5ª Jornada Ibero-americana da Rede Meio Ambiente Subterrâneo e Sustentabilidade CONJUGAÇÃO DE SUPORTES PARA A ESTABILIDADE GEOMECÂNICA DE ESCAVAÇÕES SUBTERRÂNEAS.

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1 5ª Jornada Ibero-americana da Rede Meio Ambiente Subterrâneo e Sustentabilidade
CONJUGAÇÃO DE SUPORTES PARA A ESTABILIDADE GEOMECÂNICA DE ESCAVAÇÕES SUBTERRÂNEAS E ECONOMICIDADE DE EMPREENDIMENTOS MINEIROS JOSÉ MARGARIDA DA SILVA ADILSON CURI Escola de Minas/Universidade Federal de Ouro Preto/ Brasil

2 Apresentação Este trabalho mostra:
situações de conjugação de pilares e enchimento em minas subterrâneas, mais notadamente em minas de ouro de Minas Gerais, Brasil; tipos de enchimento utilizados e conseqüências das alterações realizadas nas minas estudadas.

3 Introdução Fatores para suporte de escavações:
controle de grandes deformações resultantes das tensões induzidas pelo progresso da extração em subsolo. variabilidade geológica, qualidade do maciço rochoso, método de escavação, geometria e orientação da escavação, presença de escavações adjacentes, práticas operacionais, efeitos termal, de umidade, químico e biológico.

4 Introdução Diversidade de suportes se justifica na lavra subterrânea por: operações e equipamentos dependem da inclinação dos corpos de minério e da resistência dos materiais. diferentes funções das escavações realizadas, diferentes tempos de utilização das escavações, mudança do corpo de minério e de condição da rocha encaixante. É comum a alteração do suporte utilizado com o tempo, em função ainda de: evolução tecnológica dos suportes, maior conhecimento do comportamento do maciço rochoso.

5 Suportes Associações de suportes:
Necessidade de adaptação da extração para corpos de minério de mergulho intermediário. Necessidade de utilização do rastelamento (quando não é possível o fluxo por gravidade, nem o equipamento sobre rodas alcançar a pilha de material). Influência na estabilidade das escavações, na recuperação de minério, na operação e, portanto, na economicidade de empreendimentos. Cada suporte tem vantagens e desvantagens relativas, características e condicionantes de aplicação a ser analisadas. Pilares geralmente representam baixas recuperações na lavra. Cabos têm versatilidade na aplicação. Enchimentos acrescentam custos, mas aumentam a recuperação.

6 Enchimento Características necessárias em termos de comportamento estrutural: compressibilidade, permeabilidade, resistência. Condições favoráveis à aplicação: razoável fraturamento da rocha na frente de desmonte, rocha do teto deformável, enchimento pouco compressível e bem aplicado.

7 Enchimento com pilares
Lavra com pilares e enchimento posterior (post room and pillar) se aplica a corpos inclinados de 20 a 55o, com grande dimensão vertical, onde o espaço lavrado é preenchido. Enchimento guarda a estabilidade de pilares e serve de plataforma para lavra da próxima fatia (lavra ascendente). Mecânica pela qual enchimento auxilia pilares é pouco estudada de forma a explorar possibilidade de redução ou substituição de pilares. Aumento das pressões laterais diminuem o deslocamento nesta direção. Enquanto lavra por corte e enchimento segue sob pilar (lavra descendente), um vazio é criado através do qual o enchimento tende a se mover, se estiver inconsolidado, com transferência lateral das tensões verticais (Pakalnis et al., 2005; Zingano et al., 2010). No caso de não atingir o teto, material estocado não reduzirá carga sobre pilares (Singhal e Sehgal, sd).

8 Enchimento x Atirantamento
Em ambientes geológicos específicos, extração total de camada de minério ou carvão não é possível: espessura extraordinária da camada, presença de estruturas superficiais e corpos de água, condições que prevalecem em camadas superiores. Enchimentos são mais efetivos para grandes áreas em substituição a pilares do que ancoragens. Geralmente não requerem cimento quando for piso de trabalho. Em termos de projeto, objetiva-se preencher vazios, mas também a exposição do minério pela lavra de pilares. Fosminas (2010)

9 Limitações e testes Enchimentos em pasta não são colocados em painéis secundários e terciários, em que é necessária coesão suficiente para prevenir liquefação, se colocado sob carga dinâmica (próximo a desmonte ou regiões sujeitas a rock burst ou rockfall). Minas apontam tempo a partir de 12h de drenagem da água em excesso para reinício do ciclo de produção. O enchimento com alta resistênciasolidifica em menos tempo. Testes têm sido realizados com enchimentos com aglomerantes que aumentam sua resistência, mas representam de 10 a 15% do custo.

