METODOS DE LAVRA A CEU ABERTO

Universidade Federal da ParaibaDepartamento de Mineração e Geologia

Prof. Arlindo José Bazante

GENERALIDADES

A lavra a céu aberto compreende todos os serviços de aproveitamento do material útil da jazida executada na superfície ou em aberturas amplas, não recobertas por rochas. É o contrário da lavra subterrânea, efetuada no interior dos terrenos. A lavra a céu aberto pode envolver casos de aproveitamento de material subterrâneo, através da remoção do terreno sobrejacente ou de simples execução de aberturas limitadas, onde o material interessante é extraído sem direto acesso humano às suas jazidas. Como exemplos deste último caso: lavra do petróleo, de gases combustíveis, sais solúveis, materiais de baixo ponto de fusão ou possíveis de serem mantidos em suspensão. Como tal é também classificável a lavra submarina de nódulos de manganês do leito do mar, procedida em navios flutuantes, a céu aberto.

APLICABILIDADE

De modo geral, a lavra a céu aberto é indicada para as jazidas aflo-rantes, para as de reduzido capeamento, cuja espessura aumenta com os novos equipamentos e métodos, para as atingíveis em encosta e para as lavráveis por furos de sonda. Específicamente, teríamos:

1 vieiros aflorantes - estreitos ou possantes; até limites compatíveis com econômica manutenção dos taludes impostos pela segurança dos serviços.

2 camadas horizontais ou pouco inclinadas de pequeno capeamento, se estreitas ou potentes, quando recobertas

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por solo ou rocha cuja remoção resulte mais econômica que a lavra subterrânea. É o caso principal de aplicação da relação estéril/minério e da relação econômica de descapeamento.

3 maciços que possam ser economicamente lavráveis por bancos em cava ou em flanco, o que ocorre, freqüentemente, até limitada profundidade (por exemplo a Mina Creighton no Canadá; lavrada a céu aberto inicialmente e depois em profundidade maior, segue de forma subterrânea); é outro caso típico de aplicação da fórmula que fornece o valor da relação estéril/minério e da relação econômica de descapeamento, visto que, muitos corpos podem ser parcialmente lavrados a céu aberto e impor lavra subterrânea a maiores profundidades (por altas despesas que seriam acarretadas para as aberturas que mantivessem o talude de segurança, isto é, casos em que a relação econômica de descapeamento seja inferior ao capeamento a ser removido e a lavra subterrânea seja econômica), conveniência deve ser feita para o aproveitamento de apófises laterais profundas do corpo, necessidade de preservações superficiais, etc.

4 jazidas profundas lavráveis por furos de sonda. Caso típico de jazidas de petróleo e gases combustíveis e ocasional das de sais solúveis (com capeamento de difícil atravessamento), de enxofre, de suspensóides, etc.

VANTAGENS E DESVANTAGENS

As vantagens são principalmente as de ordem econômica, decorrentes do emprego de grandes equipamentos, implicando em uma redução nos custos unitários e permitindo grandes produções diárias, desnecessidade de suporte do céu da mina, facilidade de observação e supervisionamento dos serviços, etc, além de melhor higiene e iluminação, maior flexibilidade de produção, menor diluição do minério extraído, menores

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problemas de ventilação e esgotamento, grande diversidade de equipa-mentos utilizáveis, etc.

Com todas essas vantagens as desvantagens são subordinadas. Imobilização superficial com a lavra e bota-foras e até restrições absolutas como no caso de cidades, mar, lagos, rios, estradas, terrenos muito valorizados, etc; despesas com o manuseio dos capeamento, interferência climáticas nos serviços limitando os trabalhos de lavra, etc. Devendo-se sempre levar em consideração a crescente preocupação em se evitar ou diminuir a poluição e a destruição de bens naturais, incentivando-se a mineração subterrânea.

O objetivo de preservação e restauração dos solos requer que se faça drenagem natural dos terrenos possibilitando agricultura e livre trânsito de máquinas e veículos. Isso requer: prévia remoção do capeamento, armazenamento do solo, nivelamento de rejeitos e estéril, restauração ou retificação das correntes de água pré-existentes. Tais serviços devem ser mecanizados e empreendidos no curso normal da lavra.

PLANO GERAL

A lavra convencional a céu aberto envolve algumas, ou todas, as operações abaixo relacionadas, que devem ser consideradas no planeja-mento global dos serviços.

1) Desbravar - compreende os serviços de desmatamento. São utilizados tratores de lâminas ou, em trabalho conjugado, arrastando fortes correntes, com pesadas bolas de aço; sucede-se a queima, remoção dos troncos e raízes, com emprego de tratores.

