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PRINCÍPIOS E COMPORTAMENTO DO ENCHIMENTO EM REALCES VERTICALIZADOS Rede Ibero-americana Meio Ambiente Subterrâneo e Sustentabilidade MASyS, 2010 - 2013.

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1 PRINCÍPIOS E COMPORTAMENTO DO ENCHIMENTO EM REALCES VERTICALIZADOS Rede Ibero-americana Meio Ambiente Subterrâneo e Sustentabilidade MASyS, Argentina, Bolívia, Brasil, Chile, Cuba, Equador, Espanha, México, Perú, Portugal y Venezuela FELIPE DE BRITO PEREIRA Engenheiro de Minas - Geotécnico, AngloGold Ashanti – Mina Cuiabá. Dr. RODRIGO PELUCI DE FIGUEIREDO Professor Associado, Depto. De Eng. De Minas – Universidade Federal de Ouro Preto.

2 Objetivo O presente trabalho visa: Estudar as características dos diversos tipos de enchimento utilizados em minas subterrâneas, por meio de uma revisão bibliográfica do assunto. Estudar diversos modelos analíticos para o comportamento do enchimento hidráulico. Elaboração de modelo numérico para comparação com modelos analíticos. Verificar a eficiência do enchimento em escavações subterrâneas e a interação com a rocha encaixante.

3 Introdução Produção Mineral de minas à ceu aberto (verde) e subterrâneas (vermelho). (Atlas Copco, 2008)

4 Revisão Bibliográfica

5 Lavra de Mina Subterrânea Suporte por Pilares Naturais Subdivisão dos métodos de lavra subterrânea com associações as resposta do maciço rochoso. (Adaptado de Brady & Brown, 2004)

6 Lavra por corte e aterro Ciclo operacional padrão do método do corte e aterro ascendente

7 Lavra por corte e aterro Visão esquemática de um realce de corte e aterro, ilustrando a situação onde se faz necessário o desenvolvimento de uma chaminé central (Brady & Brown, 2004). Exemplo de barreiras

8 Enchimento Suportes NaturaisArtificiais Ativos Passivos Princípais materiais de enchimento: Rejeitos da planta processamento mineral, muitas vezes utilizado com adicional de cimento; Rejeito da planta de processamento, porém ciclonado para eliminação de finos; Areia natural; Agregados de mineração, estéreis provenientes do desenvolvimento mineiro; Agentes ligantes de vários gêneros

9 Enchimento hidráulico Rejeito da planta (ciclonado); % sólidos (massa) = (50 – 70) %; Fluxo turbulento ao longo dos dutos; Propriedades mecânicas semelhante ao solo.

10 Paste Fill Rejeito da planta, raramente ciclonado % sólidos = (75 -88)% Matriz não permeável Fluxo laminar nos dutos

11 Outras variedades Rock Fill Cemented Rock Fill (CRF) Concrete Fill Ice Fill

12 Enchimento Parâmetros de resistência típica para o enchimento hidráulico cimentado em diferentes proporções (Thomas el al., 1979) Propriedades Mecânicas Resistência ao Cisalhamento

13 Proposta de estudo

14 Modelos Analíticos Modelo de Marston (1930) Coeficiente de empuxo ativo; Nas formulações considera se o ângulo de atrito interno e o ângulo atrito entre enchimento e rocha encaixante. Modelo de Terzaghi (1943) Coeficiente de empuxo de Terzaghi; Ângulo de atrito do enchimento = Ângulo atrito entre enchimento e rocha encaixante. Modelo de Marston modificado (Aubertin et al. 2003) Coeficiente de empuxo passivo, residual e ativo; Ângulo de atrito do enchimento = Ângulo atrito entre enchimento e rocha encaixante.

15 Modelos Analíticos Ilustração do efeito arco em um realce preenchido com enchimento (Adaptado de Belem, 2008). Representação das forças em uma camada da coluna de enchimento em um realce.(Li, L. et al., 2003)

16 Modelos Analíticos

17 Coeficientes de empuxo : Em seqüência temos: (esquerda) condição que corresponde ao coeficiente de empuxo ativo; (centro) condição geostática na qual se aplica o coeficiente de empuxo no repouso e (direita) condição correspondente ao coeficiente de empuxo passivo. (Potvin et al., 2005)

18 Modelo Numérico Phase 2, Rocscience Representação esquemática de um modelo de elementos finitos (Brady and Brown, 1985).

