AUMENTO DA RECUPERAÇÃO DE LAVRA NA MINERAÇÃO CARAIBA S/A JAGUARARI - BAHIA

Hugo Ribeiro de Andrade Filho, MCSA, Engenheiro de Planejamento de Lavra, Hugo@mcsa.com.br

RESUMO A utilização da tecnologia de preenchimento de realces (backfill), associada aos métodos de lavra de realces mantidos abertos, vem nas últimas décadas, apresentando-se como uma excelente alternativa para as empresas de mineração elevarem a sua recuperação de lavra. Neste trabalho, será apresentado como a Mineração Caraíba S/A obteve um expressivo aumento de sua recuperação de lavra, mediante a introdução da tecnologia de paste fill e do método de lavra VRM – Vertical Retreat Mining, a partir de 1997. Este aumento deve-se basicamente à possibilidade de lavra de pilares, que a priori deveriam ser abandonados de forma sistemática, visando o controle da estabilidade regional da mina. Serão apresentadas as principais condicionantes estratégicas envolvidas neste processo de mudança, bem como os resultados obtidos da lavra desde o início da operação da planta de paste fill em 1998. PALAVRAS-CHAVE: realce, VRM, paste fill, recuperação de lavra. ABSTRACT The paste fill utilization associated with open stopes mining methods has been in the last decades one excellent alternative to increase ore resource recovery. This paper presents how the Caraiba Mining S.A had an expressive ore resource recovery through the use of paste fill since 1997. Basically, the increasing in ore resource recovery is because the possibility of mining rib pillars and sill pillars that should be abandoned to allow the pillars to work like mine support without the adjacent open stopes filling with paste. It will be presented the main strategic aspects that gave support to implement the paste fill as well as the main results got with this technology. KEY WORDS: stope, VRM, paste fill, ore resource recovery

INTRODUÇÃO A Mineração Caraíba S/A está localizada a nordeste do Estado da Bahia, aproximadamente 500 km da capital Salvador, sendo, atualmente, a única mineração subterrânea de cobre no Brasil em atividade. Sua produção anual é de 1,1 milhão de toneladas de sulfeto e 70 mil toneladas de concentrado com teor médio de 37% de Cobre. Seu minério é constituído basicamente de calcopirita e bornita sendo o segundo o que apresenta maior concentração de cobre. O acesso à mina é feito por uma rampa principal com seção de 5,5m x 4,0m e 20% de inclinação, e por um poço vertical de 640m de profundidade, por onde também escoa toda a produção mediante a utilização de dois skips com capacidade para 15t cada. A lavra de sua mina subterrânea pode ser dividida historicamente em duas fases. A primeira corresponde ao início das suas operações em 1986, com a lavra dos painéis I e II. Neste período, o método de lavra empregado foi o de realces mantidos abertos sem enchimento posterior – sublevel stoping – onde a produção mensal girava em torno de 80 mil toneladas anuais de sulfeto de cobre. Em 1996, a Empresa concluiu os trabalhos de pesquisa em profundidade abaixo do painel II, que resultaram numa reserva geológica medida de 14,5 milhões de toneladas de minério com teor médio de 2,67% CuT. Ainda em 1996, o painel I já estava totalmente exaurido e a previsão de exaustão do painel II era para 1998. Diante disto, a MCSA desenvolveu um projeto de aprofundamento da mina para garantir a continuidade das operações, dando início à segunda fase propriamente dita. A concretização desta segunda fase ocorreu em 1997 com a entrada em lavra do painel III. Contudo, o projeto inicial elaborado em 1996, que previa a manutenção de realces mantidos abertos sem enchimento posterior, não apresentou resultados satisfatórios no que tange principalmente à recuperação de lavra. Outros condicionantes estratégicos tais como aumento das tensões induzidas pela lavra com implicações diretas nas condições geomecânicas e a estabilidade geral do maciço corroboraram para que a MCSA modificasse consideravelmente o projeto. O objetivo deste trabalho é, inicialmente, contextualizar o ambiente em que o projeto de aprofundamento da mina subterrânea foi analisado e alterado, culminando com a implantação da tecnologia de paste fill para enchimento de realces. Também serão descritas as metodologias empregadas na lavra dos pilares onde os pontos críticos são controle da diluição com pasta e a maximização da recuperação de lavra. DESCRIÇÃO DO PROJETO INICIAL Até 1996, a mina subterrânea da Mineração Caraíba era constituída de dois painéis denominados Painel I e Painel II. Neste período, o método empregado foi o de realces mantidos abertos por subnível (sublevel stoping). Entre a mina a céu aberto e o Painel I há um crow pillar de 25m, e entre os painéis I e II também um sill pillar de 20m de altura foi abandonado. A existência deste sill pillar era imposta pela necessidade de isolar os realces dos dois painéis, uma vez que não havia nenhum tipo de preenchimento das escavações existentes. Ainda 1996, um projeto de aprofundamento da mina foi elaborado visando aumentar a sua vida útil.

