Sublevel Stoping. Método de lavra: Sublevel Stoping (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)

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1 Método de lavra: Sublevel Stoping (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)

2 Sublevel Stoping

3 Sublevel Stoping Considerações sobre o método:
-o sublevel stoping é considerado um método de extração de média a larga escala; -outras denominações para o método (variações): bighole open stoping, long-hole ou blasthole stoping.

4 Sublevel Stoping Condições do depósito para aplicação:
-resistência do minério: moderada a alta; -resistência da encaixante: moderada a alta; -forma: tabular ou lenticular, espesso (6 – 30m) e extenso longitudinalmente; -mergulho: > 45o, preferivelmente 60o – 90o; -boa uniformidade de teores e espessuras de minério; -profundidade do depósito: moderada, preferivelmente < 1,2km.

5 Sublevel Stoping

6 Sublevel Stoping Duas versões são comuns para o método:
-usando furação em leque (ring-drilling version) na produção, com furos de pequeno diâmetro (2-3”). Aqui, apenas o drift do subnível precisa ser aberto durante os trabalhos no stope; -usando furação paralela (parallel drilling) na produção, com furos de grande diâmetro (até 7,5”) e maior comprimento. Deve-se abrir um slot horizontal para o posicionamento da perfuratriz. Isto é feito alargando o drift do subnível em toda a largura do stope.

7 Furação em leque

8 Furação Paralela (multilevel blasthole stoping)
Figura 2

9 Painel alto: Bighole open stoping

10 Animação de atividades de desenvolvimento e produção no Sublevel Stoping: \vídeos\sls.exe

11 Características do Método Sublevel Stoping
Vantagens - Moderada a alta produtividade por homem-turno - Moderado custo de lavra (relat. = 0.4) - Moderada a alta taxa de produção - Apropriado à mecanização - Baixa exposição a condições inseguras - Possibilidade de operações unitárias simultâneas - Razoável recuperação (75%); diluição moderada (até 20%).

12 Características do Método Sublevel Stoping
Desvantagens Desenvolvimento lento e complexo e com alto custo (porém parte é feito em minério) Método não seletivo Furação de produção longa requer alinhamento cuidadoso (pequeno desvio nos furos) Grandes desmontes que podem causar vibrações excessivas, deslocamentos de ar e danos estruturais.

13 Sublevel Stoping Considerações
 o principal critério para aplicação do método é haver minério e encaixante competentes, limites regulares para o minério e inclinação do footwall que exceda o ângulo de repouso do minério fragmentado (>50o, em geral).

14 -drill, blast e loading são feitas independentemente;
Sublevel Stoping -drill, blast e loading são feitas independentemente; -grande parte do minério é removido do stope à medida que este vai sendo detonado, deixando o stope aberto. -a recuperação pode chegar a 100% se os pilares puderem ser recuperados;

15 O método Sublevel pode operar com (fig
O método Sublevel pode operar com (fig. abaixo) ou sem recuperação de pilares.

16 rampas e shafts no footwall,
Sublevel Stoping -desenvolvimento: rampas e shafts no footwall, vias de transporte de minério na base do stope, em minério ou estéril; raises ascendentes são abertos para conexão com o nível superior e permitir ventilação;

17 Sublevel Stoping -opções de desenvolvimento: overhand ... underhand ...

18 Sublevel Stoping sublevel overhand

19 Sublevel Stoping underhand

20 Sublevel Stoping underhand

21 Sublevel Stoping Slot: é um espaço destinado à expansão da rocha por onde começa a extração no stope do sublevel convencional. O slot vai do nível de extração ao teto do stope. É aberto a partir de um slot raise, podendo ser executado de várias maneiras (raising convencional, raise boring,...).

22 Slot inicial   

23 Sequência de desenvolvimento no stope slot raise

24 Desenvolvimento do slot…
Stope em produção…

25 Configuração dos stopes
A geometria dos stopes e pilares deve adequar-se à distribuição espacial de minério. A posição e forma dos pilares será determinada por dados geotécnicos e modelos de mecânica de rochas para o maciço. A altura do stope normalmente não excede 150 metros. Preenchimento posterior (backfill) dos stopes pode ser feito para melhorar suporte das paredes e recuperação dos pilares. Cablebolts também são usados.

