aumenta-se o custo, mas também a segurança de perfuração (Shevyakov, sd). - Lavra em tiras horizontais: são construídos pisos temporários, por exemplo, com madeira roliça, com aberturas (³janelas´) espaçadas; o minério é perfurado parcialmente, a partir do piso temporário e parcialmente da superfície de minério já desmontado (Shevyakov, sd). - Arranjo transversal - VCR ( Ve rtical Crater Retreat) ± o subnível de perfuração é alargado a toda a potência, e com furos ascendentes, lavram-se camadas horizontais que caem no alargamento inicial. O desmonte usa cargas esféricas (razão 6/1 entre o comprimento do furo e seu diâmetro; melhor aproveitamento da energia do explosivo). Ë um método patenteado.
I. 2.LAVRA POR ALARGAMENTO EM SUBNIVEIS (SUBLEVEL STOPING) Definição A lavra de alargamento em subníveis ( sublevel stoping ), é um método de lavra ascendente, em que são desmontadas tiras verticais de minério, de grande volume, escoando-se o material desmontado pelos chutes e travessas de produção. Atualmente, exclusivamente, com furos longos e alto índice de mecanização das operações. O método de subníveis se aplica somente a corpos de forte inclinação (verticais ou sub-verticais). O alargamento tem a sua maior dimensão segundo a vertical. Permite alta produtividade pelo alto grau de
mecanização. O método é semelhante ao de recalque, lavrando-se, porém, tiras verticais de minério. Quando o corpo é mais potente, trabalha-se mais de um subnível por horizonte. O processo de extração depende da largura da galeria e do fluxo. A Mina de Baltar, de calcário, da Mineração Santa Helena, Grupo Votorantim, em Votorantim (SP), a Mina de Fazenda Brasileiro, mina de ouro e a Mina de Tanguá (RJ), mina de fluorita da IMETANG, utilizam este método. O mesmo foi utilizado na Mina de Cuiabá, da Mineração Morro Velho, em Sabará-MG (vide figura 3.12). O arranjo da Mina do Baltar tem um alargamento de 110m altura, 40m largura, 100 m comprimento, com pilares de 32 a 40m de largura. APlicabilidade
O método pode ser usado: quando o corpo de minério tem um mergulho que excede o ângulo de repouso natural e tem limites regulares. A rocha encaixante e o minério devem ser competentes (RMR maior que 60 para capa e lapa; 40
Existem três versões básicas: subidas nas extremidades do bloco de lavra, galerias de perfuração, partindo das subidas; cabeceira de subnível (undercut ), algum arranjo para extração do minério abaixo da undercut ; subida para provimento de face livre (slot raise) na extremidade do realce. Os subníveis geralmente têm de 45 a 80m.
Lavra (método básico) e equipamentos Ciclo: Perfuração mecanizada, jumbos ou carretas de perfuração, furos longos em leque (20 a 40m, ring dril, fan drill ) ou paralelos largos (down the hole), detonação (ANFO), ventilação, segurança, carregamento (fluxo por gravidade, chutes, carregadeira frontal, de descarga traseira, rastelo, LHD) e transporte de minério (LHD, caminhões, vagonetas, transportadores de correia). O carregamento pode ser feito diretamente em caminhões ou vagões, através de chutes de descarga. É mais seguro que o de recalque, porque trabalha-se em recuo, das extremidades do bloco para as aberturas principais. A presença de uma capa de minério não desmontado só é permitida no caso de minérios muito resistentes, sem descontinuidades (Shevyakov, sd). Podem ser instalados rompedores e grelhas à entrada dos chutes como equipamentos auxiliares ao fluxo por gravidade. Para a lavra de corpos extensos, é necessário dividi-los em dois ou mais blocos, deixando um pilar lateral entre realces adjacentes, para sustentação da capa. Em cada realce, o minério deve ser lavrado integralmente e, portanto, o método não permite lavra seletiva (Silveira e Girodo, 1991). As operações são conduzidas de forma independente, permitindo sua completa mecanização, com poucas unidades de equipamentos de grande produção e, portanto, mão-de-obra reduzida. Novitzky (1975) mostra os casos das lavras das minas Deep Creek, Burra Burra (EUA), Roan Antelope (Rodésia), Horne, Brunswick e Gunnar (Canadá), entre outras. Ë um método am plamente empregado. Vantagens e desvantagens
