LAVRA SUBTERRÂNEA

2. Seleção e planeamento de lavra subterrânea

Vidal Navarro Torres

PhD. Eng. de Minas

Objetivos da lavra subterrânea

OBJETIVOS:

Dimensionamento geométrico das aberturas subterrâneas a gerar;

A seleção dos equipamentos apropriados e necessários para o processo de lavra;

Aplicação do sistema tecnológico mais adequado (método de lavra, etc.).

PARA:

Conseguir um processo produtivo seguro;

Com resultados económicos favoráveis;

Com um critério de selectividade e protecção ambiental.

Aula 4 09/04/12

Factores para a selecção do método de lavra

Geometria do depósito mineral

Morfologia

Potencia e mergulho

Tamanho

Regularidade, distribuição dos teores

Aspectos geomecânicos

Resistência (Mena, muro e piso)

Fracturação

Campo de tensões ―in situ‖

Aspectos económicos

Teor de mineral

Valor unitário do minério

Produtividade, vida e ritmo de produção

Factores para a selecção e critérios de selecção do método de lavra

Segurança e meio ambiente

Aspectos de regulamentação de segurança e higiene

Impacte ambiental (paisagem, subsidência, agua, etc.)

Impacte social (recurso humano, sindical, político, local, etc.)

Critérios de classificação dos métodos de lavra

Segundo o suporte natural ou mínimo suporte

Segundo o suporte artificial

Segundo o abatimento do teto

Segundo o processo indirecto

Classificação dos métodos de lavra

. Métodos de lavra com suporte natural ou mínimo suporte

Método de câmaras e pilares (Room and Pillar)

Método de subníveis (Sublevel Stoping)

Método de crateras verticais em retrocesso (Vertical Crater Retreat)

Métodos de lavra com suporte artificial

Método de recalque (Srinkage Stoping)

Método de corte e enchimento (Cut and Fill)

Método de estrutura quadrada (Square Set)

Método combinado com enchimento (Backfilljng)

Métodos de abatimento

Método de abatimento de blocos (Block caving)

Método de abatimento de subníveis (Sublevel caving)

Método de frente longa (Longwall)

Métodos de lavra indireta

Método de gasificação subterrânea de carvão (Underground Coal

Gasification)

Método de dissolução subterrânea (In situ dissolution)

Método de câmaras e pilares (Room & Pillar)

É um método com abandono de pilares aplicado a depósitos horizontais a tombados, onde o desmonte é feito com o avanço de várias aberturas entrecruzadas, deixando-se porções do minério para formar pilares, de dimensões e formas adequadas, que limitam os vãos das câmaras e promovem a sustentação do teto. Mesmo a parte do minério deixado em pilares pode ser extraída (―robbing‖), como operação final de lavra, esse minério usualmente não é recuperado.

As dimensões dos

pilares e das câmaras dependem, principalmente, da resistência da encaixante superior (capa) e do minério, da potência do depósito e de sua profundidade

Método de subníveis (Sublevel Stoping)

É um método 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, a lavra é com furos longos e alto índice de mecanização e produtividade.

Se aplica a depósitos verticais ou sub-verticais. O alargamento tem a sua maior dimensão segundo a vertical.

Método de crateras verticais em retrocesso (Vertical Crater Retreat)

É um método que consiste na abertura duma face livre mediante uma chaminé usando a técnica de desmonte de rochas em cratera invertida e a partir de esta realizar cortes em fatias ascendentes com furos longos de grande diâmetro (4‖ – 6‖).

Aplicável a depósitos verticais a sub-verticais de grande potência; mineral e rocha encaixante de boa resistência, devido a que é preciso abandonar grande aberturas sem enchimento.

Método de recalque (Srinkage Stoping)

Ë um método ascendente, 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 abatido ou preenchido com estéril. A retirada do minério fragmentado é regulada, de tal modo que fique um espaço livre de 1,8m a 2,2m de altura, necessário ao trabalho de perfuração e do depóstio de minério.

Método de corte e enchimento (Cut and Fill)

É um método 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, areia, cimento, distribuído através de tubulações. Esse último é preferido, por ser de execução mais econômica, maior produção e melhor compactação.

