Introducao mineracao ( Hidrogeologia - Eng. de Minas CEFET Araxá )

HIDROGEOLOGIA

APLICADA A MINERAÇÃO

Prof. Marcus Vinícios Andrade Silva

Engenheiro Geólogo - Hidrogeólogo

1

2

UNIDADE 1 - Introdução à Hidrogeologia

1.1 - Ocorrência das Águas Subterrâneas

1.2 - Hidrogeologia: Conceitos básicos

1.3 - Geologia de Aquíferos

1.4 - Construção e teste de bombeamento de poços tubulares

UNIDADE 2 - Conceitos básicos de Hidrogeoquímica

2.1- Noções de Hidroquímica

2.2 - Uso da água e requisitos de qualidade

2.3 - Poluição Antrópica x Natural

2.4 - Metodologias de campo

2.5 - Estudos de Caso

UNIDADE 3 – Hidrogeologia e Mineração

3.1 - Pesquisa Mineral x pesquisa Hidrogeológica

3.2 - Mapeamento e Modelagem Hidrogeológica e aplicações

3.3 - Planejamento de lavra e Rebaixamento de nível de água subterrânea

3.4 - Projeto, operação e manutenção de sistemas de bombeamento de águas subtrerrâneas e superficiais em minas

subterrâneas e a céu aberto

3.5 – Monitoramentos e mapeamentos hidrogeológicos das minas

3.5 – Estudos de caso 3

UNIDADE 4 - Simulação Numérica

4.1 - Modflow

4.2 - Previsão da migração de poluentes em águas subterrâneas

4.3 - Modelagem de fluxo de água subterrânea

4.4 - Método das diferenças finitas

4.5 - Condições de Contorno

4.6 - Principais etapas da modelagem

UNIDADE 5 – Legislação Ambiental aplicada a Hidrogeologia

5.1- Legislação Federal aplicada as àguas subterrâneas (ANA)

5.2- Legislação Estadual aplicada as águas subterrâneas (IGAM)

5.3. Outorgas e licenças ambientais

5.4. Aspectos sócio-ambientais das águas subterrâneas

5.5. Estudos de caso

UNIDADE 6 - Noções de Cartografia Hidrogeológica

6.1- O mapa hidrogeológico de mina

6.2- Finalidades e usos do mapa hidrogeológico da mina

6.3- Representação das estruturas hidrogeológicas presentes na mina

6.4- Medidas e símbolos utilizados em mapas hidrogeológicos e topográficos

6.5- Representação esquemática de aquíferos em mapas e seções verticais

6.6- A interpretação de mapas e seções hidrogeológicas de mina.

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FLUXO HÍDRICO SUBTERRÂNEO 5

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HIDROGEOLOGIA ÁGUA SUBTERRÂNEA

CONCEITOS BÁSICOS

HIDROGEOLOGIA x HIDROLOGIA x HIDRÁULICA

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HIDROGEOLOGIA APLICADA A MINERAÇÃO

HIDROLOGIA

HIDRÁULICA

ÁGUA SUPERFICIAL

ÁGUA EM TUBULAÇÕES

Nascentes

Cisternas

Poços

Córregos

Chuvas

Rios

Encanamentos

Mangueiras

Bombas

GEOLOGIA

MATEMÁTICA

ESTATÍSTICA

MATEMÁTICA

FÍSICA

MATEMÁTICA

GEÓLOGO E ENG. DE MINAS

ENG. CIVIL E AMBIENTAL

ENG. MECÂNICO E CIVIL

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GEOLOGIA

PLANOS DE LAVRA

Processo de

Outorga

A CÉU ABERTO

SUBTERRÂNEA

ENCOSTA

CAVA

Pesquisa

Hidrogeológica

Etapas do Rebaixamento do N.A (Nível de Água Subterrânea)

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Mapa Hidrogeológico

Modelo Numérico de Fluxo

Q outorgada

Condicionantes

HIDROGEOLOGIA APLICADA A MINERAÇÃO

Implantação do

Sistema de

Rebaixamento (Poços, DHP’s, Sumps, canaletas,...)

Construção,

Manutenção e

Ampliação da Rede de

Monitoramento

Hidrogeológico

Operação do Sistema

de Rebaixamento

Atualização e

Revisão dos

Estudos/Modelos

Hidrogeologicos

8

FUNDAMENTOS DE MINERAÇÃO E PESQUISA MINERAL

APLICADOS A HIDROGEOLOGIA

Prof. Marcus Vinícios Andrade Silva 9

BENEFICIAMENTO Caracterização Concentrado

MINA Desenvolvimento Lavra

EXPLORAÇÃO MINERAL Longo Prazo Médio Prazo

Meio Ambiente Meio Ambiente

Meio Ambiente Meio Ambiente

Pesquisa de Curto Prazo Pesquisa de Curto Prazo

METALURGIA 10

MINERAÇÃO BRASIL – 1998 - Tratamento de minérios. CETEM, Rio de Janeiro, 676 p.

BRASIL – 1985 - Métodos e técnicas de pesquisa mineral. DNPM, Brasília, 355 p.

CHIOSSI, N.J. - 1985 - Geologia aplicada a engenharia. Ed. Grêmio Politécnico, 427p.

HERMANN, C. - 1972 - Manual de perfuração de rocha. Ed. Polígono. SP. 450p.

McKINSTRY, H.L. – 1977 - Geologia de minas. Ed. Omega, Barcelona, 671 p.

OLIVA, L.A. (coord.) - 1985 - Métodos e técnicas de pesquisa mineral. DFPM/PNPM, 355p.

MARANHÃO, R.J.L. - 1985 - Introdução à Pesquisa Mineral. BNB. 682p.

Fundamentos de Mineração

Histórico

A mineração juntamente com a agricultura é considerada a primeira empreitada

do homem. Ambas, certamente, ocupam juntas a indústria primaria básica da

civilização. Outra forma de expressar a fundamental importância da mineração

em ambas, antiga e moderna cultura é lembrar que a natureza é uma fonte

limitada de recursos naturais ou caminha para gerar novas riquezas.