2) Remoção do capeamento - pode ser prévio ou simultâneo com o desmonte do minério, mantendo um suficiente avanço para não interferir com este. É executado por uma única ou por diversas

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tiras e tem relevante importância quanto à execução e a sistemática deposição do material removido. Geralmente é mecânico e efetuado por escavadoras. Mais raramente, com raspadores de cabos ou suspensos, etc. Às vezes, o desmonte é hidráulico, porém raramente é manual. Pode impor um prévio desmonte com explosivos, após furação, o que o encarece e limita.

3) Drenagem - antecede ou sucede ao descapeamento. Pode implicar valetas, executadas mecanicamente com máquinas próprias (valetadeiras) de diversos tipos, ou mesmo com escavadoras, retro-escavadoras, tratores, raspadores de cabos, ou com explosivos (como trincheiras). Podem ser necessários bicames, bombas, drenos, etc. Ela deve ser adaptada e mantida durante toda a lavra, por vezes impondo bicames sobre as frentes de desmonte, para derivação das águas. A drenagem das águas pluviais ou de infiltração nas cavas requer, comumente, diversas captações e depósitos e bombea-mentos em estágios.

4) Desmonte: o desmonte do material útil pode ser manual, hidráulico, mecânico ou com explosivos (simples afrouxamento, após furação, ou desmonte total, se o material é muito resistente para escavação mecânica). Nos casos de grandes espessuras, são executados vários bancos, com adequado desenvolvimento e sistemático desmonte, atendendo-se ao tipo de transporte e ao equipamento de desmonte empregado.

5) Carregamento: pode ser manual ou mecânico. As vezes, não ocorre, quando o material é carregado hidraulicamente ou desce, por gra-vidade, para funis inferiores.

6) Transporte: pode também ser manual, hidráulico ou mecânico. O tipo de equipamento é bastante variado, podendo ser: carrinhos de mão, gôndolas, vagonetas, vagões de trem, caminhões, correias transportadores (quase sempre impondo britagem nas frentes de desmonte, a menos que o material seja

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naturalmente fino ou o desmonte seja realizado com escavadeira de roda de alcatruzes), tubulações para polpa grossa, raramente diretamente em barcaças ou navios. Por vezes, o transporte é parcialmente subterrânea (como no caso de funis ou em certas cavas profundas, tais como a mina de Anaconda - USA, onde os caminhões descem pelos acessos, despejam em um funil-chute, há britagem subterrânea e o minério sobe por uma correia transportadora até a superfície, onde é ensilado e carregado em trens, que o levam a navios). Naturalmente, deve ser provida perfeita conjugação entre o carregamento e transporte, para maior eficiência dos equipamentos.

7) Despejo e Compactação: o minério transportado é despejado em silos, geralmente nas usinas de beneficiamento. O material removido pelo descapeamento é, comumente, diretamente despejado pela escavadora) em trechos já lavrados ou em bota-foras especiais, para se evitar um oneroso transporte. Mas, por vezes, este é indispensável, até bota-fora distantes, bem como para o caso do estéril intercalado com o minério. Após a deposição controlada, há nivela-mento com tratores e compactação com rolo pé-de-carneiro ou compactador, etc. Nos bota-foras os taludes devem ser mantidos seguros e há necessidade freqüente de drenagem protetora. Já se observou que, freqüentemente, há mais problemas na parte desmontada que nas frentes de desmonte.

8) Restauração: é a fase final, para se refazerem as condições superficiais iniciais, permitindo a sua posterior utilização, plantio, etc, inclusive com urbanização. É parte integrante de todo projeto bem elaborado.

FATORES ECONOMICOS

Todos os planos envolvem fatores econômicos intrínsecos, pertinentes aos serviços e condições climáticas locais e fatores de organização e execução dos serviços de gerenciamento, de

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ordem material e humana (tipo e condições do equipamento, eficiência dos trabalhadores e dos controles, reservas, manutenção e apoio, etc). A eficiência global resulta da multiplicação desses dois fatores. A produção previsí-vel é a calculada teoricamente multiplicado pelo fator de eficiência.

CLASSIFICAÇÃO DOS METODOS

A lavra a céu aberto comporta os seguintes métodos.

1. Gerais ou Convencionais

1.1 Lavra Manual1.2 Lavra Hidráulica1.3 Lavra por Bancos

1.3.1 em Flanco 1.3.2 em Cava

2. Especiais

2.1 Lavra de Placéres2.2 Lavra de Petróleo e Gases Combustíveis2.3 Lavra de Sais Solúveis ou Suspensóides2.4 Lavra de Enxôfre (Processo Frasch)2.5 Lavra Submarina2.6 Lavra In-Situ

A lavra in-situ apresenta muitas variantes, podendo envolver a destilação local de xistos betuminosos, de carvões ordinários, turfas (obtenção do monóxido de carbono, por ignição sufocada), lixiviações químicas ou bacterianas de minerais, ação de explosivo nuclear, etc.