Método de lavra com estrutura quadrada (Square Set)

Lavra com extração de pequenos blocos substituídos por arranjos de quadros de madeira preenchidos piso por piso, em lavra frontal, ascendente ou descendente. Atualmente é o último na seleção entre os métodos de lavra, devido ao alcusto; tem referência mais histórica.

Aplicável para minério e encaixantes fracas, muito fracas; teor alto.

Método combinado com enchimento ―Backfilling‖

É um método que combina o principio do método de câmaras e pilares e o método de SLS ou VCR com processo de enchimento sistemático.

O processo consiste na lavra de câmaras alternadas com pilares de minério. Na lavra da câmara aplica-se o enchimento cimentado e durante a recuperação do pilar enchimento não cimentado.

É um método aplicado geralmente para corpos mineralizados (Ore body)

Método de abatimento em blocos Block caving)

Método em que massas, painéis ou blocos de minério são solapados ou debilitados para induzir o abatimento, permitindo que o minério fragmentado seja escoado abaixo. Tanto minério quanto rocha encaixante são abatidos.

aplicável a depósitos de minério maciços de grande dimensão vertical, de grande mergulho (>60º), de grande espessura (de 30 a 200m) e de baixa qualidade geotécnica; que não devem aglomerar-se ou oxidar-se; profundidade de 600 a 1200m.

Método de abatimento de subníveis (Sublevel Caving)

É caracterizado 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-se e abater-se.

O método é aplicável a corpos de grande mergulho (acima de 45o) e outros de grandes dimensões verticais.

Método de frente longa (Long Wall)

É uma lavra integral, realizada em recuo ou em avanço. A característica do método é fazer o desmonte em uma face contínua, abrangendo toda a extensão da área a ser lavrada, em avanço ou em recuo.

Aplica-se somente a corpos acamadados (sedimentares), de pequena a média espessura, mas uniforme. Pode ser utilizada para a lavra de rocha dura, sem abatimento (ex. minas de ouro da África do Sul e potássio em Brasil) ou de carvão (80% das minas), com a utilização dos conjuntos mecanizados (cortadeira, transportador de frente e suporte auto-marchante).

Método de gasificação subterrânea de carvão (Underground Coal Gasification)

É um processo de gasificação ―in situ‖ do carvão através do furo de injecção (água + oxigénio) usando a técnica denominada CRIP (Controlled Retraction Injection Point) e recuperação do gás (CH4) mediante outro furo de produção, conjuntamente com outros gases (CO, CO2, H2).

Aplicável a depósitos de carvão sub-horizontais e profundos.

Classificação dos métodos de lavra segundo vários autores

Navarro Torres VF et al, 1999

Classificação dos métodos de lavra segundo vários autores

Classificação dos métodos de lavra segundo vários autores

Hartman HL, 1996

Factores que influem na selecção do método de lavra

Primeira Etapa:

Condições geológicas do depósito e das rochas encaixantes;

Geometria e distribuição dos teores do depósito;

Geomecânica do depósitos e das rochas encaixantes adjacentes.

Segunda etapa:

Avaliação económica;

Ritmo de produção e teor de corte;

Requerimento de recurso humano;

Segurança e saúde ocupacional;

Impactos ambientais e procedimentos de restauração.

Aula 5 11/04/12

Factores que influem na selecção do método de lavra Geologia local

A pesquisa geológica realizada deve permitir:

A correta avaliação dos recursos e reservas do depósito mineral;

Facilitar informação em relação aos tipos de rocha, zonas de alteração,

estruturas principais, acidentes tectónicos, etc.

As informações antes referidas devem registar-se em mapas e perfis a escala adequada para uma fácil interpretação da ocorrência da jazida mineral.

As informações geológicas são úteis para o projeto das diversas construções de infraestrutura subterrânea (poços, galerias, rampas, oficinas, silos, câmara de britagem, etc.), seleção do método de lavra, localização de pilhas de estéril, barragem de rejeitos, instalações auxiliares e também possíveis alterações dos trabalhos mineiros.

Exemplo de mapa geológico horizontal (Florina Basin, Grecia)

Exemplo de perfil geológico (Dobrudsha Coal, Bulgaria)

Factores que influem na selecção do método de lavra Geometria do depósito e distribuição de teores

A geometria do depósito se define mediante:

A sua forma;

Potencia;

Inclinação ou mergulho;

Profundidade.