Desde os tempos pré-históricos, a mineração tem sido essencial para a

existência do homem. Devemos entender aqui, como mineração a extração

de toda substância mineral ocorrida naturalmente, na forma de sólido líquido e

gás, da terra, para propósitos utilitários. Por utilitários, podemos entender as

necessidades humanas essenciais e anseios que são unicamente encontrados

nos minerais através da história.


Uso dos minerais pelo homem


Muitas das idades culturais do homem estão associadas com os minerais e

seus derivados. Elas incluem a idade da Pedra (4000 AC), Bronze (4000 1500

AC), idade do Ferro (1500 AC a 1780 DC), Idade do Aço (1780 a 1945) e era

Nuclear (desde 1945). Não é coincidência que muitos marcos da história da

humanidade, viagem de Marco Pólo à China, Vasco da Gama à África e Índia,

descoberta do Novo Mundo por Colombo, corrida do ouro à Califórnia, África do

Sul, Austrália, Canadá, Entradas e Bandeiras no Brasil, Alasca, foram

executadas graças à procura e valor dos minerais. Pode-se também observar

que os minerais mais precisamente a mineração estão associados com a

ascendência de grandes civilizações. Como exemplo, temos a expansão do

Império Romano até a Espanha e Inglaterra, a conquista das Américas pelos

espanhóis e portugueses, a colonização da África e parte da Ásia e mais

recentemente os cartéis do petróleo.


Desenvolvimento Tecnológico da Mineração

Para entender a moderna prática da indústria mineral é interessante traçar a

evolução da tecnologia mineral, que tem um paralelo com a evolução e

desenvolvimento da civilização.

Pode-se afirmar que a mineração iniciou-se no paleolítico a 450.000 anos atrás .

De fato, não existiam dados substantivos que comprovem, mas alguns seixos tem

sido encontrados com os fósseis de homens da antiga idade da pedra. Eles eram

extraídos e trabalhados para as mais diversas necessidades como utensílios de

caça e armas. Já no início da idade da pedra o homem começa a lavrar corpos

subterrâneos em aberturas sistemáticas. Mineradores subterrâneos empregavam

métodos rústicos de controle em ventilação, iluminação e “quebra” de rocha.

Minas subterrâneas atingiram profundidades de 250 metros nos tempos Egípcios.

Minerais metálicos sempre atraíram a atenção do homem desde a pré - história.

Inicialmente os metais foram usados na sua forma nativa, provavelmente obtidos

pela lavagem de cascalhos dos rios em depósitos de pláceres. Com o advento

das idades do Bronze e do Ferro, o homem descobriu a fusão, levando-o a reduzir

minérios a metal nativo ou formar ligas.


O primeiro fato tecnológico notável, que mudou a mineração, foi a descoberta do

modo de “quebrar” a rocha, através de fendas ou falhas no maciço rochoso e

depois como as ferramentas feitas de ossos, madeira e da própria pedra não

eram suficientes para quebra da rocha, surgiu à técnica de fraturar a rocha por

aquecimento, seguido de um imediato resfriamento. Nenhum outro avanço

tecnológico foi de tal importância, até o uso da pólvora no século XVII.

Devido à rudeza e periculosidade dos trabalhos, escravos e prisioneiros eram

freqüentemente empregados nos trabalhos mineiros. Os egípcios foram os

primeiro a descrever atividade de mineração. Entretanto, o sucesso maior é

creditado aos romanos. Usando sua famosa habilidade de colonização, os

romanos estabeleceram a industria de mineração que se desenvolveu e

prosperou através do império.


Um notável desenvolvimento político em 1185 ampliou a mineração e o status

dos mineiros quando o bispo de Trend autorizou a mineração em seus domínios.

O grande impacto gerado pela necessidade do uso dos minerais, entretanto, foi

registrado pela revolução industrial. Juntamente com a crescente demanda por

minerais, ocorreu um espetacular incremento na tecnologia de mineração,

especialmente em conceitos científicos e mecanização, que tem continuado até

os dias atuais. Estas teorias vieram a formar a coluna vertebral da metodologia

com a qual nós, subseqüentemente, lidaremos.

Não é possível precisar cronologicamente todos os desenvolvimentos

tecnológicos da mineração, mas alguns dos mais marcantes, que tiveram impacto

na indústria ou na civilização de um modo geral, são numerados na tabela 2. Elas

culminam no lançamento da moderna mineração, para o começo do século 20,

com o advento da mecanização, produção em massa, computação e questões

ambientais.

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1876 Fundação da Escola de Minas de Ouro Preto, Brasil.

1903 Era da mecanização e produção em massa.

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ção



Mineração

A mineração pode ser definida como a arte de descobrir, avaliar e extrair

substâncias minerais ou fósseis existentes na superfície ou no interior da terra.

Minerar é extrair economicamente bens minerais da crosta terrestre.

Compreende a pesquisa (prospecção e exploração), o desenvolvimento e a

lavra, bem como o transporte, manuseio, beneficiamento e toda infra-estrutura

necessária a essas operações, excluindo-se os processos de metalurgia e

transformação.


A mineração baseia-se nos seguintes princípios:

- Ativa descoberta: ampliação das reservas;

- Completa extração: máxima recuperação na lavra e no beneficiamento;

- Adequada utilização: não usando minerais nobres quando a necessidade

imediata pode ser provida com outros minerais menos nobres.

Os trabalhos de mineração deve se desenvolver dentro de condições técnicas,

seguras e econômicas.

Questões Ambientais devem ser respeitadas dentro dos seus princípios.

A industria de mineração é caracterizada por visar o aproveitamento econômico

de um bem exaurível e não renovável, o que a diferencia das demais industrias.