Este projeto previa, originalmente, a aplicação do método de lavra de realces mantidos abertos, sem enchimento posterior para a lavra dos painéis III, IV e V. Implicaria isto uma produção baseada em realces entre os quais haveria pilares permanentes (rib pillars) dentro de um mesmo painel, sendo os painéis intercalados também por pilares permanentes (sill pillars). A lavra então ocorreria de forma descendente (top–down) tal como é mostrada na figura 01. A reserva lavrável total para este projeto era de 6 milhões de toneladas.

Figura 01 – Concepção inicial para o projeto de aprofundamento da mina subterrânea Contudo, tal concepção para o projeto de aprofundamento da mina apresentava uma série de fatores cujos benefícios tornavam-no pouco atrativo. Pode-se citar como principais:

a) Com a imposição de se deixar pilares permanentes, a recuperação de lavra limitava-se a apenas 50% da reserva geológica medida, reduzindo sobremaneira a vida útil da mina;

b) Sabe-se que nos painéis I e II, acentuadas taxas de diluição já eram verificadas em função da geometria dos realces e do método de lavra que permitiam a exposição de suas paredes de forma permanente. Para os futuros painéis, haveria uma forte tendência de elevação desta taxa, devido, principalmente, ao aumento das tensões induzidas pela lavra com o seu aprofundamento;

c) Em adição aos problemas de diluição, a manutenção do método poderia contribuir também para uma incidência maior de matacões nos braços dos realces,

Minério lavrável

aumentando o custo do desmonte, transporte, britagem e o risco de acidentes, além de reduzir sobremaneira a produtividade na lavra.

d) A seqüência estabelecida para a lavra de forma descendente (top-down) em geral oferecia condições menos favoráveis face à redistribuição das tensões se comparada ao sistema bottom up.

e) A geometria dos realces em sua base era em formato tipo “calha”, o que implicava a perda de reserva nas laterais dos realces.

OTIMIZAÇÃO DO PROJETO E AUMENTO DA RECUPERAÇÃO DE LAVRA Visando reverter este quadro desfavorável apresentado no item anterior, a MCSA, em parceria estabelecida em 1996 com a RedPath Mcintosh Engineering Limited e a Golder Associates, iniciou uma série de estudos cujas premissas básicas, segundo Rappolt (1996) eram:

• Uma revisão dos aspectos geotécnicos e de mecânica de rochas visando otimizar a recuperação de lavra;

• Iniciar estudos para implantação da tecnologia de backfill; para otimizar a seqüência de lavra e o controle das escavações subterrâneas;

• Incrementar de forma substancial a reserva lavrável através do estabelecimento de uma seqüência bottom-up, eliminando os pilares permanentes, recuperando os pilares entre os painéis – realces terciários - (sill pillars) e criando pilares (rib pillars) recuperáveis -realces secundários – entre os realces primários.

• Otimizar a geometria dos realces proporcionando uma maior recuperação de lavra, redução no risco de diluição e uma maior flexibilidade na seqüência de lavra, dentre outras.

Como resultado deste trabalho, o projeto de aprofundamento assumiu uma nova concepção. As principais alterações foram: introdução do método de lavra VRM – Vertical Retreat Mining e a introdução da tecnologia de paste fill. A reserva lavrável passou de 6 milhões para 10 milhões de toneladas ou seja, um aumento de mais de 50%. A recuperação de lavra prevista passou de 50% para os 75%. Assim, um novo design foi estabelecido culminando com a eliminação dos pilares permanentes, conforme mostrado na figura 02. A tabela 01 mostra o resultado da reserva lavrável obtida com o novo projeto para cada painel de lavra estabelecido.