A lavra submarina refere-se à coleção de nódulos de minerais jacentes no fundo de mares. A mineração no substrato marinho,

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raramente empreendida, é em alguns casos, procedida através de furações e explosões e posterior recolhimento do material desmontado, operando-se em bar-caças. Mas, uma lavra regular do substrato recai em lavra subterrânea

LAVRA POR BANCOS

Generalidades e Taludes

A lavra convencional a céu aberto por bancos pode ocorrer em jazidas atingidas em encostas ou flancos, ou se processar em aberturas feitas no terreno, abaixo do nível comum de escoamento do material desmonta-do. No primeiro caso, o material desmontado será descido, enquanto que no segundo ele será subido. A esta abertura dá-se a denominação de cava, fossa ou poço. Assim, tem-se dois casos: lavra em flanco e em cava. O termo "pit" é usado genéricamente para qualquer mina a céu aberto, seja em flanco ou em cava.

Para facilitar o desmonte e manuseio do material, os corpos espessos ou fortemente inclinados requerem comumente, uma divisão em tiras ho-rizontais, separadamente trabalhadas. Tais tiras constituem os bancos com uma face de desmonte vertical ou ligeiramente inclinada de apro-ximadamente 30o e uma plataforma, sensívelmente horizontal, denomina-da berma. Essa berma constitui o plano de trabalho, para o desmonte da frente, manuseio do material desmontado no banco, circulação de pessoal e veículos, locação de valetas de drenagem, proteção para eventuais desmoronamento superiores. No caso de haver furação para explosão, a berma serve ao banco inferior à mesma, para execução dos furos. Há alguma divergência entre vários autores sobre se a berma de um determinado banco é a sua parte inferior ou superior.

Conforme a frequência da lavra dos vários bancos, a largura das ber-mas pode ser maior ou menor, chegando a atingir centenas

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de metros em flanco. Em cavas, com avanço simultâneo e mais regular de diversos bancos, a largura é reduzida, devendo ser suficiente para uma boa circulação dos veículos e para fácil operação das carregadeiras e/ou escavadeiras, bem como para que o material desmontado na frente de trabalho não encubra a faixa de rolamento. Comumente é da ordem de 6 a 25 metros, com o mínimo eficiente de uns 10 metros. Mas a altura do banco e a largura da berma devem ser tais que o talude geral de lavra mantenha o valor desejado, uma vez que todos os bancos tenham sido considerados..

Os bancos individuais são projetados para acomodar o equipamento uti-lizado para transporte e manuseio do material desmontado. A altura é limitada pelo alcance da máquina escavadora. A largura deve ser sufi-ciente para permitir o volume de material desmontado e facilitar a manobra dos equipamentos. O talude deve ser o máximo possível, limi-tado pela mecânica das rochas. O quadro abaixo mostra a prática comum supondo uma rocha consolidada.

dimensões do banco mineralaltura (m)largura (m)talude (graus)

cobre12 - 1824 - 38 50 - 60 ferro 9 - 1418 - 30 60 - 70 não-metálicos 12 - 3018 - 45 50 - 60 carvão 50 - 7550 - 95 60 - 70 Assim, sendo h a altura do banco, i' a inclinação da sua face de des-monte, i o talude geral de lavra, a largura mínima da berma L, seria dado conforme a figura abaixo:

L = h ( 1/tg i - 1/tg i')

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Comumente, poucos bancos são lavrados simultaneamente, facilitando a concentração de equipamentos, disposição de maior largura para execu-ção dos furos para explosão, maiores explosões simultâneas, menor nú-mero de veículos transportadores, melhor supervisão, etc. Mas, há casos em que os bancos devem ser executados em sequência forçosa.

As cristas, correspondem as interseções da face de desmonte com as bermas, devendo delinear um plano que faça ângulo, com um plano hori-zontal, inferior ao ângulo de deslizamento natural do terreno, porém um pouco superior ao ângulo de repouso. Esse ângulo é denominado talude de lavra, seja esta em flanco ou em cava.

O talude de lavra é um elemento de extrema importância, não somente pela influência na segurança dos serviços como por determinar os li-mites superficiais da abertura superficial, influenciando a economi-cidade da lavra e a profundidade econômicamente atingível. Não é um fator local, condicionado a topografia, natureza do material e seu comportamento ao intemperismo, profundidade atingida, impregnação de água, etc., mas susceptível de apreciáveis variações numa mesma mina ou mesma formação, pela ocorrência de fraturas, planos de aleitamen-to, dobramento, efeitos de explosões, etc. É assunto que tem merecido inúmeros estudos e objeto de especialização em geotécnica.

Observa-se que muitos colapsos ocorreram porque os antigos serviços eram baseados em tradicionais taludes de 45o, tendo em conta cavas de até 150 a 200m de profundidade, ao passo que hoje muitas minas são mais profundas, requerendo cuidadoso planejamento. Tradicionalmente, eram consideradas cavas rasas as de 15 a 30m de profundidade, cavas profundas as de 30 a 60m e cavas muito profundas as de 60 a 150m. O mais importante aspecto da estabilidade dos taludes é a sua execução segura e econômica. Mas, observa-se que juntas e

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fraturas tornam as massas rochosas entidades individualizadas e não simples solo ou mas-sa homogênea.