26 Configuração dos stopes
Inclinações intermediárias do stope podem provocar problema de estabilidade no hangingwall e diluição.

27 Configuração dos stopes
A definição do volume total e forma dos stopes é de grande importância para o método SLOS. Stopes maiores em geral apresentam maior produtividade, porém com maior risco de instabilidade e com acréscimo de diluição. Uma das opções mais usadas para dimensionamento de stopes é a abordagem empírica denominada “stability graph method”. Neste método, a estabilidade de um stope aberto é expressa em função de dois parâmetros: Raio Hidráulico (RH) e número de estabilidade N’, ambos relacionados com o teto ou parede lateral da escavação. Referências para o “stability graph method”: The stability graph method for open-stope design; Underground Min. Methods: Eng. Fundamentals and International Case Studies, 2001, W.A.Hustrulid & R.Bullock; Chapter 60, p

28 Configuração dos stopes...
O Raio Hidráulico de uma face ou parede lateral do stope é igual a área superficial da face dividida pelo seu perímetro. RH = Área / Perímetro O número de estabilidade N’ é obtido a partir de:  Q é o índice de classificação geomecânica do NGI (Instituto Geotécnico da Noruega).

29 Configuração dos stopes...
Gráfico de estabilidade: os valores calculados para RH e N’ definem se uma face específica será estável, instável ou sofrerá abatimento (caving).

30 Configuração dos stopes...
Parâmetros de ajuste A, B e C:

31 Configuração dos stopes...
Exemplo de uso de método: Considere uma situação onde stopes são escavados em rocha competente (RQD=60), com quatro conjuntos dominantes de juntas (Jn=15), os quais são planares e sem alteração (Ja=1.0; Jr=1.0). O minério apresenta resistência à compressão uniaxial de 120 MPa, enquanto que o máximo stress é 24 MPa (determinado por modelos numéricos). A face crítica a ser analisada é apresentada no próximo slide. O conjunto de juntas crítico forma um ângulo de 85o com a face do stope, que possui dimensões de 15m x 38m . Parâmetros de ajuste: Fator A = 0.45; Fator B = 0.85; Fator C = 7.0.

32 Configuração dos stopes...
O ponto (N’, HR) no gráfico de estabilidade apresenta-se no limite entre as zonas estável e instável, o que indica que o raio hidráulico 5.5 representa a máxima dimensão prudente a ser aplicada ao stope.

33 Configuração dos stopes...
O ponto (N’=10.7; HR=5.5) no gráfico de estabilidade

34 Configuração dos stopes
Se o stope apresenta uma configuração que indica grande possibilidade de abatimento, existem alternativas de projeto para torná-lo mais estável. Exemplo: diminuir seu volume ou deixar pilares no interior do stope ...

35 Configuração dos stopes
Outra alternativa para melhorar a estabilidade: reforçar a(s) face(s) do stope com cablebolts ... Os stopes podem também receber enchimento (backfill) após a extração do minério.

36 Enchimento dos stopes* ...
Serve para alívio e redistribuição de tensões no maciço. Ao serem deixados vazios, os stopes podem iniciar um processo de caving, que quando iniciado é dificil de parar e muito da infra-estrutura de mina e reservas podem ser perdidas. Os enchimentos comuns são CHF (cemented hydraulic fill) e Paste Fill. Uma vantagem do paste fill é que há pouca água para drenar, comparando com CHF. *Sloane, L., Sublevel open stoping: design of the O640, L651 and N659 sublevel open stopes in the 3000 orebody of the Mount Isa copper mines, Queensland, Australia. Department of Mining, University of Pretoria.

37 Enchimento dos stopes ... Uma vez que o stope está vazio, ele é bloqueado na parte inferior, com a construção de barricadas (bulkheads) . É também equipado com drenos que conectam-se com a parte interna do stope e permitem a drenagem da água. O enchimento do stope em curto período de tempo produz grandes pressões nos bulkheads, que podem romper-se, com risco para instalações e pessoal. Paste fill é mais seguro pois em caso de ruptura de bulkheads o material espalha-se por menores distâncias, devido à menor quantia de água na composição.