Vantagens: alta produtividade, custo relativo de lavra de 40% (escala de 0 a 100; com minério escoando por gravidade), adequado à mecanização, alta taxa de produção, baixo custo de desmonte, fácil ventilação, pequena exposição a condições inseguras (a permanência e circulação de pessoal é r estrita a galerias de seção reduzida, sob pequenos vãos escavados), pequena necessidade de suporte, recuperação pode alcançar 75% (pode ser feita recuperação de pilares de soleira ± sill pillar e laterais - rib pillars), diluição da ordem de 20%; Desvantagens: desenvolvimento complicado, lento e caro; método inflexível e não seletivo; a perfuração de furos longos requer cuidadoso alinhamento (desvio menor que 2%, para que o minério não quebre em blocos maiores que o tamanho projetado, complicando seu escoamento), grandes detonações podem causar vibração excessiva e deslocamento de ar, investimento inicial alto (pela alta mecanização).
Variantes
do método
- Arranjo transversal; - tiras verticais; - VCR ( Ve rtical Crater Retreat) ± o subnível de perfuração é alargado a toda a potência, e com furos ascendentes, lavram-se camadas horizontais que caem n o alargamento inicial. As aberturas incluem undercuts (abertura incial na base do corpo) e overcut (abertura inicial no topo do corpo). O desmonte utiliza cargas esféricas (razão 6/1 entre o comprimento do furo e seu diâmetro; com melhor aproveitamento da energia do explosivo). Como suporte podem ser empregados parafusos com resina (vide figura). Ë um método patenteado. Comparações
com o método de recalque 1 - Desde que os equipamentos tenham alta taxa de utilização e exista tempo suficiente para amortização dos equipamentos, o VAL (valor presente líquido) do fluxo de caixa do método de subníveis é maior que o de lavra por recalque. O maior gasto inicial com trabalhos de preparação do realce são largamente compensados pelo grau de eficiência da lavra. 2 ± O acesso de pessoal ao realce para perfuração: recalque ±através das subidas; subnível ± por rampa interna.
I. 3. LAVRA POR CORTE E ENCHIMENTO Definição e Generalidades A lavra por corte e enchimento (cut and fill mining ) é um método de lavra geralmente ascendente, em que o minério é completamente removido e o material de enchimento suporta as paredes e fornece piso para a lavra da próxima fatia de minério. O material de enchimento pode consistir de rocha estéril distribuída mecanicamente (a seco), mas a prática mais moderna é a utilização de enchimento hidráulico (back fill ), constituído de mistura de rejeitos de tratamento do minério, água e, às vezes, cimento, distribuído através de tubulações. Esse último é preferido, por ser de execução mais econômica, maior produção e melhor compactação. Os materiais utilizados são argila, cascalho, areias, escórias, rejeitos de usina, carvões finos, alvenaria. No caso de enchimento hidráulico, o seu transporte e colocação se fazem com água, com vantagens evidentes. A polpa é depositada em cercos previamente construídos ou em fundos de alargamentos. A água é drenada para depósitos estabelecidos e daí bombeada para o exterior. É efetuado com partículas menores que 100, 200 malha Tyler. O custo geralmente é menor que o da reconstrução das casas, numa eventual subsidência. As tabelas anexas mostram a comparação de custos da disposição superficial e subterrânea de estéreis (Peila e Pelizza, 1995). São comuns nos arranjos de lavra por enchimento as passagens de minério, de estéril e de enchimento. Aplicabilidade