Fases da Mineração

A seqüência das atividades envolvidas em uma mineração moderna é

freqüentemente comparado aos estágios da vida de uma mina. Estes são

quatro: prospecção, exploração, desenvolvimento e lavra. Prospecção e

exploração, para a mineração atual são ligadas e algumas vezes combinadas e

correspondem a pesquisa mineral. Geólogos e engenheiros de minas dividem

responsabilidades para com esses dois estágios. Do mesmo modo,

desenvolvimento e lavra são intimamente relacionados, sendo usualmente

considerados constituir a mineração propriamente dita e são a principal

ocupação do engenheiro de minas.


Prospecção

corresponde a fase de procura de uma jazida, visando a sua descoberta.

Diversas técnicas são utilizadas para a realização da prospecção. Métodos

geoquímicos e geofísicos por exemplo são de grande importância na localização

e identificação dos corpos mineralizados.

Exploração

corresponde ao estudo do corpo julgado jazida, empreendido para

conhecimento de suas características: volume, teor e valor, definição do valor e

extensão do corpo mineralizado. É nesta fase que serão realizadas as

campanhas de sondagem visando obter o maior número possível de

informações sobre a jazida. Os resultados obtidos nesta fase devem apresentar

o maior grau de confiabilidade possível para que se possa estimar a reserva de

forma correta. Vários procedimentos serão então utilizados visando avaliar a

reserva como por exemplo métodos estatísticos e geoestatísticos.


Desenvolvimento

Esta fase compreende a execução de acessos e preparação da jazida para

possibilitar o seu aproveitamento industrial. Diversos trabalhos são realizados

nesta fase que se desenvolve até o término da lavra. Abaixo está citados alguns

destes trabalhos. -Execução de galerias subterrâneas;

-Abertura de acessos às frentes;

-Remoção de capeamento;

-Construção de estradas;

-Preparação de pilhas de estéril e locação das instalações;

-Construção de barragens de rejeito;

- Instalações de apoio


Lavra (explotação)

Corresponde ao aproveitamento da jazida já provada e suficientemente

desenvolvida. Diversos métodos de lavra são utilizados de acordo com a forma,

dimensão, posição geográfica do corpo mineralizado. Esta fase compreende:

-Execução do método de lavra previamente definido;

-Serviços de desmonte;

-Carregamento e Transporte;

-Segurança;

- Tratamento de minérios.


Pode-se se dizer hoje que o fechamento de mina faz parte de uma das fases da

mineração tendo em vista a grande preocupação e a necessidade de

recuperação do meio ambiente. Nesta fase são compreendidos os trabalhos de

recuperação de áreas degradadas, revegetação, monitoramento das barragens,

etc. A recuperação, restauração ou reabilitação das áreas afetadas pela

mineração se baseia no conceito de desenvolvimento sustentável onde implica a

utilização racional dos recursos naturais para o bem estar da sociedade sem

comprometer a expectativa natural de sobrevivência das gerações futuras.

A atividade de mineração é tida como uma das mais impactantes ao meio

ambiente, gerando: degradação visual da paisagem, do solo, do relevo;

alterações na qualidade das águas; transtornos gerados as populações que

habitam o entorno dos projetos minerários e à saúde das pessoas diretamente

envolvidas no empreendimento. Porém a mineração é, sem dúvida, uma

atividade indispensável à sobrevivência do homem moderno, dada à importância

assumida pelos bens minerais em praticamente todas as atividades humanas,

das mais básicas as mais modernas. Apresenta então um desafio em realizar as

atividades de mineração e preservar o meio ambiente.


È importante lembrar que as fases não são perfeitamente distintas: prospecção

de novos corpos é tomada como exploração. Serviços de exploração são

considerados como desenvolvimento. As diferentes fases podem se sobrepor

não sendo obrigatoriamente sucessivas (operações para descoberta de novos

corpos, estudo dos já revelados, preparação de outros já estudados e para

aproveitamento industrial de alguns já desenvolvidos prosseguem, usualmente,

nas minas em operação).

È excepcional o caso de uma jazida completamente explorada antes que se

passe a fase de desenvolvimento e a lavra.

Prospecção e exploração estão legalmente englobadas na fase de Pesquisa.


Desenvolvimento está compreendido na Lavra legal.

É a fase que se executa após a jazida estar provada e quando já se tem o direito

assegurado (portaria de lavra).

Alguns conceitos serão tratado de forma a iniciar e facilitar o entendimento dos

diversos assuntos de mineração.


Mina: escavação feita na crosta terrestre para a extração de minerais.

Mineração: é a atividade, ocupação e indústria relativa a extração e tratamento de

minerais.

Mineral: substância natural, usualmente inorgânica, com composição química

definida e distintas características físicas.

Rocha: um agregado de minerais.

Minério: mineral ou rocha que tem suficiente utilidade e valor para ser extraído

economicamente.

Estéril ou Ganga: mineral com baixa ou nenhuma utilidade e valor quando

minerado.

Depósito mineral: ocorrência geológica de minerais em relativa concentração.

Jazida: ocorrência de minerais que podem ser extraídos economicamente.


Conceituação Legal (código de mineração)

“Compete a União administrar os recursos minerais, a industria de produção

mineral e a distribuição, o comércio e o consumo de produtos minerais”.

Os principais órgãos fiscalizadores são o D.N.P.M. (Departamento Nacional

de Produção Mineral) e o M.M.E. (Ministério de Minas e Energia).


Jazida: toda massa individualizada de substancia mineral ou fóssil, aflorando a

superfície ou existente no interior da terra, e que tenha valor econômico.

Pesquisa Mineral: é a execução dos trabalhos necessários a definição da

jazida, sua avaliação e a determinação da exeqüibilidade do seu aproveitamento

econômico.

Mina: é a jazida em lavra, ainda que suspensa.

Lavra: o conjunto de operações coordenadas objetivando o aproveitamento

industrial da jazida, desde a extração de substancias minerais úteis que contiver,

até o beneficiamento das mesmas.