38 Configuração dos stopes
Para verificar as diferenças entre volume do stope projetado/realizado e estimar a diluição envolvida no processo, existem hoje os dispositivos CMS (Caving Monitoring System) . São dispositivos laser que fazem uma varredura do vazio interno do stope. Uma definição para diluição: Diluição = (ton estéril produzido) / (ton de minério planejado)

39 Configuração dos stopes
O número de stopes, dimensões e seqüência de mineração devem relacionar-se à produção diária programada de tal modo que bastem 60% a 80% dos stopes desenvolvidos para cumprí-la. Os stopes restantes devem estar disponíveis para produção se algum dos stopes planejados estiver fora de ação. Stopes extras também proporcionam flexibilidade para manter relativamente constante o teor de alimentação da planta. Vista interna de um stope já lavrado 

40 Drawpoints Extraído de:
Wise,J.J., 1982, “Loading and hauling equipment for use in caving and sublevel stoping”. Design and operation of caving and sublevel stoping mines. p Drawpoints são elementos básicos de desenvolvimento usados nos métodos sublevel stoping, sublevel caving, block caving, shrinkage, VCR e outros. Podem estar posicionados: -nos subníveis de produção, quando usa-se sublevel caving; -na base do nível ou do corpo de minério, quando usa-se block caving, sublevel stoping e VCR.

41 Drawpoints

42 Sublevel Stoping Equipamentos predominantes para carga e transporte usados em drawpoints até a década de 50: -scrapers/slushers -overshot loaders -transporte sobre trilhos. Características destes equipamentos: -mudança demorada de um local de operação para outro, podendo levar à baixa utilização; -equipamentos desenhados para operar em planos horizontais, que devem ser interligados por raises. Raises são caros e inadequados para mover equipamentos de grande porte.

43 Sublevel Stoping Após a década de 50: -rampas de acesso entre níveis, com uso de equipamentos sobre pneus (LHD’s) e de maior produtividade, para carga/transporte de minérios, pessoal e materiais. -furação longa e de grande diâmetro, ocasionando a mecanização do desenvolvimento de estruturas do drawpoint. Conseqüências do uso de equipamentos sobre pneus: -necessidade de galerias com maior seção, pois os equipamentos são maiores; -desenvolvimento de rampas em espiral onde o declive deve ser escolhido criteriosamente; -manutenção de rodovias, drenagem, melhor ventilação e manutenção mecânica mais técnica.

44 Sublevel Stoping As LHD’s: -permitiram o desenvolvimento de rampas de acesso mais inclinadas (menores custos de desenvolvimento) e proporcionaram melhor utilização dos equipamentos; -usadas junto com perfuratrizes sobre pneus, simplificam o desenvolvimento dos drawpoints, reduzindo o tempo de execução (ver figs. próximo slide).

45 Sublevel Stoping Fatores básicos para o sistema sobre pneus: -drawpoint drifts com largura suficiente para LHD’s; -ventilação adequada para diesel; -grande intervalo entre drawpoints; -sistema de transporte longo em cotas variadas, ou orepass levando ao sistema de transporte longo em cotas inferiores; -vários locais de trabalho distantes (para máquinas diesel).

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47 Método de lavra: Shrinkage stoping (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)

48 Shrinkage stoping Método de configuração em stopes no qual o minério é removido em fatias horizontais, de baixo para cima. Parte do minério detonado é deixado acumulado até o stope ser completamente minerado. O minério fragmentado é então totalmente removido.

49 Shrinkage 

50 Shrinkage

51 Shrinkage

52 Método de lavra ascendente
O minério desmontado é usado temporariamente como enchimento para sustentação das paredes do stope e plataforma de trabalho para os mineiros. Em geral a perfuração é feita sobre o minério desmontado utilizando perfuratrizes manuais (jacklegs). O minério desmontado permanece dentro do bloco até que este atinja seu limite superior. Por causa do empolamento, 30 a 40% deve ser retirado pelos chutes ou drawpoints para criar espaço para o próximo desmonte. O espaço entre o minério desmontado e o teto a desmontar é de 1,8m a 2,2 m.