Resistência do minério: média a alta (menor que para métodos sem suporte artificial), resistência das encaixantes: fraca; forma da jazida: tabular, pode ser irregular, descontínua; teor alto; mergulho: acima de 45r ou maior que o ângulo de repouso, uniformidade variável; tamanho da jazida: espessura de 2 a 30m, extensão razoavelmente grande, profundidade: variável. O método é aplicável a corpos de forte mergulho, mas adaptável a outros. O teor do minério deve compensar o custo de uma operação adicional: a colocação do enchimento. Oferece como vantagem a seletividade e permite alta mecanização. Esse método é aplicado, entre outros, na África do Sul, no Peru, na Índia, no Brasil, na Mina de Cuiabá, da AngloGold, Sabará (MG), lavra de ouro, na Mina de São Bento, da Eldorado/São Bento, Santa Bárbara (MG), lavra de ouro, na Mineração Serra Grande, Crixás (GO), da AngloGold, lavra de ouro, na Companhia Mineira de Metais, em Vazante (MG), lavra de zinco, entre outras. Foi utilizado na Mina de Morro da Fumaça, de fluorita, no Paraná. Desenvolvimento Primário ± diversas opções: poço vertical, rampa, túnel Anexos a esse texto: campo de aplicação e fluxograma na seleção do acesso principal em minas subterrâneas. Secundário - cabeceira na lapa Terciário (preparação do bloco de lavra) ± é diferenciado para corpos de mergulho suave (cerca de 45r) e para corpos mergulhantes. O caso comum é a lavra ascendente. Para corpos de mergulho suave, travessa a partir da galeria de transporte até o corpo de minério; da travessa saem passagens de minério (ore passes), de onde derivam ramificações ( finger raises). Para corpos mergulhantes, aberturas na base do bloco, subida (s) lateral (is), nichos laterais para acesso a dois alargamentos adjacentes, face livre para desmonte (slot raise). Lavra Perfuração (manual ou mecanizada, horizontal ou ascendente), detonação, segurança de teto, carregamento (opções comuns: LHD, cavo, pneumatic autoloader , rastelo) e transporte de minério (vagonetas, caminhão),
mais colocação do enchimento. Este enchimento pode ser a seco ou hidráulico (back fill), com 60 a 70% de sólidos. Este último apresenta como vantagens: menor compressibilidade, maior produtividade (menor número de trabalhadores necessário), menor custo. Os realces usualmente têm 45 a 90m de altura, 2 a 30m de largura, 60 a 600m de comprimento e a fatia lavrada de 2,4 a 3,6m. As passagens têm de 1,8 a 2,4m de dimensão característica, espaçadas de 60m (Hartman, 1987). Entre as minas lavradas pelo método de corte e enchimento, no Brasil, na Mina de Cuiabá, de ouro, da AngloGold, Sabará (MG), utilizam-se caminhões, carregadeiras LHD e esquipes para o transporte de minério fragmentado; na Mina de Morro da Usina, de zinco, da CMM, Vazante (MG), o corpo de minério tem altura média de 15m e largura de 10 a 30m, o transporte era realizado por carregadeiras LHD e caminhões que transferiam o material para as passagens, dessas para o silo da câmara de britagem e finalmente era içado por esquipes. Recentemente o método de lavra foi alterado para o VRM (V ertical Retreat Mining ), variante do alargamento em subníveis. A mina de fluorita, da Cia. Nitroquímica/Votorantim, em Morro da Fumaça (SC), utiliza passagens de minério verticais de dois estágios, com grelha de malha quadrada (Pinto, 2004), o minério era desmontado por carregadeiras elétricas ³bob-cat´ até os chutes e, depois, carregado em vagonetas; o enchimento era feito hidraulicamente; nas zonas de maior estabilidade, foi adotado o método de recalque (CBA, 1987). A Mina de São Bento, da São Bento Mineração/Eldorado, lavra de ouro, utilizou o fluxo por gravidade de material fragmentado por passagens. A Mina de Raposos, de ouro, da AngloGold, Raposos (MG), utilizava passagens no transporte vertical de minério e de material de enchimento (Mendes, 1995). Fluxo
