APLICABILIDADE DO MÉTODO DE LAVRA “LONGWALL TOP COAL CAVING” NAS JAZIDAS DE CARVÃO NA REGIÃO SUL DO

BRASIL

Jacopo Seccatore, Tatiane Marin, Giorgio De Tomi Departamento de Engenharia de Minas e de Petróleo

Escola Politécnica Universidade de São Paulo

Indice

1. Funcionamento do Longwall Toc Coal Caving

2. Vantagens Operacionais

3. Parametros de avaliação

4. Problema da Subsidência

5. Aplicação as jazidas da Região Sul do Brasil

6. Conclusões

Longwall Mining: vantagem operacional

2,50

2,10

4,05

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 Produtividade padrão (Toneladas Curtas produzidas por trabalhador por hora)

Longwall

Convencional e outros

Continuous Miner

Fonte: U.S. Energy Information Administration, "Underground Coal Mining Productivity by State and Mining Method", Report No: DOE/EIA-0584, (2010)

Longwall Mining: limites operacionais

Jazidas com espessura acima de 4 ou 5 metros são lavradas geralmente apenas até a altura limite técnica dos equipamentos de corte padrão (entre 3 ou 4 m), devido aos problemas de estabilidade da frente e ao alto custo dos maiores cortadores e suportes hidráulicos

Longwall Top Coal Caving (LTCC)

LTCC: modificações mecanicas O suporte hidráulico empregado no LTCC é uma versão modificada do suporte tradicional pelo LWM, que incorpora uma transportadora traseira e um cantiléver controlado hidraulicamente e capaz de virar em torno de um pinhão

Fonte: Xie & Zhao, 2009

LTCC

Foi desenvolvida na China

É aplicada há mais de 20 anos e atualmente é empregada em mais de 100 frentes de lavra em diferentes condições operacionais

Estudos de viabilidade foram conduzidos na Austrália

LTCC: mecanismo de fraturamento

Fonte: Humphries & Poulsen (2008)

LTCC: Mecanismo de Colapso

Fonte: Vakili & Hebblewhite (2010)

LTCC: vantagens

São reduzidos os custos operacionais para a mesma quantidade de material

É tornado viável o aproveitamento de camadas espessas;

É aumentada a segurança do trabalho, reduzindo a altura da frente de lavra para a mesma espessura explorada.

LTCC: limites operacionais

UCSlim = 25 MPa

Hmin = 150 m

Com UCS > 25 MPa e H < 150 m, o trabalho com LTCC pode virar problemático: as condições tensionais e de resistência da rocha podem levar a uma fragmentação não adequada, com tamanhos dos blocos superiores à abertura do cantilever traseiro, ou que podem obstruir o fluxo de material

Pre-fraturamento com explosivo

Cargas fracas em furos inclinados com espaçamento elevado, realizados diretamente da frente de corte, por meio de perfuratrizes manuais e direcionados na zona compressa do Top Coal além da frente

Modificado de Cai et al., 2003

Indice de recuperação

Modelo de Humphries e Poulsen (2008): Cavability

Index: (CI), profundidade de escavação: (H), UCS, espessura do Top Coal (T).

CI = -2,64 + 0,0395 H – 0,72 UCS + 0,191 T

O CI leva á porcentagem de recuperação (TCR = Top Coal Recovery) do carvão superior

TCR = 2,72 CI + 78,0

Classificação da Recuperação

Classe

TCR [%]

Humphries e

Poulsen

(2008)

Vakili e

Hebblewhite

(2010)

1 > 80 >100

2 65 – 80 79 – 100

3 50 – 65 59 – 79

4 30 – 50 39 – 59

5 < 30 < 39

A porcentagem de recuperação (TCR) é calculada empiricamente, valores acima de 100% significa que parte do estéril superior é extraído também.

Problema da Subsidência

Problema da Subsidência

ZONAS

INTERVALOS

EM

ESPESSURA

EFEITOS NO

OVERBURDEN

CLAS

SE DE

DANO

Zona de Inflexão 50 AL -

Superfície

Praticamente não há

problemas de controle

geologico associados á

sovre-escavação.

4

Zona de fraturamento 20 – 50 AL

Problemas de controle

geologico encontrados

principalmente na calha de

afundamento; a mineração,

em geral, é menos difícil.

3

Zona de

Colapso

Limite

superior da

zona de

Colapso

12 – 20 AL

Problemas geologicos de

severos a moderados;

mineração muito dificil

2b

Região de

Colapso

parcial

6 – 12 AL

Problemas geologicos de

severos a moderados;

mineração muito dificil

2a

Região de

Colapso

completo

3 – 6 AL

graves problemas

geológicos, a lavra pode

ser impossível.