A distribuição de teores se define pelas condições de:

Uniforme;

Gradual,

Diseminada;

Errática.

Factores que influem na selecção do método de lavra Geometria do depósito e distribuição de teores

Factores que influem na selecção do método de lavra Geometria do depósito e distribuição de teores

Exemplo de depósito tabular (Depósito pegmatites litiníferos, Portugal)

Exemplo de depósito maciço regular a irregular (Mina Neves Corvo, Portugal)

Exemplo de distribuição de teores (Mina Mamulique, México)

Factores que influem na selecção do método de lavra Características geotécnicas

O comportamento geotécnico do depósito mineral e as rochas encaixantes depende fundamentalmente de:

Resistência da rocha;

Grau de fracturação do maciço rochoso;

Resistência das descontinuidades.

A resistência da rocha está em função da resistência à compressão e à tracção fundamentalmente.

O comportamento geotécnico do maciço rochoso face uma abertura subterrânea pode-se avaliar tendo em conta E,σc, µ, ρ,Ф,H, falhas, diáclases e geometria da abertura subterrânea.

O espaçamento entre fracturas pode-se definir mediante o RQD (Rock Quality Designation).

A possibilidade de aplicação de um determinado método de lavra, está condicionado com a o nível de resistência do maciço sem a necessidade de suporte ou com suporte.

O tempo de permanência da abertura subterrânea sem suporte é outro aspecto importante que avaliar.

Factores que influem na selecção do método de lavra Características geotécnicas

Tensões antes e depois da abertura subterrânea

Tensões circundantes a um frente de avanço e um desmonte de lavra

Acréscimo de tensões nas zonas próximas a uma estrutura principal

Factores que influem na selecção do método de lavra Valor e distribuição de teor

Se o minério é rico será adotado um método que permita uma máxima recuperação, mesmo que resulte de maior custo.

Mas para minério de baixo teor é preciso seleccionar um método de baixo custo, mesmo que exista algumas perdas de reservas.

Uma mineralização errática, exige um método selectivo ; mas quando a distribuição é uniforme não é necessário um método selectivo.

Se numa zona mineralizada de teor baixo ocorre mineral de alto teor, é possível aplicar um método de lavra que permita realizar o denominado ―blending‖.

Factores que influem na selecção do método de lavra Custo e capital necessário

Concluída a primeira fase de selecção onde foram eliminados os métodos não aplicáveis tecnicamente, os seleccionado, de 2 a 3, se ordenam tendo em conta os custos.

Muitos autores ordenam os métodos de lavra segundo o custo da seguinte maneira:

Abatimento de blocos;

Abatimento de subníveis;

Crateras verticais em retrocesso;

Câmaras e pilares Combinado com SLS ou VCR;

Subníveis;

Câmaras e pilares;

Corte e enchimento;

Estruturas quadradas.

Factores que influem na selecção do método de lavra Custo e capital necessário

A influencia do capital necessário (financiamento) também é importante, devido a que um determinado método de lavra exige equipamento de tamanho e características adequados, que representam uma certa quantidade de investimento.

A capacidade de produção está relacionada com o custo, pois a menor ou maior produção maior é o custo; pelo será conveniente dimensionar um tamanho óptimo de produção.

O mercado de metais ou minerais, também podem condicionar o método de lavra a utilizar.

Finalmente, as condições ecológicas e ambientais, são cada vez aspectos a considerar na escolha do método lavra. Por exemplo os métodos de lavra com enchimento poderão contribuir mais na proteção ambiental.

Factores que influem na selecção do método de lavra Outros factores

Disponibilidade da mão de obra especializada;

Ritmo de produção;

Hidrogeologia;

Limitações ambientais.

Selecção do método de lavra Critérios na escolha do método de lavra

O método preferido seria aquele que permitisse :

Maior lucro;

Completa extração;

Máxima segurança e saúde;

Mínima poluição ambiental.

Os critérios na escolha do método são:

A forma, tamanho e posição espacial do depósito;

O valor e a distribuição espacial dos teores dos minerais na jazida;

As propriedades geomecânicas e químicas do minério e das rochas encaixantes;

A disponibilidade financeira para início das operações de lavra;

Segurança, saúde e regulamentações governamentais;

Os aspectos de impacte ambiental.