por gravidade Em um levantamento, com informações de Germani (2002), De la Vergne (2000), Pfleider et al (1968), abrangendo 50 minas (33 minas estrangeiras e 17 minas brasileiras), 6 métodos de lavra, de 8 países, com profundidades de 540 a 1500m, compreendendo 10 tipos de minério, conclui-se que cerca de 60% das minas usam (ou usaram) passagens de minério e/ou silos de estocagem. A preocupação em relação ao fluxo de material fragmentado vem desde o início do século XX, se intensificando na década de 60. A comparação tradicional entre sistemas de transporte é realizada entre o transporte por caminhões em rampa, o transporte por vagões diretamente à superfície e o transporte por passagens combinado com esquipes (Nilsson, 2001; Pfleider et al , 1968, citados por Silva, 2005). Projetos de sistemas de transporte de material, descritos por Pfleider et al (1968, citado por Silva, 2005) mostram exemplos de sistemas de passagens em minas de diversos países. Para De la Vergne (2000 citado por Silva, 2005), as passagens de minério e de estéril fornecem um meio de baixo custo para a movimentação de minério. Just (1980 citado por Silva, 2005) pondera que os sistemas de passagens envolvem grande dispêndio de capital (custos de desenvolvimento mais de aquisição de equipamentos), o que leva à necessidade de um sistema de grande vida útil para amortização desses investimentos. Adicionando-se a natureza integrada do sistema, torna-se um sistema com pouca flexibilidade. Exceto em métodos de corte e enchimento, quando se pode utilizar a opção da construção gradual das passagens com quadros ou tubos partidos, a vida útil projetada para a passagem é geralmente igual à da mina.
Em diversos métodos de lavra subterrânea acontece o fluxo por gravidade. A maioria dos sistemas de passagens de minério está nos métodos de abatimento e na lavra de alargamento em subníveis. Também nas minas trabalhadas simultaneamente em vários níveis que têm corpos de minério inclinados. Nos corpos mais planos, são muitas vezes usados em conjunto com sistemas de transporte (Silva, 2005). Vantagens e desvantagens
Vantagens: investimento inicial moderado, boa seletividade, alta recuperação de minério (90 a 100%), baixa diluição, baixo custo de desenvolvimento, versátil e adaptável, o estéril e o rejeito podem ser distribuídos no subsolo como enchimento, bom registro de segurança; Produtividade média, de 10 a 36t/(homemxturno). Desvantagens: alto custo de lavra ± custo relativo de 60% (custo de enchimento pode chegar a 50% desse custo), produtividade média, enchimento causa descontinuidade no ciclo, alto custo de manuseio de estéril, necessidade de acesso para produção mecanizada, riscos na acomodação do enchimento. Variantes
Lavra descendente Lavra em face corrida Comentários e comparações
De Simoni (2003) comparou as alternativas de lavra por corte e enchimento e por câmaras e pilares para um corpo de minério no veio de quartzo, na Mina III, da Mineração Serra Grande, em Crixás (GO). O autor conclui que, com a mudança de método para corte e enchimento, resulta um maior valor presente, acontecem ganhos significativos de operacionalidade, de produtividade e, principalmente, de segurança.
Perfuração: frontal x ascendente (Hustrulid, 1982) Frontal ± baixa utilização de equipamento e de mão-de-obra, interdependência entre perfuração e desmonte, menor risco ao operador risco ao operador; Ascendente ±independência entre perfuração e desmonte, melhor utilização de equipamento e de mão-de-obra, maior risco ao operador risco ao operador. Oliveira e Pena (2000), relatam estudos de mudança da perfuração na Mina São Bento. A escolha recaiu sobre a lavra de perfuração longa com subníveis paralelos, com enchimento hidráulico constituído do rejeito da flotação, sem adição de cimento. Parte da produção de minério em minas subterrâneas brasileiras, já é executada abaixo do nível do poço vertical, o que implica a utilização de mais de um sistema de transferência do minério na mesma mina. Geralmente a solução para esses locais é o transporte através de caminhões em rampas e a descarga do material em um chute, juntamente com o material que vem das passagens de minério, para o carregamento dos esquipes ( skips) para içamento à superfície. Outra opção seria o aprofundamento do poço e do sistema de içamento de material (Mina de Kiruna, Suécia).
