5ª Jornada Ibero-americana da Rede Meio Ambiente Subterrâneo e Sustentabilidade ASPECTOS GEOMECÂNICOS DA CARACTERIZAÇÃO AO MONITORAMENTO DO COMPORTAMENTO DE SUPORTE DE ESCAVAÇÕES DE LAVRA SUBTERRÂNEA   José Margarida da Silva Escola de Minas, UFOP/Brasil

Apresentação Trabalho enfatiza: importância das investigações geotécnicas iniciais, da determinação dos parâmetros geotécnicos para definição da sustentação de escavações subterrâneas, mostra situações reais, compara contribuições de enchimento e de ancoragens à resistência de pilares, cita resultados de instrumentação do suporte de minas subterrâneas já existentes e no projeto de novas minas, envolvendo parâmetros geomecânicos.

Introdução Elaboração de um projeto de mineração - conhecimento de certos parâmetros que reflitam comportamento da massa a ser lavrada, pois são alteradas condições de equilíbrio em que a mesma se encontra. Questões geotécnicas: tipo de suporte, vão estável na lavra, geometrias potenciais de ruptura das escavações, dimensões dos salões e dos pilares. Impacto significativo na seleção do método de lavra e também no projeto do realce.

Introdução Nas últimas décadas, desenvolvimento da Engenharia de Maciços Rochosos tem permitido avanços significativos nas técnicas. Informações geotécnicas raramente são obtidas durante estágios de delimitação do depósito e de estimativa das reservas. Resistência e outros dados (permeabilidade, deformabilidade, características do maciço que variam com o tempo, consequências da exposição das rochas às condições ambientais da mina e sequência de extração mais adequada) só disponíveis durante lavra.

Avaliação geotécnica preliminar Objetivo: prever comportamento do maciço quando as escavações são executadas e como elas afetarão a segurança e economicidade do projeto. Pode se iniciar com aplicação de métodos geofísicos e mapeamento regional para analisar geologia estrutural, procurando determinar feições estruturais (falhas, dobras, diques e outras). Informação disponível e interpretação dos ciclos tectônicos são indispensáveis para definir direção da tensão dominante.

Avaliação geotécnica preliminar Propriedades e características do maciço que devem ser analisadas: fraturas principais, resistência ao cisalhamento, comprimento e espaçamento de juntas, hidrologia; alteração; preenchimento; abertura de descontinuidade; RQD.

Exemplo Mina Sudeten Mountains (Polônia, cobre, câmaras e pilares) Para cada litologia importante (dolomitos, calcários dolomíticos, xistos e arenitos) são determinados para a precisão do projeto de atirantamento: densidade, resistência à compressão, resistência à tração, resistência ao cisalhamento, módulo de deformação, coeficiente de Poisson, índice de rock burst, entre outros (Hustrulid e Bullock, 2001).

Caracterização de enchimento Rigidez x Deformabilidade, resistência, permeabilidade. Enchimento pouco compressível favorece fraturamento da rocha na frente de desmonte -> menor capacidade de carga. Enchimento muito compressível também levará o arco de tensão para o interior do material de enchimento. Se rocha do teto é muito rígida, enchimento pode não ser suficientemente comprimido, para transferir a descompressão do teto da frente de trabalho -> instalação de tensões intensas, grande risco de acidentes.

Caracterização de enchimento Permeabilidade para facilitar drenagem: acima de 20 mm/h (< 10% finos). Projeto de enchimento: percentual de sólidos, tensões internas ao enchimento, cargas sobre barreiras de contenção e drenagem, resistência de enchimento e barreira. Enchimento hidráulico acontece em dias, sendo necessário conhecer altura do enchimento e da água através da operação e quando drenagem cessará. Tempo de assentamento do enchimento é crítico para sucesso do método, pois o enchimento deve ser disposto em tempo para assumir alguma ou toda carga originalmente superposta ao minério no alargamento.   Brady & Brown (2006) - colocação simultânea de agregados ou enchimento seco e em polpa cimentado pode: reduzir custo de enchimento, estender a capacidade da planta, facilitar o ciclo.

Aplicação Lupin Mine

Aplicação Barrick Bullfrog Mine - faixas de aplicação do backfill (Hustrulid e Bullock, 2001): alta resistência – adição de 7% de cimento (em frentes de lavra), baixa resistência – 3 a 4 % (cabeceiras na lapa). Mina Serra da Fortaleza (níquel, Votorantim) - treinamento especializado em cada tipo de suporte (Nantes, 2011).   Mina Lamego (ouro, AngloGold) - recomendação de suporte por área, considerando-se (Lima, 2011): classificação do maciço, condição local de mergulho do corpo, vão a ser praticado, tipo de operação (desenvolvimento ou lavra), entre outros parâmetros.