19 4.Metodologia 1. Verificação do comportamento do enchimento hidráulico em diversas situações através do modelo analítico, compilando os, em gráficos; 2. Estudo por modelagem numérica das situações tratadas analíticamente; 3. Análise comparativa dos resultados.

20 5.RESULTADOS

21 Resultados Analíticos Modelo de Marston (1930) PropriedadeRepresentação Peso específico18 kN/m³ Ângulo de atrito interno 25 graus Coluna de Enchimento40 m

22 Resultados Analíticos Influência da largura do realce PropriedadeRepresentação Peso específico18 kN/m³ Ângulo de atrito interno 25 graus Coesão do enchimento0 kPa Altura do realce40 m Marston mod. :Kp ~ 89% Kr ~ 72% Ka ~ 50% Terzaghi (1943):K ~ 63%

23 Resultados analíticos O efeito arco se manifesta completamente apartir do momento em que a coluna de enchimento for superior ou igual à largura do realce em estudo (Potvin et al., 2003). PropriedadeRepresentação Peso específico18 kN /m³ Ângulo de atrito interno 25 graus Coesão do enchimento0 kPa

24 Resultados Analíticos Influência da altura da coluna de enchimento

25 Resultados Analíticos Influência dos parâmetros do enchimento Situações com baixo ângulo de atrito entre as superfícies resultam em elevadas tensões (efeito arco inferior) e elevados valores do parâmetro promovem baixos esforços (maior efeito arco). (Li et al., 2004) Coesão Ang. de atrito

26 Resultados Numéricos

27 EncaixanteMinérioEnchimento Resistência à compressão uniaxial (Mpa) ,3 Peso específico (MN/m³) 0,0280,0310,018 Módulo de deformação (GPa) 20500,5 Poisson0,2 0,3123 Parâmetros de Hoek & Brown mb2,87614,6860,0067 s0,1084 0, Parâmetros utilizados para modelagem numérica. (Barbosa, E. S., 2008)

28 Resultados Numéricos

29 Encaixante A Encaixante B Propriedades Elásticas Condição elástica Isotrópico Young 20 Gpa 54 Gpa Poisson 0.23 Parâmetros de resistência (Hoek - Brown) RCU da rocha intacta 65 Mpa260 MPa mb (pico) s (pico) Influência da deformação da rocha encaixante na distribuição de esforços ao longo da coluna de enchimento.

30 Resultados Numéricos Influência do enchimento na deformação total Situação Com enchimentoSem enchimento Deformação total (último estágio de lavra) 0, m0, m

31 Resultados Numéricos Influência do material de enchimento no Fator de Segurança ao longo da rocha encaixante

32 Correspondência dos Resultados analíticos e numéricos

33 Distribuição dos esforços ao longo da largura do realce.

34 Correspondência dos Resultados analíticos e numéricos Variação do coeficiente de empuxo K para diferentes coordenadas ao longo da largura do realce.

35 Conclusões Grande variedade de materiais de enchimento; Aplicação de modelos analíticos para análise preliminar de projetos; Resultados analíticos sub estimado em relação resultados computacionais; Coeficiente de empuxo próximo a um, para coordenadas centrais na largura do realce. (a) restrição cinemática para blocos periféricos; (b) forças resistentes mobilizadas localmente em rochas fraturadas (empuxo ativo); (c) suporte global devido à compressão do enchimento (empuxo passivo) em decorrência da convergência das paredes (Brady & Brown, 2004).

36 Referências Aubertin, M., Li, L., Arnoldi, S., Belem, T., Bussière, B., Benzaazoua, M., Simon, R. (2003). Interection between backfill and rock mass in narrow stopes. In P.J. Culligan, H.H. Einstein, A.J. Whittle (eds), Soil and Rock America 2003, vol. 1, pp Brady, B. H. e Brown, E. T. (2004). Rock Mechanics for underground mining. 2a Edição. Londres: Allen and Unwin. Li, L., Aubertin, M., Simon, R., Bussièrre, B., Belem, T. (2003) Modelling arching effects in narrow backfilled stopes with Flac. Balkema, Rotterdam. Li Li, Aubertin, T., Belem, T., Simon, R., James, M., Bussière, B. (2004). A 3D analytical solution for evaluating earth pressures in vertical backfilled stopes. 57th Canadian Geotechical Conference. Géo Québec. Potvin, Y., Thomas, E. G., Fourie, A. B.( 2005). Handbook on Mine Fill, ACG Australian Center for Geomechanics, CSIRO, Curti University, University of WA Joint Venture,.

37 OBRIGADO Realce Corte e Aterro Mina Cuiabá – AngloGold Ashanti Contato:


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