Para idéia dos efeitos práticos da variação dos taludes, observa-se que um cone de 150m de profundidade requer desmonte de cerca de 14 milhões de toneladas, para talude de 45o. Dentro dos taludes normais, de 20o a 65o, a massa a ser removida da cava práticamente dobra para cada 10o de diminuição do talude. Por exemplo, para o caso acima te-ríamos cerca de 10 milhões de toneladas para um talude de 50o e 20 milhões para 40o. Naturalmente, o significado econômico dessa varia-ção dependerá da proporção de minério na cava considerada, já se ten-do visto que esta proporção diminui acentuadamente para uma espessura constante de capeamento. O emprêgo de um particular talude máximo global será de fundamental importância, não só para o limite final da cava, como também para a escala inicial de operaçoës, em cada proje-to. Isto restringe substancialmente as chances de se errar ou de se fazerem variações experimentais.

Um trabalho publicado no Congresso de Mineração de Melbourne, demons-trava que para uma cava cônica de 150m de profundidade, com base de 60m de diâmetro, era possível uma economia de 4,1 milhões de metros cúbicos de desmonte, passando-se de talude de 45o para 65o (6,4 mi-lhões de toneladas para 2,1 milhões). A custo de $0.98 por metro cú-bico, representava uma economia de $ 4 milhões.

Considerados bancos de 9m de altura e tirantes de aço de 4,2m de comprimento, assentados a cada 3,6m ao longo de cada berma, seriam ne-cessários 2083 tirantes. Ao custo de $85 por tirante instalado, a despesa seria de $177,000, acarretando um lucro final de $3,8 mi-lhoes. Infelizmente, são ainda muito pequenos os conhecimentos para previsões perfeitamente seguras dos taludes. Limitam-se mais a dispo-sitivos de

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segurança, possiblitando medidas locais e previsões de deslizamentos, além de conhecimentos teóricos e técnicos que facultam razoáveis planejamentos.

Dentre os vários dispositivos disponíveis o mais empregado é a técni-ca do RQD (Rock Quality Designation) e isogámas de contôrno de áreas deslizantes, para eficaz contrôle de análise de estabilidade e que foi dramáticamente comprovado em Fevereiro/1969 na mina de Chuquica-mata, prevendo um deslizamento de 4,5 milhões de toneladas (foram providenciados acessos alternativos, antes do deslizamento, evitando uma paralização mínima de 2 semanas para a maior mina de cobre do mundo, além do risco de danos para os equipamentos e de acidentes pessoais; a mina foi paralizada por 65 horas antes por medida de pre-cauções e 13 horas depois, por segurança contra novos deslizamentos. Diversos taludes tem sido consolidados com pulverização de materiais de revestimentos.

Mais comumente, o talude tem 35o a 65o e os taludes ou declividade dos bancos 72o a 90o, isto é, cerca de 3m na vertical para 1m na ho-rizontal até a face vertical. Em terrenos fracos, os taludes são me-nores. É frequente serem menores no capeamento que no minério, embora este seja mais profundo. Mas, às vezes sucede o contrário, por haver pressão nos trechos mais profundos (na mina de Toquepala, há subida de 1m para cada 1,33m horizontal, no capeamento (36o53') e de 1m para cada 2m, no minério (26o34').

BANCOS

Se a jazida não é de grande espessura pode ser lavrada em um único banco. É o caso usual de minas de carvão, cujas camadas são geralmen-te inferiores a 15m de espessura. Em minas metálicas, bancos de até 75m de altura já foram lavrados, mas isto constitui prática desacon-selhável e perigosa, sendo

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preferível substituí-los por diversos ban-cos menores. O número de níveis em uma mina subterrânea e o número de bancos em lavra a céu aberto, possuem uma correlação econômica idên-tica. Cada banco requer estradas ou trilhos que devem ser deslocados, a medida que os sucessivos recortes são desmontados, e cada banco po-de requerer furação e explosão. Quanto menor for a altura do banco, maior será o número de mudanças das perfuratrizes, com perda de tempo útil e encarecimento do manuseio de ferramentas, explosivos, etc Além da espessura da jazida, principal fator, inúmeros outros fatôres in-fluenciam a determinação da altura conveniente do banco: caráter fí-sico do material, condições climáticas, método de furação, explosão e comportamento da rocha, produção diária visada, tipo do equipamento de carregamento em conjugação com os de transporte, área da proprie-dade mineira, topografia local e traçado dos acessos, manutenção dos taludes, etc. As vezes, há necessidade de se lavrar separadamente diversos tipos de minério ou minérios de diferentes teores, visto que a seleção, com equipamentos mecânicos é difícil e limitada.