53 O Shrikage em geral é utilizado em corpos verticais ou subverticais com espessura entre 2 e 20 m. Nos corpos de maior potência, os blocos podem ser dispostos transversalmente. As entradas para os mineiros são feitas a partir de chaminés laterais ao bloco. Dependendo das qualidades mecânicas da rocha, a distância entre níveis varia de 30 a 90 m e entre pilares laterais m. Os drawpoints são dispostos a cada 7-10 m.

54 Vantagens: Desvantagens: - Permite lavrar corpos estreitos.
Baixo custo de desenvolvimento Equipamentos simples para perfuração e carregamento. Desvantagens: - O minério desmontado permanece como material de enchimento. O controle do teor do minério pode ser difícil. Não é um método de alta produção. Problemas de segurança de pessoal que trabalha dentro do stope.

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56 Método de lavra: Vertical Crater Retreat (VCR) (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)

57 VCR - Vertical Crater Retreat

58 Introdução Vertical Crater Retreat (VCR) ou Vertical Retreat Stoping utiliza furação paralela, vertical, descendente e cargas esféricas concentradas para fragmentar o minério (desmonte por crateramento); O avanço do desmonte no stope é de baixo para cima; O minério é recuperado na parte inferior do bloco; Parte do minério detonado permanece no stope servindo como suporte.

59 Aplicação Em corpos de mergulho acentuado (condições iguais às consideradas para o método Sublevel Stoping). Exige menos estabilidade da rocha encaixante; Stopes podem receber backfill após a extração do minério.

60 Seqüência de desenvolvimento dos stopes...
Galerias de transporte são escavadas ao longo do corpo de minério, no nível dos drawpoints; Arranjo de drawpoints é criado na porção inferior do stope; Stope é realçado (undercut); Acesso superior (overcut) é escavado para permitir furação e carregamento de explosivos. Ver ilustrações no arquivo ... \complementos\vcr\grandtargetmine.ppt

61 Produção Furação a partir do nível superior.
A detonação desmonta fatias ascendentes a partir do fundo do bloco. É retirado minério suficiente para abrir espaço para o próximo desmonte.

62 Produção Geometria da carga de explosivos: L:D ≤ 6:1 (comprimento:diâmetro) A furação é de grande diâmetro (DTH ou tophammer – 100 a 165mm) e preferencialmente vertical;

63 Produção O método possibilita redução no desenvolvimento em relação ao SLS - não precisa fazer o slot inicial do stope -furação mais longa A razão de carga e a fragmentação do minério são maiores que no blasthole stoping

64 Vantagens Altas taxas de produção; boa recuperação.
Apropriado à mecanização. Método seguro com boa ventilação.

65 Desvantagens Requer extensa preparação e desenvolvimento.
Perfuração complexa e onerosa. Minério retido no bloco até o desmonte final. Nas detonações de produção há risco de danos às paredes dos stopes.

66 VCR

67 A técnica de crateramento vertical (VCR) pode ser usada para:
Criar slot inicial no SLS; Confeccionar raises; Recuperar pilares.

68 VCR - How It Works Uses cratering theory Loaded from top of hole
Developed by Livingston 1962 Charges 1 to 6 x hole diameter Placed at optimum distance from surface Loaded from top of hole Gravity moves rock down Away from hole Providing a new face

69 VCR … Holes drilled form development heading(s) down to development
Large diameter Accurate Blasting progresses upwards in layers

70 How Cratering Works N = E W1/3 Where:
N is the critical distance (maximum for cratering); E is a constant for a given explosive-rock combination; W is the weight of the explosive charge.

71 Best Efficiency at 0.58 N.

72 Loading Lower plug and tie off Drop rock to seal plug Sand stemming
Load explosive Sand stemming above Drops out of hole after blast Alternate use water above

73 Luosavaara Mine Example
165 mm Holes 100 m depth max deviation 1m. ANFO 3.3 x 4 m staggered pattern Max size required 0.75 m ; K cm

74 Luossavaara Tests

75 Continuação...

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