Fases de um Projeto Mineiro





Pesquisa Mineral

Prospecção

É a pesquisa por minerais metálicos ou outros de valor (carvão ou não

metálicos). Visto que os depósitos minerais encontram-se na superfície ou

sob a superfície da terra, são empregados métodos de prospecção diretos

e indiretos.

Pesquisa Mineral

Métodos diretos

Normalmente limitados a depósitos superficiais.

Consistem de investigações visuais do depósito exposto e de amostras

coletadas. Os estudos geológicos são realizados por meio de fotografias

aéreas e imagens de satélite, mapas topográficos e estruturais.

Pesquisa Mineral

Métodos indiretos

Métodos geofísicos que detectam anomalias causadas pela presença

de depósitos minerais através de análises de medidas gravimétricas,

sísmicas, magnéticas, elétricas, eletromagnéticas e radiométricas.

Os métodos geofísicos se baseiam nas propriedades físicas dos

minerais como: densidade, atração magnética, condutividade

elétrica, etc. Também são empregados como ferramentas de

prospecção os métodos geoquímicos, através de analise

microquantitativas de amostras de solo e água, e os estudos de

vegetação e padrão de crescimento de plantas. É de grande

importância salientar que a prospecção tem como principal

finalidade a descoberta do depósito mineral.

Pesquisa Mineral

Método sísmico de reflexão

Anomalias geoquímicas

Pesquisa Mineral

Exploração

A exploração visa determinar com a maior exatidão possível o tamanho e

o valor do depósito mineral, utilizando-se de técnicas similares, porém mais

refinadas que as de prospecção. O melhor conhecimento do deposito mineral é

obtido através de amostras representativas deste, submetidas à análise de raios-X,

espectrografia ou radiometria. As amostras são obtidas através de furos de

sondagem, trincheiras, poços, etc.

Uma avaliação destes resultados por geólogos e/ou engenheiros de

minas possibilita o cálculo do teor do minério e sua reserva em toneladas.

Determina-se então o valor do minério estimam-se os custos de mineração

daquele depósito específico. Este procedimento é chamado de estimação da

reserva ou exame ou avaliação do depósito de minério. Para conclusão deste

estágio um estudo de viabilidade econômica é conduzido. Uma ferramenta

importante na estimação da reserva é a Geoestatística.

Deve-se nesta fase realizar um estudo o mais detalhado possível de

forma a obter com a maior exatidão as características da jazida. Erros de

estimativa de reserva podem ocorrer causando sub-estimativa ou super-estimativa

podendo inviabilizar o projeto.

Pesquisa Mineral

Reconhecimento de um minério com mergulho fraco por trincheiras, poços

e furos de sonda. 1 - Manto de intemperismo. 2 - Minério. 3 – Encaixante.

Desenvolvimento Mineiro

Define-se como o trabalho de abertura de uma jazida, para as atividades de

lavra. Desta forma o acesso à jazida precisa ser obtido pelo decapeamento, ou

seja, retirada do solo ou rocha de cobertura, para expor o minério próximo da

superfície para a lavra a céu aberto, ou pela escavação de aberturas da

superfície para a profundidade em depósitos profundos para serem lavrados por

métodos subterrâneos.

Em ambos os casos, certos trabalhos de desenvolvimento preliminares, tais

como aquisição de direitos minerários e financiamento, provisão de estradas de

acesso e outros transportes, fontes de energia, manuseio do minério, instalações

de tratamento, depósito de estéril e barragens de rejeito etc., precisam preceder,

ou caminhar paralelamente a lavra. Afigura abaixo mostra uma barragem de

rejeitos com alteamento a montante construída para abrigar todo o rejeito vindo

da usina de beneficiamento.


As atividades de mineração normalmente originam grandes quantidades de

estéril e rejeito. É importante fazermos a distinção entre estéril e rejeito.

Estéril é todo o material “não-minério” removido durante a lavra de uma

jazida mineral. Este material é estocado, em uma área estratégica da mina,

visando o seu aproveitamento futuro.

Rejeito é todo o material não aproveitado resultantes das usinas de

beneficiamento do mineral minério.

Para a deposição do estéril são construídos pilhas e para a contenção dos

rejeitos são construídas barragens ou barramentos que se iniciam na fase de

desenvolvimento mineiro. A localização das pilhas de estéril e barragens de

rejeito levam em consideração diversos fatores como por exemplo:volume de

material, características do material, método construtivo, topografia, hidrologia,

geologia, distância de transporte, etc.


Existem diversas formas construtivas de barragens de rejeitos que serão

tratados posteriormente como método de alteamento a jusante, a montante e por

linha de centro.

A figura abaixo mostra um projeto de planejamento de lavra visando obter o

limite ideal da cava onde se realizará a lavra do bem mineral. A partir da

definição desse limite serão realizados os projetos de construção de estradas,

determinação da altura dos bancos, blocos de minério e estéril, relação estéril

minério, e todos os parâmetros necessários para a realização da lavra da jazida.

Diversos programas de computador são utilizados para a confecção destes

modelos como por exemplo o VULCAN, DATAMINE, etc.


A figura abaixo ilustra a geometria final da cava vista em planta mostrando

as estradas e rampas projetadas para o transporte do minério e estéril. Estas

estradas são projetadas segundo diversos parâmetros como: altura dos bancos,

inclinação dos bancos, tipos de rochas de forma a realizar a lavra com o maior

aproveitamento possível do bem mineral, maximização dos lucros, agilidade no

transporte e diminuição dos custos.

Geometria final da cava a ser lavrada com representação das estradas


A lavra de uma mina pode ser realizada tanto a céu-aberto, quanto

subterrânea. Esta escolha está associada a diversas condições: tipo e forma do

depósito, dimensões do corpo, localização geográfica, fatores ambientais, etc.

De qualquer forma é imprescindível a realização do desenvolvimento mineiro.

Existem minas que se iniciam a partir da superfície, a céu-aberto, e em

determinada profundidade passam a lavrar seu minério a partir de vias

subterrâneas.