Tabela 01 – Parametrização da reserva lavrável por painel PAINEL RESERVA (t) TEOR (%) SILL PILLAR PAINEL II – PAINEL III 1.040.000 2,50 PAINEL III 3.219.000 2,50 SILL PILLAR PAINEL III – PAINEL IV 845.000 2,50 PAINEL IV 2.175.000 2,50 PAINEL V 2.436.000 2,50 PAINEL VI 400.000 60.90 TOTAL 10.115.000 2,50

Figura 02 – Novo projeto de aprofundamento da mina, com a eliminação dos rib pillars e sill

pillars permanentes MÉTODO DE LAVRA VRM - VERTICAL RETREAT MINING O método conhecido como VRM – Vertical Retreat Mining oferecia uma gama de vantagens que levaram a Mineração Caraíba optar por sua aplicação. Destaca-se o maior controle geomecânico do maciço em zonas mais profundas, otimização da reserva lavrável e melhor controle da diluição corroboram com tal mudança. Para entender o VRM, a figura 03 retrata como um realce é desenvolvido e posteriormente lavrado. Basicamente, existem três zonas distintas no realce a saber:

Figura 03 – Realce típico do método de lavra VRM

• Face livre: é delimitada pelas travessas abertas no final da galeria, sendo geralmente limitadas pelo contato geológico do minério. Nesta área é feita uma perfuração de 61/2” com furos paralelos tendo em seu centro uma chaminé (slot) com nove furos.

• Under Cut: representa a porção inferior do realce cuja perfuração ascendente é realizada com diâmetro de 31/2”

• Over cut: representado pela porção superior do realce, cuja perfuração descendente tem o diâmetro de 41/2 para furos de até 35m de comprimento, ou 61/2” para os de maior comprimento.

Outros métodos de lavra também são empregados, dependendo basicamente da potência do corpo mineralizado, sendo os mais comuns sublevel retreat e o VCR. IMPLANTAÇÃO DO PASTE FILL A decisão de se implantar a tecnologia de paste fill foi fortemente influenciada pelas inúmeras vantagens que esta oferecia, tendo como referência às minas canadenses. Obviamente que custos adicionais seriam incorporados na análise econômica, entretanto, tal como será mostrado adiante, o custo-benefício mostrou-se bastante atraente. As principais vantagens advindas do backfill foram amplamente discorridas por Jager (1987), citado por Gürtunca (2001) destacando-se:

• Um maior controle sobre a estabilidade do maciço através do preenchimento com pasta dos vazios originados pela lavra, oferecendo um suporte permanente das escavações. Isto ajuda a prevenir o relaxamento acelerado do maciço que comumente está associado a eventos sísmicos e desplacamentos generalizados. O backfill também oferece um suporte lateral para os vazios, proporcionando a absorção de cargas resultantes das distribuições horizontal e vertical das tensões.

• Aumento da reserva lavrável tendo como base as minas canadenses que já operavam com esta tecnologia. Uma recuperação de até 80% da reserva geológica pode ser obtida. Para tanto, é necessário estabelecer um design para a mina, baseado em realces intercalados por pilares (rib pillars), ou realces secundários e realces terciários (sill pillar). A tabela 02 indica valores médios previstos para os

top sill

Bottom sill

overcut

undercut slot

raise

overcut

slot raise

undercut undercut

Bottom sill

Bottom sill

overcut

top sill top sill

painéis de lavra, obtidos nas principais minas que utilizam o backfill em seus processos produtivos

TABELA 02 - RECUPERAÇÃO MÉDIA PREVISTA (Rappolt, 1996)

Tipos de Realces Classificação em função da seqüência

Recuperação de lavra média

Taxa média de diluição

Realces Realces Primários 90% 10% Pilares temporários - Rib Pillars

Realces Secundários

80%

15%

Pilares temporários – Sill Pillar (também divididos em realces e pilares

Realces terciários

70%

30%

Segundo Rappolt (1996), tanto a recuperação de lavra, quanto à diluição esperada são substancialmente afetadas pelos seguintes fatores:

• geometria e tamanho dos realces; • qualidade da perfuração (setup do equipamento, desvios e acurácia nos

procedimentos) • qualidade da pasta • ciclo de vida do realce

Figura 04 – Foto de um realce já preenchido por paste fill As principais características da pasta produzida são: Sólidos = 78 % (rejeito de usina + cimento) Cimento = 4 % Slump = 6 ½” (5,5” a 6,5”) Tempo de cura = 28 dias (mínimo); Resistência à Compressão Uniaxial (UCS-28 dias) = 0.50 MPa A qualidade intrínseca da pasta está diretamente relacionada com a sua resistência à compressão uniaxial. Por sua vez, o valor desta resistência depende principalmente do percentual de cimento e do slump, além de outras tais como características do rejeito e tempo de cura. Como o objetivo deste trabalho não trata de questões específicas sobre a tecnologia de paste fill, este tema poderá ser melhor visitado através da ampla bibliografia existente, a exemplo de Andrade (2000), Martyn & Marthew (2001) e Moermam et all (2001).