Aula 6 16/04/12

Selecção do método de lavra Factores geológicos

Configuração geométrica do corpo de minério A configuração do depósito de minério e sua relativa origem geológica influenciam na

resposta da massa rochosa à atividade de lavra, mais obviamente por efeitos geométricos diretos.

Outros efeitos, tais como a estrutura deposicional, alteração local das rochas encaixantes, e a natureza do contato minério-rochas encaixantes, podem impor um modo particular de comportamento da massa rochosa.

Posição Espacial Relacionados com as propriedades geométricas do depósito mineral, tais como

profundidade, mergulho e a geologia estrutural.

Selecção do método de lavra O valor e a distribuição espacial do teor de mineral

Os parâmetros críticos são o teor médio, teor de corte e distribuição do teor. Estes definem o valor da jazida conforme o preço do produto mineral e desempenham um papel importante na seleção do método. Um teor baixo de minério requer a adoção de um método de baixo custo, e de teor alto um método de máxima recuperação, com custo de lavra pouco mais alto.

Os teores também são indicadores para um processo de seletividade em função a sua posição ao teor de corte.

Selecção do método de lavra As propriedades mecânicas e químicas do minério e das rochas encaixantes

O equilíbrio estático das tensões ―in situ‖ da crosta terrestre é perturbado ou desequilibrado com as aberturas criadas no processo de lavra.

A aplicabilidade de vários métodos de lavra estão condicionadas pela não utilização ou pela utilização do sistema de suporte do teto e das paredes da escavações.

Selecção do método de lavra Os custos de capital e de operação

Uma mina pode operar se o valor do minério produzido cubre os custos de lavra, beneficiamento e transporte subordinado, incluindo amortização de capital e juros, que permitam razoável lucro.

Os fatores econômicos compreendem todos os itens de custo e preço do produto, os quais podem ser, de um modo geral, agrupados dentro das seguintes classes:

Os custos de capital ou de investimento;

Os custos de operação ou de lavra;

Os custos de beneficiamento, refinação e comercialização.

Selecção do método de lavra Segurança, saúde e ambiente

Acidentes e incidentes.

Poeira, gases, ruído, iluminação, radiação, conforto ambiental térmico.

Aguas ácidas e metais em suspensão.

Selecção do método de lavra Seleção do método de lavra segundo Nicholas e Marck

Selecção do método de lavra Ponderação em função da geometria e distribuição de teores

ou VCR

i

i

Selecção do método de lavra Ponderação em função da geomecânica do jazigo mineral

ou VCR

Selecção do método de lavra Ponderação em função da geomecânica da rocha encaixante muro

Selecção do método de lavra Ponderação em função da geomecânica da rocha encaixante piso

ou VCR

Selecção do método de lavra Referencia geral dos custos de lavra

Para um estudo de factibilidade é necessário realizar o estudo económico

detalhado considerando os custos de investimento (capital) e os custos de lavra e inclusive os custos de beneficiamento mineralúrgico, metalúrgico, ambiental e de comercialização.

Selecção do método de lavra Referencia dos custos directos de lavra

Selecção do método de lavra Exemplo de aplicação da primeira fase de selecção

Seleccionar 2 métodos de lavra mais aplicáveis para um depósito mineral profundo (650m) com as sgtes. caract. e escolha um segundo os custos:

Da estrutura mineralizada (depósito):

Forma: tabular;

Potência média: 15 m;

Mergulho: 57º;

Distribuição do teor: diseminado;

Resistência à compressão simples: 80 MPa;

RQD: 55%

Resistência das descontinuidades: média

Da rocha encaixante muro

Resistência à compressão simples: 30 MPa;

Espaçamento entre fraturas: 8/m

Resistência das descontinuidades: média

Da rocha encaixante piso

Resistência à compressão simples: 14 MPa;

Espaçamento entre fraturas: 5/m

Resistência das descontinuidades: baixa

Fundamento básicos de planejamento O planeamento e tipos de planejamento

Planning is the process to get the right material out of the mine at the right time to obtain the lowest possible cost per unit of final commodity product in order to fulfil the business targets of the company

With the right. Planning is divided into two major segments, often classified as strategic or operational:

strategic planning is the broadest, highest level, and longest term effort concerned with defining the objectives of the firm—where the firm wants to go and how it will get there.

operational planning, often relates to the activities of the organization that concern he near term, but its primary focus is controlling the actions to achieve the stated objectives.