A figura abaixo ilustra um desenvolvimento realizado em uma mina

subterrânea que se iniciou a partir da superfície. Diversos fatores como relação

estéril/minério, segurança, maximização dos lucros, problemas ambientais

podem alterar o método de lavra a céu-aberto para subterrâneo.


É possível observar na figura que as

fases da mineração ocorrem em

conjunto.

Enquanto parte da mina está sendo

lavrada (produção), outra parte está

sendo desenvolvida para possibilitar o

seu futuro aproveitamento e uma

terceira parte está realizando uma

pesquisa a fim de estender a vida útil

da mina com a descoberta de novos

depósitos minerais.


O decapeamento tem um ciclo de operações para desmonte e manuseio do

estéril idêntico ao empregado nas operações de lavra propriamente dita.

Considerações econômicas determinam a relação estéril/minério.

O desenvolvimento para a lavra subterrânea é geralmente mais complexo e

caro. Requer um planejamento cuidadoso e projeto dos acessos, segurança e

estabilidade dos taludes.

A abertura principal para a superfície é, geralmente, através de “shafts” ou

poços, que podem ser de seção circular ou retangular, verticais ou inclinados, e

de tamanho suficiente para permitir a passagem de homens, equipamentos e

minério. Em terrenos acidentados, aberturas horizontais denominadas áditos

ou túneis, podem ser usados para atingir o corpo do minério.


Pela definição, a etapa de desenvolvimento antecede a lavra, entretanto, esta

divisão não é cronologicamente definida, sendo o desenvolvimento realmente

concluído somente quando a jazida é exaurida ou fechada. As razões pelas

quais o desenvolvimento e lavra caminham em seqüência são de natureza

administrativa e tecnológica.

- O investimento para desenvolvimento é muito grande para ser realizado por

inteiro, de uma só vez, sem retorno financeiro;

- É impossível desenvolver completamente uma mina, sem executar a lavra em

determinados pontos.


Da mesma forma como a pesquisa continua durante a lavra, o desenvolvimento

ocorre concomitantemente com esta. A tese de um limitado desenvolvimento, a

despeito da lavra, é amplamente defendida na mineração. Há um argumento

contrário, que advoga a favor do máximo desenvolvimento antes da primeira

produção, visto que para uma eficiente produção uma jazida requer que todos

os acessos e instalações superficiais estejam preparados antes que algum

minério seja produzido.

Muitos equívocos em projetos mineiros estão relacionados à pressa e avareza

na exploração de uma jazida. Desta forma, uma regra do desenvolvimento é

que uma locação satisfatória de capital e de trabalho sejam designados para

este propósito, de modo a permitir que seja realizado um máximo de

desenvolvimento antes do início da lavra. Em termos de engenharia, é o

mesmo que dizer que uma ótima taxa de desenvolvimento, precisa ser

determinado para cada projeto mineiro novo. Outra regra estabelece que o

desenvolvimento deve ser executado para acessar a máxima quantidade de

minério, para um mínimo de desenvolvimento de aberturas.


Do ponto de vista físico da abertura de uma mina, o principal propósito do

desenvolvimento é prover acesso à jazida, permitindo a entrada de mineiros,

equipamentos, suplementos, energia, ventilação e saída de minério e estéril

produzido. Antes do início da fase de exploração, o desenvolvimento é limitado,

tanto possível, à construção de aberturas primárias ou principais.

Na lavra a céu aberto, o acesso ao minério coberto pelo estéril ou pelo solo de

superfície, é obtido pelo decapeamento. Em minas subterrâneas, aberturas de

pequeno tamanho são feitas a partir da superfície para interceptar o corpo de

minério e eventualmente conectá-los com grandes aberturas de explotação.

Outras atividades relacionadas ao desenvolvimento são trabalhos

preparatórios, estruturas, pessoal e serviços que suportam a lavra e,

usualmente, as funções do processamento.

SONDAGENS MARANHÃO, R.J.L. - 1985 - Introdução à Pesquisa Mineral. BNB. 682p.

Introdução

Embora existam vários métodos de perfuração, nos trabalhos de

pesquisa mineral, as sondagens utilizadas podem ser agrupadas em

duas classes:

Sondagens rotativas

Sondagens a percussão

Nas sondagens rotativas as rochas perfuradas são cortadas pelo movimento

de rotação de um elemento cortante (broca, trépano ou coroa), que fica em

contato direto com as rochas. O material cortado é trazido até a superfície

graças a um fluido de perfuração (água, lama ou ar), que circula sob pressão

no interior do furo, ou fica retido em tubos especiais (bariletes), que são

retirados periodicamente dos furos, recuperando-se desta forma cilindros das

formações atravessadas que constituem os testemunhos de sondagens.

Sondagens rotativas

Introdução

Introdução

Sondagens rotativas

Nas sondagens a percussão o furo progride graças a ação de um elemento

pesado (trépano), que é deixado cair em queda livre no fundo do poço,

quebrando a rocha que está sendo perfurada em pequenos fragmentos, que

são retirados do poço com auxílio de caçambas amostradas ou bombas de

areia.


Introdução


Introdução

A escolha do método de sondagem depende das propriedades físico-

mecânicas das rochas que deverão ser atravessadas, principalmente

a sua dureza, abrasão, consistência e grau de fraturamento.

A dureza corresponde à propriedade que tem as rochas de oferecer

resistência a penetração de um corpo estranho no seu interior.

Quanto a esta propriedade, as rochas podem ser divididas em

extremamente duras, duras, médias e moles, sendo que os

principais tipos litológicos representativos destas diferentes classes

estão relacionados na Tabela abaixo:

Introdução

A abrasão representa a maior ou menor capacidade de uma rocha para

desgastar o material que penetra no seu interior. Consequentemente, depende

da dureza dos minerais componentes da rocha e, por isso, quanto mais duros

os minerais formadores, mais abrasiva é a rocha. Assim, as rochas ricas em

quartzo (dureza 7, na escala de Mohr) são particularmente abrasivas, enquanto

os calcários, os evaporitos, os folhelhos e argilitos são pouco abrasivos, visto

que são constituídos principalmente por minerais com dureza igual ou inferior a

três na escala de Mohr.