LAVRA DE PILARES SECUNDÁRIOS (RIB PILLARS) A seqüência para a lavra de pilares é mostrada na figura 05, sendo esta um exemplo real da mina subterrânea da Mineração Caraíba. Para possibilitar a lavra deste pilar, faz-se mister primeiramente a lavra dos dois realces vicinais com o enchimento posterior.

Figura 05 – seqüência para lavra de um Pilar (Rib Pillar)

Para otimizar a recuperação de lavra do pilar e reduzir os riscos de diluição é imprescindível a utilização de instrumentos que possibilitem a leitura das condições das paredes remanescentes das escavações laterais. No caso da Mineração Caraíba, utiliza-se o CMS – Cavity Monitoring System. As causas mais comuns de diluição com pasta durante a lavra do pilar são:

• Baixa qualidade/resistência da pasta • Presença de material (mucking) na base dos realces localizados acima do pilar e • Planos de perfuração e desmonte inadequados.

Por sua vez, as conseqüências de uma diluição excessiva com pasta são as seguintes:

• Perda de produtividade no transporte • Aumento do custo de transporte • Aumento do custo de tratamento do minério

Realces primários já lavrados e preenchidos com

pasta.

Realce secundário, ou pilar, já

lavrado. Poderá ser preenchido com pasta sem

cimento ou estéril proveniente do

desenvolvimento.

Realce secundário, ou pilar, ainda por

ser lavrado.

• Atraso na seqüência de lavra causando queda de produção e interrupção do ciclo de enchimento dos realces.

A figura 06 mostra o resultado da lavra do pilar PE06-5P localizado entre os realces RE06-5P e RE07-5P. Observa-se que pelo lado esquerdo houve um resultado considerado ruim em termos de diluição, ao passo que no lado direito, onde está o RE07-5P, o resultado pode ser considerado bastante satisfatório.

Figura 06 – Resultado da lavra do pilar PE06-5P, com diluição excessiva pelo lado do RE06-

5P e resultado favorável pelo lado do RE07-5P LAVRA DO SILL PILLAR A lavra dos realces no SILL PILLAR localizado entre os painéis III e IV teve início em 2003. Dentre os principais fatores críticos de sucesso na lavra dos realces localizados neste painel, destaca-se a seqüência que deve ser seguida rigorosamente. A figura 07 mostra simbolicamente, como é a seqüência de lavra dos realces.

Realce RE06-5p

Pilar PE06-5P

Realce RE07/5P

45m

60m

Zona de diluição com pasta

ETAPA 01: - Lavra e posterior preenchimento com pasta dos realces nos painéis localizados acima e abaixo do sill pillar. Observa-se no detalhe que os realces do painel inferior são preenchidos apenas até o piso do nível superior, e os pilares no painel superior possuem pasta com cimento somente em suas bases;

- Reabertura de galeria em pasta no nível superior (top sill) do SILL PILLAR, coincidente com o nível de extração do painel superior; esta galeria servirá para a perfuração e desmonte do realce;

-Início da lavra do realce no sill pilar;

ETAPA 02: - O primeiro realce do sill pillar é lavrado e em seguida, preenchido totalmente com pasta (até o teto da escavação); - Inicia-se o desenvolvimento das galerias de perfuração, também em pasta, dos outros dois realces; - Lavra dos demais realces do sill pillar

ETAPA 03 - Os outros dois realces do sill pillar são lavrados e preenchidos com pasta até o teto;

- - Inicia-se o desenvolvimento das galerias de perfuração do pilares no nível inferior do sill pillar – Lavra dos pilares do painel inferior (Não concomitante)

Figura 07 – seqüência de lavra do SILL PILLAR Antes de iniciar a lavra de um realce localizado no sill pillar, é necessário primeiramente a reabertura da galeria em pasta, tal como mostra o exemplo da figura 08.

Realces preenchidos com pasta Pilares com pasta somente na base e complementado com estéril/pasta sem cimento

15m

25m

Realce em lavra

Figura 08 – Planta do Nível N-155, mostrando a galeria do realce RE05 a ser desenvolvida

em pasta Sistema de contenções das galerias em pasta Devido às características intrínsecas da pasta, principalmente no que tange à resistência à compressão uniaxial – cerca de 0,5MPa – um sistema rígido de contenções deve ser estabelecido. Tal sistema tem por finalidade:

• Garantir condições de segurança aceitáveis tanto para o pessoal que executa o desenvolvimento, quanto para aqueles responsáveis pela perfuração e desmonte e;

• Assegurar que o teto do realce, que consta de pasta dos realces já preenchidos, não venha a entrar em colapso causando diluição e, conseqüentemente, grandes prejuízos à Empresa.