Monitoramento Objetivos principais: verificar validade das suposições, aferição do modelo e propriedades do maciço; assegurar condições de segurança, por exemplo, controle das deformações, pressões de água, carga nos suportes; informações localizadas, para implementação de medidas de segurança (zona de cisalhamento, estrato menos resistente e outros).

Plano de controle do maciço rochoso Devem ser considerados (MOSHAB, 1997): profundidade de lavra, condições esperadas do corpo de minério e das rochas encaixantes, dimensões das operações; número, tamanho, forma, orientação e proximidade dos corpos em lavra, método de lavra, taxa de produção, tamanho, forma, orientação das escavações, grau de mecanização.

Documentação A aplicação de suportes e seus efeitos têm características próprias de cada mina. Para propiciar informação relevante dos eventos de ruptura em minas, têm sido propostos relatórios simples verbais e escritos. Informação usada para analisar fatores que incluem: local da ruptura, dimensões alcançadas, qualidade do maciço, detalhes de escavação, suporte e reforço; informações de monitoramento.

Exemplos Mineração Caraíba (cobre, Barrocas- BA) - inspeção geomecânica com formulário: relação da ruptura com frente de avanço (direção, mergulho); condições observadas - intensidade do fraturamento: abertura, rugosidade, preenchimento, alteração; presença de água, blocos instáveis, ruídos na rocha, sobrequebra (overbreak); detalhes da contenção (tipo, comprimento, espaçamento); conformidade com recomendações, índice de qualidade da rocha, proximidade com grandes escavações.

Exemplos Mina Roça Grande (ouro, Jaguar), entre outras - momento de reunião de equipe com relatos de ocorrências. Mina Cuiabá (ouro, AngloGold) - protocolo geomecânico: dados obtidos de instrumentação (convergência do maciço), são afixados em mapas na entrada de cada escavação em código de cores (vermelho, amarelo, azul e verde), conforme risco de cada situação.

Trabalhos Mina do Moinho (Portugal) capacidade de ancoragem dos cabos instalados em locais considerados mais críticos. Valores ensaiados se aproximaram bastante do valor teórico calculado para carga de ruptura. Verificou-se que o elemento mais fraco foi o cabo (Couto, 2002). Minas Baltar (calcário, Brasil), Belluno (carvão, Brasil), Cuiabá (ouro, Brasil), Cayeli (Turquia), entre outras - extensômetros para medição da distância entre pontos do interior do maciço e da seção da escavação.  

Trabalhos Minas Cuiabá e Lamego (ouro, Brasil), Perseverance (Austrália), Ouro Fino (ouro, Brasil), Ipueira (cromo, Brasil), Serra da Fortaleza (níquel, Brasil) - medições de convergência para avaliar distâncias entre pontos da seção escavada. Minas Caraíba (cobre, Brasil), Fazenda Brasileiro (ouro, Brasil) - varredura a laser. Minas Cannington (Austrália), São Bento (ouro, Brasil), Ipueira (cromo, Brasil), Serra da Fortaleza (níquel, Brasil) - teste de arrancamento da ancoragem (pull test). Mina Doyon Gold (realce em subníveis, enchimento) - células de pressão. Mina Cuiabá (ouro, Brasil) – células de carga.

Conclusões Enchimento e cabos de ancoragem - requisitos essenciais para vários métodos de lavra especialmente aqueles que precisam limitar efeitos de subsidência e obter grande recuperação de minério, com baixa diluição.  Engenharia geotécnica claramente é parte essencial do processo de lavra como um todo. Desenvolvimento de abordagens e técnicas, incluindo aplicativos computacionais auxilia solução de diversas questões. Considerável quantidade de dados geotécnicos não está disponível para domínio público. Principais técnicas de monitoramento utilizadas : medições de convergência, por extensômetros, testes de arrancamento de ancoragens, resistência de concreto projetado com tempo de aplicação. Relatos entre colegas, mapas em locais visíveis na mina, relatórios formais das empresas e outras medidas implementadas, associadas ao aumento do conhecimento e registro de eventos, podem auxiliar bastante na tarefa de sustentação de escavações.