1

O fator AL pode ser calculado como uma soma da altura de corte mais a espessura lavrada por Desabamento.

A espessura incremental pelo Desabamento pode ser estimada pelo parâmetro TRC.

O volume do Top Coal é o produto da sua espessura vezes a superfície do painel de lavra. Como a superfície do painel não varia, a mesma porcentagem TRC pode ser considerada representativa da porcentagem de aumento de altura de lavra pelo efeito do Desabamento:

AL =ALWM + (TCR T)

Onde AL = altura efetiva de lavra (considerável por efeitos de subsidência), ALWM = espessura de lavra do Longwall, T = Espessura do carvão acima do nivel lavrado, TRC = percentagem de recuperação do carvão acima do nivel lavrado.

Problema da Subsidência

Jazidas Brasileiras Estado Jazida Recursos

(106 t)

% do Brasil

RS

Candiota 12.278

Santa

Terezinha

4.283

Morungava/Ch

ico Lomã

3.128

Charqueadas 2.993

Leão 2.439

Iruí 1.666

Capané 1.023

Outras 994

SOMA - RS 28.804 89,25

SC Sul -

Catarinense

3.363 10,41

PR Diversas 104 0,32

SP Diversas 8 0,02

TOTAL 32.279 100,00

Fonte: Bizzi et al (2003)

Criterio de escolha dos equipamentos:

• AL = 2m quando a potência da camada < 4 metros • AL = 3m quando a potência da camada > 4 metros

Previsão de recuperação

Localização H

[m]

Espessura

Camada

[m]

espessura

lavrada

[m]

T

[m] CI

TRC

[%]

Classe

(Humphries e

Poulsen )

Classe

(Vakili e

Hebblewhite )

Leão – Butia 122 7 3 4 -12,9 42,9 4 4

Faxinal 9 3 2 1 -17,9 29,2 5 5

Bacia Paraná 29 12 3 9 -15,6 35,5 4 5

Bacia Paraná 100 10 3 7 -13,2 42,1 4 4

Mina Bonito 54 3 2 1 -16,2 34,1 4 5

Mina Bonito 60 3,8 2 1,8 -15,8 35,1 4 5

Mina Fontanella 90 4 3 1 -14,7 37,9 4 5

Mina do Recreio 27 6 3 3 -16,8 32,2 4 5

Mina do recreio 40 10 3 7 -15,6 35,7 4 5

Santa Terezinha 618 3 2 1 6,1 94,7 1 1

Candiota 11,5 5,5 3 2,5 -17,5 30,3 4 5

Candiota, BH F-365 MVII 27 7 3 4 -16,6 32,7

4 5

Candiota, BH F-364 MVII 32 6 3 3 -16,6 32,7

4 5

Analise da subsidência

Localização H

[m]

altura

lavrada

ALWM [m]

T

[m]

TRC

[%]

Altura

efetiva de

Lavra AL

Razão

H / AL

Classe de

Dano

Leão - Butia 122 3 4 42,9 4,7 26 3

Faxinal 9 2 1 29,2 2,3 4 1

Bacia Paraná 29 3 9 35,5 6,2 5 1

Bacia Paraná 100 3 7 42,1 5,9 17 2b

Mina Bonito 54 2 1 34,1 2,3 23 3

Mina Bonito 60 2 1,8 35,1 2,6 23 3

Mina Fontanella 90 3 1 37,9 3,4 27 3

Mina do Recreio 27 3 3 32,2 4,0 7 2a

Mina do recreio 40 3 7 35,7 5,5 7 2a

Santa Terezinha 618 2 1 94,7 2,9 210 4

Candiota 11,5 3 2,5 30,3 3,8 3 1

Candiota, BH F-365 MVII 27 3 4 32,7 4,3 6 2a

Candiota, BH F-364 MVII 32 3 3 32,7 4,0 8 2a

Conclusões A tecnica LTCC permite o aproveitamento de camadas

espessas, retirando mais material que o volume da altura lavrada, com baixo custo adicional dos equipamentos.

Para uma fase de estudo de viabilidade preliminar, os parâmetros de operação que podem ser considerados representativos são:

a profundidade de escavação;

a resistência a compressão monoaxial do carvão;

a espessura do carvão na parte da jazida superior

a espessura de corte

Conclusões Para a Região Sul do Brasil, o maior potencial foi achado na

jazida Santa Terezinha, RS pela grande profundidade da camada que torna ótima a condição de lavra.

Outras jazidas que possuem possuem um interessante potencial de recuparação, devido a elevada espessura das camadas são a Leão – Butia e a camada profunda da Bacia Paraná

O emprego de pré-fraturamento com explosivo pode lidar com o problema de fraturamento insuficiente ao colapso em níveis de estado tensional não adequado.

Obrigado pela atenção

Time for a straw