Planning may also be further described as long-range, intermediate-range and short-range. The distinctions result from the time frame covered, individuals involved, and activities incorporated in each type. Needless to say, these many classifications of planning may be confusing, because they often overlap, and definitions may vary from company to company.

Aula 7 18/04/12

Fundamento básicos de planejamento A estrutura do planeamento

>10 yeras

<1 year 1 – 5 years

Fundamento básicos de planejamento Planeamento a longo, médio e curto prazo

Long-range plans, can set the direction of the enterprise and may be

analogous to strategic planning (more to five years). These plans

focus on the mission, objectives, and strategies of the company, but

also influence and guide intermediate- and short-range operational

planning.

Intermediate-range plans, this planning provides the means for

achieving the mission and long-term goals. The plans, depending on

the company’s definition of short-term planning, usually have an

outlook of two to five years.

Short-range plans, cover a span of one year or less. Ideally, these

would be geared to long-term and intermediate-term programs as well

as the overall strategic plan. Here investment funds, revenues,

production, and activities can be budgeted with a more reliable degree

of accuracy and can be measured on quarterly or more frequent bases.

Fundamento básicos de planeamento Informação técnica necessária

Geológica e topográfica:

Topografia do terreno e das bocas das sondagens;

Dimensões da área a ser minerado;

Mergulho, morfologia, teor de corte,

Grau de alteração do maciço rochoso.

Informação estrutural:

Profundidade de cobertura de rocha;

Estrutura das rochas encaixantes e do depósito;

Teores do metal principal e dos subprodutos.

Informação económica:

Reservas provadas, prováveis e inferidas;

Regalias e lucros;

Localização da mina em relação às vias de transporte;

Situação política local, regional, nacional e internacional;

Custos e valorizações de minério.

Fundamento básicos de planeamento Inter-relação da variáveis de um projeto de mineração

(t/ano ou t/dia)

(Mt) ($/t

(%, g/t)

($/Onça, $/t, C$/lb)

Fundamento básicos de planeamento Valorização do minério

―tal e qual‖

Fundamento básicos de planeamento Valor do concentrado na fundição

Fundamento básicos de planeamento Valorização do concentrado de Cobre

Fundamento básicos de planeamento Valorização do concentrado de Chumbo

Fundamento básicos de planeamento Valorização do concentrado de Zinco

Fundamento básicos de planeamento Limites de elemntos penalizáveis de Cu, Pb e Zn

Fundamento básicos de planeamento Teor de corte ou “Cutoff grade”

Fundamento básicos de planeamento Teor de corte ou “Cutoff grade”

Fundamento básicos de planeamento Factor de diluição e de recuperação

Fundamento básicos de planeamento Diluição de minério por métodos de lavra

Fundamento básicos de planeamento Diluição de minério por métodos de lavra

Fundamento básicos de planeamento Produção e produtividade por métodos de lavra

Fundamento básicos de planejamento Planeamento cíclico de mina

Fundamento básicos de planejamento Modelamento do depósito mineral

Fundamento básicos de planejamento Modelamento dos acesos e sequência de lavra

Fundamento básicos de planejamento Dimensionamento do traçado e sequencia de lavra

Fundamento básicos de planeamento Exemplo da mina de Taquari Vassouras

Fundamento básicos de planeamento Exemplo da sequência de escavação em Taquari Vassouras

Fundamento básicos de planeamento Diagrama de barras ou “Gantt”

Fundamento básicos de planeamento Dimensionamento da capacidade de produção

Fundamento básicos de planeamento Dimensionamento da capacidade de produção

Ritmo óptimo de produção (ROP)

Valor óptimo de explotação (VOE)

Fundamento básicos de planeamento Capacidade o tamanho de produção óptima

Cust

os

de invest

imento

e p

roduçã

o -

$/t

Capacidade de produção ―tal e qual‖ – t/ano