I. 4. LAVRA POR ABATIMENTO EM SUBNIVEIS (SUBLEVEL CAVING) Definição O método de abatimento em subníveis é um dos métodos de lavra subterrânea caracterizados pelo fluxo de material fragmentado de granulometria grosseira, que é o fator mais importante na aplicação do método. A lavra é descendente, com furação longa ascendente, detonação em recuo; o minério desmontado é despejado em passagens, deixando-se a capa deformar-s e abater-se (Hustrulid, 1982). O método é aplicável a corpos de grande mergulho (acima de 45o) e outros de grandes dimensões verticais. As condições superficiais devem admitir a subsidência. Para se obter maior recuperação de minério, minimizar a contaminação com estéril (a diluição pode alcançar até 40%) e as perdas de minério, é necessário determinar os parâmetros ótimos de projeto. O método tem sido utilizado em diversas minas em todo o mundo (Suécia, Austrália, Finlândia, Zaire, Rodésia, Canadá, entre outros). No Brasil é utilizado na Mina de Ipueira, da FERBASA, em Andorinhas (BA), já tendo sido utilizado na Mina de Fazenda Brasileiro, em Teofilândia (BA) e na Mina de Caraíba. Na figura é mostrado um arranjo típico da lavra por abatimento em subníveis. Aplicabilidade
Corpos de minério de forte mergulho (preferencialmente acima de 60º), com continuidade e homogeneidade da qualidade de minério, com competência suficiente para permanecer sem excessivo suporte, rocha encaixante com ³abatibilidade´ (deformável e pouco resistente, menos que para métodos com pilares naturais, maior do que para abatimento em blocos). Forma do corpo: tabular ou maciço. Dimensões: grandes, potência a partir de 6m. Teor moderado. Uniformidade moderada. Profundidade média (até 1200m). Desenvolvimento Todo na lapa, com galeria de transporte, subida para face livre, passagens, subníveis espaçados de 8 a 15m, definidos por galerias no minério (de onde já se extrai cerca de 15 a 20% do minério), podem ser abertas outras subidas conectando subníveis e níveis. Em seção vertical, as galerias de subnível são alternadas de modo que as situadas em subníveis adjacentes não estão alinhadas uma sobre outra (figura 12.7, Hartman, 1987). Para corpos de pequena espessura: arranjo longitudinal, para espessuras a partir de 30m ± arranjo transversal. Lavra Os equipamentos possíveis são os mesmos que para a lavra por subníveis (com pilares), com o maior porte possível. O desmonte se inicia com um corte vertical para face livre ( slot raise). Na primeira detonação o material cai nessa face livre, as subseqüentes caem sobre o
material fragmentado. A perfuração é realizada por jumbo tipo fandrill . A detonação utiliza ANFO ou lamas ( slurries). O desmonte secundário é feito por martelete ou fogacho. O carregamento pode utilizar LHD, carregadeira de descarga traseira, carregadeira frontal ou carregadeira de braços coletores. O transporte pode ser por LHD, caminhão, carro transportador ( shuttle car ) no subnível, fluxo por gravidade em passagens, trens no nível de transporte. O suporte necessário normalmente é atirantamento mais leve. A ventilação é outra operação auxiliar importante. Na Mina de Ipueira, da FERBASA, lavrada por abatimento em subníveis, o minério é transportado por carregadeiras tipo LHD para as passagens de minério, que têm diâmetro de 3m (Amorim, 2004). Na Mina de Fazenda Brasileiro, lavra de ouro, quando executada por abatimento em subníveis, da Mineração Fazenda Brasileiro/Yamana, utilizavam-se passagens, esquipes, LHD¶s e caminhões em rampa. Janelid e Kvapil (1966) planejaram a Mina de Kiruna, na Suécia, quando estudaram o fluxo de material com tamanho médio acima de 40 cm. Nessa mina, os subníveis estão distanciados de 7,6 a 12,2m, com 60m de internível; as passagens estão espaçadas de 25m, têm 3m de diâmetro, 300m de comprimento, inclinação de 69º em relação à horizontal (Zablocki, 1997; www.mining-technology.com). Nessa mina, lavra de minério-de-ferro, utilizam-se