10 Exemplo Mina Otijhase (cobre, Namíbia) produz 35.000 t de minério/mês,
corpo de minério dividido em cinco compartimentos separados por falhas. mergulho 16o e caimento (plunge) 16o. Heterogênea, zona mineralizada apresenta desafios: minério estreito e em forma de veios dificultam suporte de rocha, reduzindo estabilidade. Entre conjunto de painéis, é deixado pilar de 10 m; pilares aproximadamente paralelos , recuperação de 55% do corpo. Introdução do enchimento - bombeado para subsolo por dois poços e deixado cair por gravidade por mais 2 km para o compartimento. Após remoção de pilares, extração final é entre 75% e 85%. Complementação com chumbadores Swellex e atirantamento a cabo.

11 Enchimento em minas de ouro
AngloGold Mina Cuiabá (prevê em expansão alternância de corte e enchimento e câmaras e pilares. Conjugação de pilares e enchimento em ação na Mina Lamego.  Reabertura da Mina de Raposos prevê utilização de variações de métodos de enchimento: drift and fill, em corpos mais planos; sublevel bench and fill, em corpos mais inclinados). Mina Santa Isabel (Jaguar Mining) enchimento hidráulico (backfill), com rejeito da usina, levado até frentes por mangotes de borracha; contenção com cerca de tábuas, drenos horizontais e verticais, usando-se membranas; alternância com rockfill (80 cm a 1 m espessura) para acelerar retomada dos trabalhos; contenção prévia de teto é feita com cabos de ancoragem de 4 a 12 m de comprimento, injeção de argamassa nos furos (cable bolt), que sustentam a rocha encaixante e contribuem para minimizar a diluição.

12 Minas de carvão Sul do Brasil: minas proibidas da lavra em recuo com extração integral dos pilares, estudam alternativas de suporte, entre elas introdução do enchimento. Zingano et al. (2010) estudaram o comportamento de pilares de carvão com enchimento seco (rockfill). Realizaram ensaios e modelo constitutivo para cada tipo de material, simulações numéricas. Consequências: melhoria da estabilidade, principalmente para maciço classificado como fraco; Aumento da recuperação de minério; Diminuição da quantidade de estéril em pilhas superficiais. Estudo abrangeu três minas, também com enchimento hidráulico em polpa, com e sem cimento sobre o rockfill, ciclonado, bombeado, com 80-90% de sólidos.

13 Minas de carvão A experiência do backfill em lavra de carvão no Brasil é pequena. O sucesso da contenção e estabilização de pilares por meio do enchimento de galerias levou as empresas, juntamente com o SIECESC e a UFRGS, a estudar os diferentes tipos de backfill. Conclusões O confinamento do pilar será ativado somente quando compactado pelo maciço ao redor da galeria. Representa uma ótima oportunidade para pensar em recuperação parcial de pilares em recuo para aumentar a recuperação da lavra sem causar subsidência na superfície. A compactação depende da pressão aplicada sobre o material de enchimento. A deformação dos pilares e subsidência dependerão da quantidade de enchimento da galeria e da razão de compactação.

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16 Conclusões Para depósitos de alto teor em profundidade ou em condições do teto ruins, são inaceitáveis maiores perdas de minério e, neste caso, deve ser considerada opção do backfill. Mais notadamente a associação pilar-enchimento é utilizada em minas de ouro do Brasil, com alguns tipos de enchimento utilizados. Esse uso tem conseqüências na recuperação, diluição de minério e alterações realizadas nas minas citadas. Necessidade de continuação dos estudos, como caracterização geomecânica de materiais, visando se apropriar das vantagens de segurança, operacionais, ambientais e econômicas e diminuir dificuldades ainda existentes.

17 Referências Bibliográficas
Engineering and Mining Journal, june/2008. Engineering and Mining Journal, october/2008. Fosminas (2010). Comunicação em visita da UFOP à Fosminas, Nova Lima, 05/11/2010. Hartman, H. L.; Mutmansky, J. M. Introductory Mining Engineering. John Wiley and Sons, New York, 2002. Hustrulid, W.; Bullock, R.L. Underground Mining Methods Seixas, J. C. Expansão Mina Cuiabá. Congresso Brasileiro de Mineração Disponível em acesso em 02/12/2011. Silveira, T. Segurança das Minas - Técnicas de Sustentação de Escavações Subterrâneas, 1º. Fascículo, Universidade Federal de Ouro Preto Zingano et al. Modelamento numérico do confinamento em enchimento em minas de carvão. 3º. Simpósio Brasileiro do Carvão Mineral