Em minas de ferro, a altura do banco é, comumente, de 9m a 14m; nas de cobre de 12m a 180m; nas de calcários, atinge 60m. A prática de cada região é, também, fator influenciante, por refletir considera-ções de ordem econômica, quanto à furação, consumo de explosivos, preço da mão de obra, etc. Assim, na Europa, são preferidos bancos de 15 a 30m de altura, embora a tendência seja de acompanhar a prática americana, baixando essa altura para 9 a 15m. Alturas menores ocorrem em lavras manuais, jazidas estreitas e pequenas produções.

Apesar da seleção dos equipamentos ser feita em função das produções e do plano de lavra estabelecido, não é raro que aproveitamento de equipamentos disponíveis afete o estabelecimento da altura dos bancos Assim, se uma escavadeira não possui suficiente alcance para limpar rochas soltas no alto da face de desmonte, é possível que um banco

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mais baixo seja escolhido. Observa-se também que, quanto mais alto for o banco da lavra em flanco, menor será o transporte por tonelada produzida, por serem menores os acessos requeridos, para uma dada in-clinação, ao passo que será maior no caso da lavra em cava, por maior perda de altura.

No caso da lavra do carvão, é comum a ocorrência de um ou alguns ban-cos para a remoção do capeamento e de um banco único para desmonte do carvão. Neste caso, é também frequente que o material do capeamento seja depositado diretamente no trecho onde o carvão já foi extraído, por escavadeiras de grande alcance ou draglines, sem qualquer trans-porte intermediário. Em minas com diversos bancos, isto é difícil, ou mesmo impossível, implicando transporte por vezes longos e onerosos deste material, até o bota-fora. Há casos porém, e quase sempre pre-feríveis, em que o material estéril seja depositado diretamente nos trechos já lavrados pela própria escavadeiras de grande alcance ou draglines, ou por intermédio de correias transportadoras, com ou sem britagem, ou ainda por caminhões. É a prática de restauração do solo lavrado. A questão econômica depende muito da quantidade desse material, do seu empolamento e das condições topográficas favoráveis.

LAVRA MANUAL

A lavra manual de bancos é rara, aplicável apenas em pequenas ocor-rências ou, ocasionalmente em alguns trechos, onde seja necessário grande seletividade do material. Poderia decorrer da falta de capi-tal, salários baixos, mão-de-obra abundante. Mas, em tais casos o fá-cil aluguel de algum equipamento mecânico podera ser considerado. Apenas resta ter em conta as contingências de ordem social. Não é, entretanto, muito adaptável a minerações, nos quais os serviços são permanentes ou duradouros e não eventuais.

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No caso, os bancos são de baixa altura, compatível com o tipo de des-monte usado e com o fornecimento de fragmentos manuseáveis. Raramente ultrapassam 3m. As bermas tem largura pequena, necessária às pistas de rolamento ou a linhas de trilhos, trânsito de pessoal e de equipa-mentos usados e à segurança dos serviços, impedindo que o material desmontado na frente ultrapasse e desça para os bancos inferiores. A largura mínima é de 3m, sendo frequentemente maior.

O desmonte é procedido com picaretas, enxadões, alavancas ou explosi-vos (furação manual ou mecânica, marteletes, raramente perfuratrizes em carreta). O carregamento é efetuado com pás, forcados ou por dire-to despejo nos veiculos transportadores. O transporte é com carrinhos de mão, gôndolas, vagonetas, caçambas, caminhões, diretamente para a usina ou embarque ou, mais usualmente para chutes intermediários, onde veículos maiores são carregados, planos inclinados, cabos aéreos, etc. É usual concentrar o transporte principal em uma ou poucas bermas, fazendo-se a transferência do material desmontado nas outras bermas, através de bicas (calhas de madeira) ou de chutes de superfície (caídas de minério superficiais, assoalhadas ou não)

LAVRA HIDRAULICA

É raro no caso de bancos. Mas comum em placéres ou remoção de capea-mento, se as condições são favoráveis.

O desmonte hidráulico é aplicável a terrenos não muito duros ou con-solidados, aproveitando-se da ação dinâmica da água associada ao seu poder carreante. O material desmontado é transportado para pontos de cota mais baixa, onde se deposita. O sistema implica em disponibili-dades elevadas de água e de locais apropriados para a deposição do material lavrado além da existência de declividades adequadas para a obtenção de pressão e escoamento do material carreado. Se as alturas

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disponíveis não são suficientes para obtenção de boa pressão da água, deve ser feito uma instalação de bombeamento, encarecendo o processo. É óbvio que o método tem aplicação quase nula se o material desmonta-do não é carreado pela água, já que pouco valeria um simples desmonte hidráulico e ter de carregar o material desmontado, pois seria prefe-rível que a carregadeira fizesse o desmonte direto, já que sua efici-ência seria muito reduzida com material molhado, lamaçento, apanhado no chão. Consequentemente, a aplicação do desmonte hidráulico implica na conjugação fatôres citados e não apenas na possibilidade de des-montar hidráulicamente o material considerado.