carregadeiras LHD de controle remoto, caminhões de 22t, passagens de minério e trens (vagões de 35 a 40t) para o transporte de material fragmentado de 10 a 14´. As passagens têm diâmetro de 3m, inclinação de 60º, sendo escavadas em duas etapas de 120m cada. As passagens têm porta de fechamento na descarga, controladas a distância. Uma vez que se tenha a quantidade de material para realizar o carregamento de uma composição de vagões (500t), a descarga é acionada (Quinteiro, 2003; Gonçalves, 2000). Fluxo por gravidade Apesar das diferenças entre o fluxo em silos e em escavações, a teoria e os princípios de fluxo em um silo podem ser usados para descrever o fluxo por gravidade de material em uma lavra com abatimento em subníveis. Ele é comparado ao fluxo de material granular em um silo em que a saída de descarga é na lateral, porque no abatimento o fluxo é cortado pela fatia de minério não desmontada. O fluxo por gravidade nos métodos de lavra por abatimento difere do fluxo em silos, descrito no item 3.3.3, nos seguintes aspectos (Trotter e Goddard, 1981): as razões da largura do fluxo pela altura do fluxo são menores que as usuais em silos y tipo bunkers; existe uma maior variação na densidade do material fragmentado, pois acontece o fluxo y de minério e o fluxo de estéril, enquanto no silo usualmente acontece o fluxo de um só material; acontecem maiores pressões do material sobrejacente porque os bunkers não são tão y altos, ocasionando menor altura de material; a presença de uma face sólida em um lado, que é o leque ainda não desmontado, y enquanto o material no silo é cercado por quatro paredes sólidas. Dentre os diversos parâmetros das passagens, a inclinação, o comprimento, a forma, a dimensão da seção e a orientação da passagem com relação às tensões in situ são fatores importantes. Diversos autores, relatam a respeito de relações dimensionais entre a dimensão característica da seção da passagem de minério (D) e a dimensão máxima do material (d). Uma pesquisa na literatura indica que o domínio de fluxo livre é geralmente limitado pela linha que representa uma dimensão da escavação (D) da ordem de 4 a 6 vezes o tamanho máximo de partícula em fluxo (d). Diversos trabalhos, citados por Beus et alii (2001), definiram a razão D/d mínima para o fluxo livre: 3 (Peele, 1947); 4,2 (Aytaman, 1960); 4 a 6 (Zenz e Othmer, 1960); 5 (Jenike, 1961); 3,6 a 4,5 (Kvapil, 1965); 4 a 6 (Li et alii, 1980).
A zona de fluxo provável ocorre para escavações de tamanho entre 2 e 4 vezes o tamanho máximo do maior bloco. Nessa zona tanto o fluxo quanto o bloqueio podem ocorrer. Nenhum fluxo irá ocorrer para escavações menores que cerca de 2 vezes o tamanho das partículas. Essa é a razão fundamental para a existência de uma grelha (ou peneira) e rompedor (ou britador) na alimentação da passagem de minério para limitar o tamanho das partículas que entram na passagem. É um método prático de assegurar a relação D/d. Devem ainda ser retirados elementos estranhos ao fluxo, como madeira, tela e ancoragens (Beus et alii, 2001). A ausência de medidas para prevenir a ocorrência de bloqueios pode aumentar sua freqüência, aumentar os custos operacionais e dificultar a própria eliminação do bloqueio. Kvapil (1965) destaca que até 40o de inclinação, os materiais fragmentados são transportados por sistemas usuais de transporte por caminhões, carregadeiras, composições de vagões e correias transportadoras. A partir de 40º ocorre o fluxo por gravidade em escavações e através de esquipes. Observa-se que Kvapil (1965) denomina de chute a passagem de minério que apresenta dispositivo de controle do fluxo, enquanto outros autores reservam a denominação de chute especificamente para o dispositivo de controle de descarga. Deve-se enfatizar que nem todo material grosseiro é adequado para o transporte por passagens de minério com chutes. Conforme Kvapil (1965), o material adequado à passagem com chute é caracterizado