Introdução

Em relação à consistência, as rochas podem ser repartidas em tenazes ou

consolidadas e inconsolidadas. Os tipos inconsolidados são de origem

sedimentar, não apresentam cimento, e compreendem as areias, argilas,

diatomitos, aluviões, cascalhos, margas inconsolidadas, solos, etc. Nessas

rochas o problema maior consiste extração do material ultrapassado, pois

não existe geralmente dificuldade na penetração, em virtude de as rochas já

se encontrarem normalmente reduzidas a grãos. Nelas os trabalhos iniciais

são efetuados com sondagem manual, já que não são necessários grandes

esforços para a progressão do furo.

Introdução

As rochas tenazes englobam os tipos metamórficos, ígneos e de origem

sedimentar, desde que cimentados. Compreendem os arenitos, calcários,

folhelhos, basaltos, riolitos, traquitos, granitos, gnaisses, xistos, etc. Nessas

rochas a maior dificuldade consiste em geral na penetração e por isso, as

sondagens são executadas com o auxílio de máquinas, responsáveis pelo

movimento de rotação ou de percussão transmitido as brocas, coroas ou

trépanos.

Introdução

As fraturas são especialmente importantes porque modificam localmente as

características das rochas, reduzindo a resistência a forças mecânicas,

criando áreas de maior permeabilidade onde podem ocorrer perda do fluido

de circulação, faixas de desmoronamento, zonas de abrasão devido à

silicificação posterior, etc.

Introdução

As sondagens rotativas são indicadas para rochas duras ou extremamente

duras e para sondagens inclinadas, enquanto que os tipos a percussão são

mais utilizados em rochas inconsolidadas, como conglomerados formados

por blocos de rochas duras em uma matriz mol, ou em rochas muito

fraturadas. As demais vantagens de cada processo podem ser encontradas

na Tabela abaixo:

Introdução

Compração entre as sondagens rotativas e a percussão

Introdução Comparação entre as sondagens rotativas e a percussão

Existem vários métodos de sondagem que utilizam o princípio de rotação na

perfuração de poços, sendo os mais utilizados:

Perfuração manual:

- Sondagem a trado;

- Sondagem “empire” ou “banka”.

Perfuração com máquina:

- Sondagem a diamante;

- Sondagem a grenalha ou cálix;

- Sondagem “rotary”.

Sondagem rotativa

Sondagem a diamante:

Na sondagem a diamante o processo de perfuração é realizado

em geral com auxílio de uma coroa de forma anelar, contendo inúmeros

diamantes encravados, que girando a alta velocidade, corta o terreno

segundo uma seção circular, separando um cilindro do material penetrado

do resto da rocha (Figura abaixo).

Sondagem rotativa

Na sondagem a diamante os furos podem ser verticais ou inclinados e com

profundidade variando entre alguns metros até mais de mil metros.

As máquinas utilizadas na perfuração dos furos com pequeno diâmetro e

com uma profundidade de até 500 metros, geralmente são portáteis e

podem ir montadas em caminhões e em reboques apropriados.

Sondagem rotativa

(1) máquina de perfuração

composta do motor, embreagem e

caixa de câmbio;

(2) bomba d’água conectada a

coluna de perfuração e ao depósito

d’água;

(3) tripé de sustentação contendo a

alça, o eixo, a roldana e o

andaime, sendo que pela roldana

passa um cabo de aço ligado ao

guincho e que tem na extremidade

um tornel para içamento da

composição;

(4) coluna de perfuração

constituída de cima para baixo das

hastes, barrilete, calibrador e coroa

diamantada e que é acoplada ao

cabeçote da máquina pelo mandril.

Sondagem rotativa Instalação típica de uma sonda não-portátil para exploração geológica

Os testemunhos dos furos apresentam um diâmetro oscilando entre 18 e 61

mm, de acordo com a tabela abaixo:

Sondagem rotativa

Os tubos de revestimento são fabricados de tal forma que um revestimento

pode ser colocado no interior de um furo de bitola imediatamente superior.

Assim, um revestimento BX pode ser colocado no interior de um furo

realizado com coroa amostradora NX e a perfuração podem continuar com

uma coroa amostradora BX.

Sondagem rotativa

Sondagem rotativa Relação entre os

diâmetros das coroas

amostradoras, tubos de

revestimento e sapatas

de revestimento.

Sondagem rotativa

Os tubos de revestimento apresentam comprimento variando entre 1 a 10

pés. O acoplamento com um segundo tubo é realizado com auxílio de um

conector. As hastes são responsáveis pela transmissão à coroa dos

movimentos rotativos e de avanço, gerados pela máquina. Sua parte central

é oca, permitindo a passagem do fluido de circulação no seu interior.

“Desenho esquemático de uma haste da série X “

Sondagem rotativa

Para içar a coluna, basta rosquear o tornel na última haste superior, lugar do

cabeçote de perfuração e acionar o guincho.

Equipamentos para içar a coluna de perfuração:

(a) Tornel comum sem rolamento; (b) Colar recebedor de pancada.

Sondagem rotativa

Situado abaixo da última haste está o barrilete, que é constituído por um ou

mais tubos ocos, no interior do qual penetram e ficam acomodados os

testemunhos da sondagem, que são impedidos de cair no furo, quando a

composição é içada pelo atrito ou por um sistema especial de molas

retentoras.

Como mostra a figura abaixo, os barriletes são constituídos por um cabeçote

rosqueado, onde se adapta um conector, que é acoplado à haste e a um ou

dois tubos ocos, no interior do qual se alojam os testemunhos.

Corte esquemático de um barrilete duplo-rígido, acoplado ao calibrador e à coroa amostradora.

Sondagem rotativa As coroas diamantadas de perfuração são constituídas numa das extremidades

por uma matriz onde estão encravados os diamantes, enquanto na outra

extremidade existe uma rosca que é acoplado ao calibrador que tem com

função calibrar o furo e proteger o barrilete e a coroa.