Sendo, assim, o padrão de contenção estabelecido que teve como base os procedimentos adotados por minas canadenses sendo, inclusive, validado por consultoria externa consta de:

• Avanço de 10m com instalação de tirantes de 2,40m de comprimento e diâmetro 7/8”, com malha de 1,20 x 1,20m.

• Uma primeira camada de concreto projetado com espessura de 5 a 8 cm; • Instalação de telas com malha de 0,10 x 0,10cm; • Uma segunda camada de concreto projetado de igual espessura da primeira; • Instalação de cabos (cable bolting) com malha de 2,0 x 2,0m, Cabos com 7 fios e

15mm de diâmetros em furos de 2 ½” .

Área preenchida com pasta

Galeria a ser desenvolvida em pasta

A figura 09 mostra o projeto e o resultado da lavra do RE05 do sill pillar. Os dados relativos a este realce encontram-se na tabela 03.

Figura 09 – Mostra o projeto de lavra do realce RE05 9(a) e o levantamento com CMS após a sua conclusão 9(b).

TABELA 03 – DADOS DA LAVRA DO REALCE RE05- SILL PILLAR

Desenvolvimento em pasta 28m Projeção de concreto 84m³ Metragem de cabos instalados 716m Perfuração da face livre 61/2” 360m Perfuração dos leques 41/2” 691m Tonelagem de projeto 14.284 t Tonelagem lavrada 14.733 t Diluição nenhuma Tonelagem de pasta colocada 13.400 t Percentual de cimento na pasta (%) 4,5% UCS (56 dias) 0,32 MPa

Figura 9(a) Figura 9(b)

RESULTADOS O gráfico 01 mostra a relação entre a tonelagem de realces primários e secundários, incluindo os realces do sill pillar, desde 1997. Observa-se que a relação entre realce e pilar reduziu significativamente entre 1998 e 2003.

INSERIR TABELA

Gráfico 01 – Relação entre a tonelagem lavrada por realces e pilares Observa-se pelo gráfico uma relação inversa entre a tonelagem lavrada por realces e aquela oriunda de pilares. Com o aumento da lavra de pilares, o processo de planejamento passou a ser cada vez mais crítico devido às observâncias que devem ser tomadas ao se elaborar um projeto de lavra de cada pilar, conforme mostrado anteriormente. A reserva lavrável medida para o sill pillar localizado entre o Painel III e o Painel IV é de 845.000 t, sendo que até o presente momento, já foram lavradas 200.400 t. Espera-se que até meados de 2006 toda esta reserva já tenha sido lavrada. CONCLUSÕES A introdução da tecnologia de paste fill associada ao método de lavra de realces abertos mostra-se, indubitavelmente, como um excelente instrumento de otimização da recuperação de lavra. Tal assertiva foi amplamente discutida e evidenciada neste trabalho face aos dados apresentados. Em adição ao benefício do aumento da recuperação de lavra, tem-se o maior controle da estabilidade regional da mina e a redução dos impactos ambientais mediante o retorno do rejeito da usina o qual é adicionado à pasta. Os principais fatores críticos de sucesso para a Mineração Caraíba são o controle rigoroso da qualidade in situ da pasta, elaboração de planos de perfuração e desmonte adequados à lavra de pilares, o monitoramento constante das escavações através do CMS, e o cumprimento da seqüência de lavra estabelecida. Estes fatores, quando controlados, asseguram a otimização da recuperação de lavra e a previsibilidade dos resultados.

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003

ANO

SU

LFE

TO (

t)

REALCEPILAR

BIBLIOGRAFIA Rappolt, B. (1996). Mining Design Considerations – Final Report. Ontário, Canadá, pp 5-7. Jager, A. J., Piper, P. S. & Gay, N. C., (1987). Rock mechanics aspects of backfill in deep South African gold Mines. 6° International Congress on Rock Mechanics. Volume 2. Montreal, Canadá, pp. 991-998. Andrade, S. S., Almeida, P. H. P., Landriault, D., & Morrison, D. (2000). A Implementação da Tecnologia de Paste fill na Mineração Caraíba S.A. I Congresso Brasileiro de Mina a Céu Aberto e I Congresso Brasileiro de Mina Subterrânea. Güntunca, R. G., Toper, A. Z., Squelch, A. P. & Dlokweni, T. (2001). Rock Engineering Criteria for Backfill in Ultra-Deep Level Mining Environments. 7° International Symposium on Mining with Backfill. Ed. SME. EUA, pp. 133-134. Moerman, A. Rogers, K. Cooper, M. & Li, M. (2001). 7° International Symposium on Mining with Backfill. Ed. SME. EUA, pp. 237-250.