por ser composto de fragmentos menores que 8´ (20cm) e pela ausência de finos e de constituintes terrosos, de modo que não possa ocorrer a aglomeração. A condição é a inclinação da passagem maior que o ângulo de atrito do material. Se essa condição é satisfeita, a passagem pode permanecer sem revestimento. A inclinação mais adequada da passagem deve ser estabelecida por testes práticos. O método usual de destruir um bloqueio é inserir explosivo na passagem através de um furo, realizado com essa finalidade, acima do portão. Então, com o portão fechado, o explosivo é iniciado e o bloqueio é destruído. Se existe o acesso, isso pode facilitar o dimensionamento da carga explosiva utilizada na remoção. Outras ações corretivas do fluxo por gravidade na mineração subterrânea são a injeção de ar sob pressão ou de água em chutes e passagens, a alteração da abertura de grelhas ou até a mudança do sistema de manuseio dos materiais. As operações de desbloqueio de passagens são potencialmente as mais arriscadas em minas subterrâneas. Anexo diagrama de fatores para a ruptura em passagens de minério (Silva, 2005). Vantagens
e desvantagens Vantagens: permite completa mecanização, alta produtividade, de 20 a 50t/(homem x turno), melhores índices de segurança e de saúde, alta recuperação (80 a 90%), independência das operações, custo relativo de 50% (Hartman, 1987); Desvantagens: sistemático, diluição inevitável (10 a 35%), perdas de minério entre a detonação de um leque e outro (10 a 20%), subsidência, controle de fluxo de material é crítico, tem de se prover acesso para equipamento. Variante
Abatimento por tiras (top slicing )
I.5 LAVRA POR ABATIMENTO CONTROLADO DO TETO(BLOCKCAVING) 1.
Definição
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.
2.
Aplicabilidade
O método de abatimento em blocos constitui-se em um método aplicável a corpos de minério maciços de grande dimensão vertical, de grande mergulho, de grande espessura (de 30 a 200m); baixo valor unitário (exemplo cobre e molibdênio), com características de abatibilidade (pouco resistentes); que não devem aglomerar-se ou oxidar-se. Rocha encaixante similar ao minério, contato distinto. Depósito maciço ou tabular, mergulho acima de 60º, ou quase plano, se espesso, grande área, profundidade de 600 a 1200m. O método exige um grande tempo de desenvolvimento para a lavra dos blocos, que têm cerca de 1000m2. A necessidade de perfuração e detonação é mínima. Os blocos de minério são solapados e sofrem abatimento controlado (vide figura de Novitzky, 1975). Aplicado em minas nos EUA, Canadá, Chile, Indonésia, Filipinas, África do Sul, entre outros (De la Vergne, 2000). Determinar a abatibilidade do minério é a principal tarefa. Vários índices geomecânicos foram propostos: números empíricos, baseados na experiência, RQD, o desmonte secundário (a quantidade de explosivos consumida é uma medida inversa do grau de fragmentação obtido no abatimento). Uma regra prática é que para um corpo de minério ser abatível 50% dos fragmentos devem ter 1,5m de dimensão máxima. Também estão disponíveis ensaios e modelos matemáticos. Desenvolvimento Primário: geralmente poço vertical, Secundário: cabeceira de transporte, travessas de carregamento e galeria de solapamento (undercut ) em cada bloco, Terciário: passagem e ramificações acima de uma galeria de subnível com grelha. Algumas ramificações servem para passagem de pessoal Lavra Desmonte pelo peso próprio do minério, tentando-se minimizar a perfuração e detonação. O bloco é solapado e deixado sob a ação das forças gravitacionais para que se frature em tamanho apropriado para a extração por chutes. Às vezes necessário suporte mais robusto com concreto projetado, ancoragens com parafusos ou cabos, arcos, telas nas galerias de transporte. Detonação com ANFO ou lamas. Desmonte secundário com marteletes ou fogacho. Carregamento com fluxo por gravidade e chutes, carregadeira LHD, descarga