As coroas são classificadas quanto ao tipo, tamanho e qualidade dos

diamantes, ao número de saídas d’água e em relação às características da

matriz.

Sondagem rotativa

(a) Desenho esquemático de calibradores do tipo anel balanceado

(b) anel balanceado com reforço de tungstênio

Sondagem rotativa

(a) com pedras pequenas – 60 pedras por quilate e duas saídas d’água;

(b) com pedras grandes e duas saídas d’água;

(c) escalonada e com três saídas d’água;

(d) impregnada e com diversas saídas d’água.

Diferentes tipos de coroas amostradoras

(a) (b) (c) (d)

Sondagem a grenalha

Este método tem um princípio de funcionamento semelhante ao da sondagem

diamantada, sendo que, nas formações atravessadas, a perfuração do terreno

é efetuada por seção, através de coroas lisas extremamente duras. Estas são

comprimidas sobre grãos de quartzo ou esferas de aço de pequeno diâmetro

(grenalha), que, por abrasão no fundo do poço, vão cortando as rochas.

Detalhe da perfuração a grenalha (a) e do esquema do furo (b)

(a) (b)

Sondagem a grenalha

Nestas sondagens, os furos em geral apresentam um diâmetro maior que os da

sondagem a diamante, sendo os valores compreendidos entre 5cm e 2,5cm.

Nas perfurações em terrenos duros e fissurados, os grânulos se perdem com

facilidade e a coroa age diretamente sobre a rocha sem qualquer avanço. Já

nos terrenos moles e fofos a coroa lisa e normal deve ser substituída por coroas

dentadas, que recortam diretamente o terreno, sendo que este tipo de

perfuração nada mais é que uma variável do tipo “rotary”.

Acima da coroa há um barrilete que se liga a uma peça denominada cálice,

responsável pela coleta dos fragmentos mais grosseiros da rocha perfurada e

das esferas de aço que são removidas eventualmente pelo fluido de perfuração.

O consumo de esferas varia de 1 a 4 metros de avanço em terrenos

homogêneos.

Sondagem “rotary”

Na sondagem “rotary” o processo de perfuração é realizado com auxílio de

trépano ou broca, que, girando rapidamente no terreno, corta e reduz a rocha

a pequenos fragmentos, à medida que ocorre a penetração nas formações. O

fluido de perfuração que é bombeado através das hastes, sai com forte

pressão por orifícios existentes na broca e sobe ainda com grande pressão

até a superfície, carregando o material cortado e efetuando a limpeza do furo.

Na superfície, a lama de perfuração é dirigida para um tanque de decantação

e peneirada, para se recuperarem os fragmentos das rochas cortadas, que

constituem as amostras de calha indicativas das formações atravessadas.


Após a decantação o fluido passa para um tanque e daí volta a recircular pelas

hastes de perfuração.


1 e 2 - mesa giratória,

3 - “kelly”,

5 - Tornel,

6 - Trépano,

7 - Haste,

8 - Tanque de decantação

9- Mangueira para

transportar o fluido de

perfuração.

Na figura B, observa-se o

detalhe da mesa giratória.


As brocas de perfuração empregadas têm formas bastante variáveis, e as

mais comuns estão apresentadas na figura abaixo.

Brocas de perfuração usadas no sistema “rotary”.

(a) trépano de arraste, (b) tipo tricônico, (c) tipo rodilho.

Sondagem a trado

Nestas sondagens a perfuração é efetuada graças à rotação manual do trado

diretamente contra o terreno.

Existe uma grande variedade de trados, sendo que as maiores variações são

quanto à forma do elemento cortante.

Trados manuais, com elemento cortante em forma de caçamba (a), e espiral (b).

Diferentes tipos de elementos cortantes, usados em sondagem a trado manual.

As perfurações por trado normalmente são feitas com o diâmetro oscilando entre 2” e 6” e atingem profundidades de até 25m.

Sondagem a trado

Sondagem “empire” ou “banka”

Na sondagem “empire” ou “banka” a perfuração é executada pela introdução de

uma tubulação no aluvião que está sendo estudado, graças primeiro ao

movimento de rotação desta tubulação, executado por operários ou animais,

que giram braços radiais adaptados aos tubos. Em segundo lugar, graças ao

peso da própria tubulação, que tem acoplado ao primeiro tubo uma plataforma,

sobre a qual ficam dois a quatro operários encarregados da coleta de

amostras.

Sondagem “empire” ou “banka”

Desenho esquemático de sonda “empire”,

indicando os seus principais componentes:

1-coroa ou sapata dentada;

2-tubos;

3-braços radiais;

4-plataforma;

5-composição interna para limpeza;

6-bomba de areia;

7-trado “colher” para início do furo.

Sondagem a Percussão

As perfuratrizes a percussão empregam o princípio do peso em queda livre,

para desferir golpes ritimados contra o fundo do poço. Os fragmentos cortados

são recuperados com auxílio de bobas de areia, caçambas de limpeza,

amostradores de solo ou através do fluido de circulação.

Do mesmo modo que nas sondagens rotativas, nas perfurações a percussão

existem sistemas de trabalho manual e com máquinas.

Na sondagem manual, a equipe de perfuração é constituída por um tripé,

contendo roldana ou polia na parte superior, por onde passa uma corda

grossa ou um cabo de aço, que se liga a um peso de bater, contendo uma

haste guia. Esta é introduzida na haste de percussão através de um

cabeçote de bater, atarrachado à primeira haste, que contém um orifício,

para ultrapassagem da haste guia.


(a) - equipe de percussão

composta pelo peso de bater

contendo a haste-guia, que

penetra na haste de

perfuração através do

cabeçote de bater.

(b) - haste de percussão de

aço especial trefilado a frio

sem costura, com roscas em

ambas as extremidades e

luva externa.