Na consideração genérica da lavra hidráulica, em terrenos frouxos é possível o emprêgo de "trincheiras inclinadas" ,com água contínua ou por descargas intermitentes, ou o sistema de "corte de bancos". Mas usual é, porém, o uso de jatos hidráulicos, isto é, água sob forte pressão, ejetada através de bocais especiais, montados em gigantes ou monitores. Parte do material é desagregada pelo impacto direto desse jato e parte pelo desabamento das frentes de desmonte, solapadas na base por ranhura aberta pelo jato. A água é depois escoada por vale-tas préviamente abertas, conduzindo o material desmontado a um bicame que vai ao local de deposição. Os detalhes operacionais, como dispo-sição das frentes e dos equipamentos, etc. variam com as condições locais. Mas, geralmente, a frente de desmonte é práticamente vertical e só dividida em bancos se a altura é superior a uns 35m.

Apesar de parecer simples, o método tem rígidas limitações, condicio-nadas pelo amplo suprimento de água, disponibilidade de declives e de locais de deposição, etc. No caso de descapeamento, o método não deve interferir com as operações de desmonte convencional do material útil o que requer todo o descapeamento prévio ou, pelo menos, uma acentua-da decalagem operacional.

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A quantidade de água necessária é grande, sendo usada principalmente para o carreamento do material, enviado para as valetas ou bicames, que da exigida pelo jato de desmonte. Quanto a esta última, a pressão é mais importante que o volume. Para material frouxo, pressões de 25 a 30m de água podem ser suficientes, mas pressões de 60 a 200m são requeridas para eficientes serviços, pois os gigantes devem ser man-tidos a razoável distância das frentes, para proteção contra bruscos desabamentos. Pressão inferior a 60m é considerada fraca para bons serviços. A exigência de elevadas pressões requer canos fortes e pe-sados, firmemente ancorados. Em falta de altura estática suficiente para obtenção da pressão desejada, usam-se bombas, comumente centífu-gas, de 2 ou 3 estágios, descargas até 12", capacidade de 200 a 300 l/s, motores até 300HP. Os encanamentos devem ser grossos, chegando a 12" de diâmetro, extensões até centenas de metros. Necessitam de cai-xa de tomada de água, válvulas de purga de ar e de distribuição, re-servatórios de acumulação, para evitar golpes de aríete, quando se fecha o monitor, e perdas de água, etc. Os monitores são geralmente semi-automáticos, com contrôles manuais e montados sobre patins, como o tipo Intelligiant, que pode ser acoplado na carroceria de um camin-hão, além de ser móvel, versátil, possuir boa mobilidade e pressão disponível variando de 4 a 700 atm. A operação consiste geralmente no abatimento da frente de ataque, me-diante seu solapamento por uma ranhura ou vaga, aberta na base. Evi-ta-se o arredondamento da face, pois a sua manutençáo regular facul-ta tirar partido das arestas de canto. Frentes estreitas tornam-se perigosas. Obtém-se um corte mais rápido com incidência oblíqua do jato de água, que deve ser desviado quando a frente esta se abatendo, para não projetar com muita força o material e evitar que ricochetei-em sobre o monitor. A altura da face é tanto maior quanto possível no caso considerado, atingindo às vezes até 50 ou 60m, embora a seguran-ça aconselhe o uso de bancos não superiores a uns

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30m. Fragmentos abatidos superiores a 15" não são arrastados pela água e devem ser removidos, por guindastes de longa lança, situados junto dos monito-res, ou acumulados por tratores em serviço intermitente com o desmon-te. Se possível, tais fragmentos são quebrados a malho ou com uso de explosivos, facultando o transporte pela água. Se durante o desmonte hidráulico são encontrados grandes blocos de rocha dura, estes são desmontados com explosivos. se a massa rochosa é grande, pode ser empregado o desmonte, por coiotes (galerias enchidas com explosivos).

As produções obtidas são bastante elevadas. Um bocal de 8", com 1700 l/s, desmonta cerca de 600m3 por hora. O processo é barato e rápido para o descapeamento de jazidas. Requer pouca mão de obra (1 mecânico 2 operários e 1 encarregado, para cada gigante). Emprêgo de vários gigantes menores pode ser mais eficiente que o de um único gigante grande. Naturalmente, a eficiência do desmonte depende de muitos fatôres: natureza do material, altura da frente, modo de operar, etc.

Para efeito de comparações é considerado o volume desmontado por dia por uma dada vazão de água (jardas cúbicas em 24 horas por "polegadas mineira" de água; correspondente a 1.5 pé cúbico por minuto, isto é. 0.708 litros por segundo). Atinge 1 a 4.5, em cascalho, e até 5 ou 6, em material fino.