traseira ou frontal, rastelo. O transporte pode ser com ou sem trilhos (LHD, caminhão, correia, rastelo). O desmonte secundário é muitas vezes necessário. A ventilação é outra operação auxiliar importante. O gargalho está no trabalho no nível com grelha. O espaçamento deficiente ou excessivo dos pontos de carregamento produz zonas de fluxo de material que podem produzir controle insatisfatório de tamanho e criar problemas de forças sobre o pilar de soleira. Na prática, esse espaçamento varia de 4,5 a 12m. Estudo de caso: Mina Urad, molibdênio, USA ± arco de material fragmentado formado, de área de 90m x 135m, rompeu-se após nove meses, causando dano extenso (Hartman, 1987). Sistema de fluxo Três versões são possíveis no realce, em função da granulometria do material fragmentado: para material bem fragmentado, de fluxo livre, a utilização da força da gravidade e ramificações das passagens ( fingers) para transferência do material, com controle da granulometria no subnível de grelha; para material com menor grau de fragmentação, a utilização de rastelo ( scraper ) para levar o material aos pontos de carregamento na galeria de transporte; para material mais grosseiro, a utilização de LHD, carregadeira de descarga traseira etc para conduzir o material aos transportadores. Variantes P anel caving, mass caving. Quando o minério é maciço, rocha (encaixante) competente ou as descontinuidades são muito espaçadas, a escolha recai usualmente no abatimento em massas. Forma e dimensões da área abatida (Hartman, 1987) ± quando se abatem blocos, as áreas solapadas são áreas retangulares ou quadradas, usualmente lavradas em ordem diagonal ou
alternada, mantendo-se um plano aproximadamente horizontal de contato entre o minério e a capa abatida; no abatimento em painéis, o minério é lavrado em tiras contínuas, em recuo, o plano de contato minério-capa é inclinado; no abatimento em massas, prismas irregulares são extraídos de dimensões de acordo com as propriedades de abatimento e com as tensões sobre as escavações, o plano de contato é inclinado (fig. 12.12 Hartman). Vantagens e desvantagens Vantagens ± alta produtividade, de 15 a 50t/(homemxturno), baixo custo de lavra (pode alcançar custo relativo de 20%, dos menores em subsolo, custo de perfuração e detonação só com secundária), diluição de 10 a 20%, recuperação pode alcançar 100%, operações padronizadas, bons índices de saúde e segurança; Desvantagens ± subsidência pode ocorrer em grande escala, controle de fluxo é crítico, grande tempo e custo de desenvolvimento, método rígido, inflexível, riscos de bloqueios de material nas passagens. Comentários
Comparação furação em leque x furação paralela ± essa última reduz o volume de desenvolvimento que necessita de pessoal e o número de transferências de equipamentos. Pilares deixados na capa e na lapa são lavrados por outros métodos. As pesquisas utilizando modelos físicos e ensaios em escala real têm proporcionado aos métodos de abatimento alto padrão técnico. II. Métodos aplicáveis a corpos de forte mergulho R ealces (ou alargamentos abertos) É uma designação geral para métodos de lavra naturalmente suportados, aplicáveis a corpos de mergulho intermediário a acentuado (acima de 40, 45º, preferencialmente 60 a 90º), nos quais os realces, entre níveis horizontais de transporte, são deixados internamente sem suporte e o fluxo do minério desmontado se dá, no interior dos mesmos, basicamente por gravidade. O desenvolvimento básico se constitui de galerias de transporte nos níveis principais, subidas entre níveis definindo blocos e algum sistema de extração na base do realce. As operações de lavra podem ser ascendentes (overhand stoping ), frontais (breast stoping ) ou descendentes (underhand stoping ). As versões principais em uso atualmente são a lavra por subníveis ( sublevel stoping ) e a lavra por recalque ( shrinkage stoping ) ou variante destas (VCR ± vertical crater retreating ).