(c) - amostrador de tubo

(1) sólido composto do

cabeçote, (2) tubo sólido, (3)

retentor de testemunho,

(4)sapata.

(d) amostrador bipartido

(1) cabeçote, (2) luva, (3) tubo

bipartido, (4) retentor de

testemunho e (5) sapata.


O princípio de operação consiste em rosquear a primeira haste e, na

extremidade superior desta haste, coloca-se o cabeçote de bater. O peso é

então levantado por dois operários, puxando a corda que passa na roldana.

Um terceiro operário introduz a haste guia no orifício do cabeçote e o peso é

deixado cair em queda livre, iniciando a penetração do amostrador. A partir

daí, o peso é levantado e deixado cair de forma rítmica até a penetração de

todo o amostrador, quando uma segunda haste de percussão é atarrachada à

primeira, após a retirada do cabeçote de bater, que deve ser colocado agora

na extremidade da segunda haste e reiniciada a operação de percussão. À

medida que penetra no terreno parte do material atravessado penetra no

amostrador através da sapata oca. Ao se levantar o testemunho permanece

no amostrador graças a uma espécie de válvula ou mola que fecha o bico do

amostrador.


Nas sondagens a percussão, utilizando-se máquinas, o método normal

consiste na perfuração por cabos de aço, que sustentam uma coluna pesada

de percussão, que é deixada cair de forma rítmica sobre o fundo do poço,

graças ao movimento de um braço excêntrico, chamado balancim. Abaixo

está representado um desenho esquemático de uma sonda a percussão.


Desenho esquemático de uma equipe de

sondagem a percussão.

Desvio de furos Durante os trabalhos de sondagem, a experiência tem demonstrado que

raramente os furos apresentam uma trajetória reta, sendo comum à existência de

desvios, principalmente, em furos profundos ( com extensão superior a 100m).

Não existe uma causa única responsável pelo desvio dos furos, porém hoje em

dia sabe-se que: os furos que formam um pequeno ângulo com as camadas,

tendem ao paralelismo com elas, os poços quando cortam as formações com

ângulos fortes tendem a se tornar perpendiculares as estruturas, nos furos

horizontais ou fortemente inclinados em relação a vertical são freqüentes os

desvios motivados pelo peso da composição que orienta o furo em direção a

superfície, nos furos em terrenos moles, tais com argilitos e folhelhos ao atingir

veios subverticais de rocha dura (basalto, por exemplo) tende a se amoldar

segundo o contato, nas perfurações em conglomerados formados por seixos

duros em uma matriz mole ao atingir os seixos de grandes dimensões muitas

vezes é desviada, zonas fendilhadas que facilitam ou dificultam a perfuração

motivam quase sempre deflexões, hastes curvas e conexões defeituosas

facilitam os desvios assim como perfurações em altas velocidades de rotação

ou com pressão excessiva.

Desvio de furos Para a medição da inclinação dos furos, utilizam-se clinômetros de vários tipos,

sendo que os mais usados apresentam princípios óticos, eletromagnéticos,

químicos ou mecânicos.

Desvio de furos

(a) Equipamentos principais

do clinômetro ótico.

(b) Foto típica tirada a uma

dada profundidade.

Desvio de furos

A trajetória do furo é obtida, ligando-se as diferentes posições encontradas.

Perspectiva de um eixo de um furo de sonda “rotary”

Desvio de furos Em alguns casos, principalmente na exploração de campos de petróleo e gás, as

sondagens são desviadas propositalmente, com a finalidade de alcançar

determinados horizontes, que não seriam atingidos a partir de perfurações

verticais.

As sondagens dirigidas podem ser motivadas pela presença de horizontes

produtores abaixo de lagoas, lagos, rios,ou oceanos, pela existência de níveis

petrolíferos ao lado de domos de sal, para atravessar falhas fortemente inclinadas

que desviariam poços verticais, para aproveitar furos acidentados, para executar

a partir de um furo original várias perfurações em leque.

Os principais aparelhos usados para a deflexão dos furos são a cunha, o joelho

e o trépano desviador.

Desvio de furos

Casos típicos de sondagem dirigida

Desvio de furos

Esquema de deflexão em um furo de

sonda com auxílio da cunha desviadora.

Desvio de furos

(a) Joelho desviador

(b) Processo de operação (b)

Estudos dos testemunhos de sondagem

Os melhores testemunhos são obtidos nas sondagens diamantadas, que

dão cilindros das rochas atravessadas. Na descrição destes testemunhos,

além da denominação da rocha, deve-se anotar a percentagem de

testemunho recuperado, o aspecto geral da rocha, sua cor, tamanho dos

grãos expresso numericamente, os minerais reconhecidos, o tipo e grau de

alteração, o ângulo entre os planos estruturais (xistosidade, estratificação,

juntas, veios) e o eixo do testemunho, as zonas fortemente cisalhadas ou

com recuperação apenas de argila, que podem corresponder a regiões

falhadas, etc.


A recuperação é calculada, relacionando-se o comprimento do testemunho

com a extensão da rocha atravessada.

O ângulo que as principais direções estruturais formam com o eixo do

testemunho geralmente é útil, mesmo considerando que o testemunho gira

no interior do barrilete e, ao recuperá-lo, não se conhece a sua posição

original.

Os testemunho de sonda após a descrição são armazenados em caixas

com aproximadamente dois metros de comprimento por cinqüenta

centímetros de largura onde são marcados e registrados para possíveis

correções e verificações dos mesmos.


Caixa de testemunhos de sondagem

SONDAGEM

105

DESCRIÇÃO E ANÁLISES DOS TESTEMUNHOS

SONDAGEM

INTERPRETAÇÃO GEOLÓGICA

SONDAGEM

Teor médio de

Zn – 21%

Teor médio de

Zn – 14%


SONDAGEM


SONDAGEM


SONDAGEM

CAPA Lapa

Superior

Lapa

Inferior

Documents

Introducao mineracao ( Hidrogeologia - Eng. de Minas CEFET Araxá )