O consumo de água pode ser calculado pela fórmula geral, isto é, área do bocal pela velocidade. Esta corresponde à raiz quadrada do produto da altura dinâmica da água (altura estática menos as perdas de carga) por um fator de correção K:

Q = A x K x H

A razão é, portanto, proporcional ao quadrado do diâmetro do bocal e à raiz quadrada da pressão da água. Em realidade, temos que a veloci-dade é dada por:

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V = K'2 g H

sendo K' da ordem de 0.9 a 0.94, dependendo da construção e conserva-ção do bocal. Sendo g a aceleração da gravidade, temos então que:

K = K' 2 g

Resultando:

V = KH = K' 2 g H = K' x 4.43H

Como K' = 0.9 a 0.94, teremos V = (3.987 a 4.164)

Para diâmetro do bocal expresso em polegadas, D , e a vazão em l/s seria:

Q = 2.1 D2H (H em metros)

Os monitores trabalham com bocais de 2" a 10" de diâmetro e pesam 180Kg (no1, entrada de 7") a 1100Kg (no9, entrada de 18"). É de fun-damental importância que o fato seja regular e não turbilhionado, pa-ra o que existem septos no monitor, junto ao bocal.

O alcance efetivo do jato depende da pressão do monitor. As tabelas abaixo fornecem um exemplo prático desse alcance e como os monitores são encontrados comercialmente.

pressão disponível de coluna d'água (m)20 40 60 80 100---------------------------------------------------------------------alcance do jato (m) 10 21 31 41 52---------------------------------------------------------------------

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No do Diâmetro'' Diâmetro'' Bocais '' Peso (kg)Monitor de Entrada de Saída

17 4 2 - 3180 29 5 3 - 4240 3 11 6 3 - 4400 4 11 7 4 - 6490 5 13 8 5 - 6670 6 15 9 6 - 7840 7 1510 6 - 7950 8 1810 7 - 8 1050 9 1810 9 - 10 1100

A tabela abaixo apresenta o desempenho de um monitor com um bocal de 90 mm, com uma pressão efetiva de 75 metros de coluna d'água e um consumo d'água de 800 m3/h

---------------------------------------------------------------------distância entre omonitor e a frente (m)5 10 15 20 15---------------------------------------------------------------------volume de material desmontado (m3/h) 10093 74 48 18---------------------------------------------------------------------consumo d'água por volume de material desmontado (m3/m3) 88.610.8 16.7 44.4 ---------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------------------

METODOS DE EXTRAÇÃO MECANICOS

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1. Classificação do Método de Lavra por Bancos

A explotação no qual se lavra minério, carvão ou rocha e realizada na superfície, sem contudo expor os trabalhadores a serviços subterrâ-neos é classificada como lavra a céu aberto. Embora alguma abertura possa ser feita sob a superfície e uma quantidade limitada de desen-volvimento subterrâneo seja ocasionalmente requerido, esse tipo de lavra tambem é considerado como a céu aberto.

A principal forma de operação da lavra a céu aberto é feita através do método de lavra por bancos empregando um processo mecânico em um ambiente seco, com a finalidade de desmontar o material. O método de extração mecânico pode ser dividido em 3 tipos.

1) Lavra por Bancos2) Pedreiras3) Lavra do Carvão

Esses métodos são responsáveis por cêrca de 90% da produção superfi-cial e por grande proporção da produção mineral de carvão, minério e rochas. Com base na tonelagem e aplicação, os 2 métodos de maior im-portância são: lavra por bancos e lavra do carvão

Largamente aplicado, esses 3 métodos empregam o convencional ciclo de operações para a lavra do material. A quebra do material é usualmente realizado por furação e desmonte, seguido do manuseio do material pa-ra posterior transporte.

Na lavra a céu aberto, o material sobrejacente, denominado capeamento é removido e transportado para uma área de

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despejo de forma a desco-brir o material interessante. Tanto o descapeamento como a lavra são executadas por um ou uma sequência de bancos. Um depósito de grande potência, típico dos minérios metálicos requerem geralmente diversos bancos. Provisão de bancos múltiplos tambem garante que um suficiente comprimento da face seja exposto para permitir a manutenção ininter-rupta da produção. Após um avanço suficiente do descapeamento de for-ma a descobrir parte do depósito, tanto o descapeamento subsequente como a lavra devem ser executadas em coordenação para que o rendimen-to proporcionado pela lavra do minério seja suficiente para cobrir os custos de remoção do capeamento, satisfazendo simultaneamente os ob-jetivos de longo prazo com relação aos limites do pit.

2. Fatôres Econômicos

Todos os planos envolvem 2 tipos de fatôres econômicos intrínsecos, referentes aos serviços e condições climáticas locais e a organização e execução dos serviços, de ordem material e humana. O primeiro fator é caracterizado como sendo de trabalho e o segundo de gerenciamento, estando relacionado como o tipo e condições do equipamento, eficiên-cia dos trabalhadores e dos contrôles, reservas, manutenção, apoio, etc. A eficiência global resulta da multiplicação desses dois fatôres A produção previsível então é a calculada teóricamente em função da obtenção desse fator, comumente designado como fator de eficiência.

A eficiência operacional equipamento é extremamente difícil de ser estimada, a não ser através de dados históricos existentes na mina ou pela experiência obtida em operações similares. As tabelas abaixo in-dicam os valôres aproximados da eficiência em função das condições de operação. A tabela 1 é usada para a operação de um único equipamento. A tabela 2 indica o fator de trabalho e gerenciamento conjuntamente. Quando o

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equipamento faz parte de um sistema coordenado, os valôres da tabela 1 devem ser multiplicados pelos da tabela 2 para determinar o fator de eficiência apropriado do sistema. A tabela 3 mostra a com-binação desses fatôres, sendo aplicável na maioria das condições en-contradas na mineração. A tabela 4 mostra a conversão do tempo de trabalho real por hora em função da eficiência.

a) Tabela 1: EFICIENCIA OPERACIONAL DO EQUIPAMENTO

FATORBOA ----------------- .90MEDIA --------------- .80RUIM ---------------- .70

b) Tabela 2: EFICIENCIA DE TRABALHO E GERENCIAMENTO

FATORBOA ----------------- 1.0MEDIA --------------- .85RUIM ---------------- .65

c) Tabela 3: EFICIENCIA GLOBAL COMBINADA

Eficiência de Trabalho e Gerenciamento +--------------------------------------+Eficiência|| Boa Média Ruim| Operacional |------|-------------------------------|do |Boa| .90 .77.59|Equipamento |Média | .80 .68.52| |Ruim | .70 .60.45| +--------------------------------------+

d) Tabela 4: tempo operacional/hora e eficiência equivalente

Minutos/horaEficiência %

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60 100559250834575406735583050254220331525

3. Lavra por Bancos

A lavra a céu aberto pelo método de bancos é uma operação de larga escala em têrmos de taxa de produção, responsável por mais de 60% da produção superficial. Ela permite a utilização de equipamentos alta-mente sofisticados de grande produtividade, sendo de capital intensi-vo e conservadora de trabalho.

Sequência de Desenvolvimento

A lavra a céu aberto, por sua própria natureza, envolve o transporte de grandes volumes de material para o britador ou fora do pit, por longas distâncias com inclinações geralmente fortes. Essas exigências afetam o projeto do pit, a seleção dos equipamentos e a taxa de produção requerida. Pelo fato dos teores serem relativamente baixos, a produtividade do equipamento deve ser alta e as relações de descapeamento serem mantidas a níveis modestos (0.8 a 4 m3/ton.). Assim, a profundidade do pit fica limitada a profundidades menores que 300 m.

As principais etapas do desenvolvimento são as seguintes. Após a área ter sido desbravada, a planta superficial é locada e construída. Par-ticularmente importante no desenvolvimento da uma lavra a céu aberto é a locação dos pontos de despejo do

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material estéril e, se a restau-ração do solo lavrado for requerida, os locais de deposição do solo. O britador, armazenamento, processamento, oficinas, etc. são geral-mente localizadas nas proximidades do contôrno do pit final, de forma a permitir um razoável acesso para fora. O equipamento é escolhido e adquirido conforme as necessidades. O avanço dos descapeamento então permite o ínicio da lavra (estágio de produção do minério, seguindo com a programação estabelecida), o descapeamento e a lavra então con-tinua regularmente com uma certa decalagem operacional, segundo os planos de curto e longo prazo. Devido ao alto grau de mecanização e a mobilidade requerida, é particularmente importante o layout e a manu-tenção das estradas, fornecendo acesso aos bancos de carregamento, aos meios de manuseio, pontos de despejo e áreas de serviço.

O estabelecimento do primeiro banco e cada um dos sucessivos bancos no estéril ou minério constitui uma operação crítica. A entrada ini-cial é referida como abertura da caixa (box cut), onde um prima de rocha sob a forma de cunha deve ser removido para o estabelecimento da nova face do banco. Os furos para explosão são colocados em linhas paralelas em ordem descendende da profundidade de forma que, quando desmontado, uma rampa de inclinação trafegável é formada do banco su-perior para o inferior. O uso de explosivos é maior que o normal, já que existe apenas uma face livre. Nesse local o manuseio do material não pode ser realizado devido a limitada área de manobra.

Ciclo de Operações

As operações de produção e auxiliares, o ciclo de operação do desca-peamento e lavra serão examinados separadamente.

Descapeamento

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O descapeamento se aplica a remoção do capeamento externo ao depósito mineral e o material estéril situado dentro do pit. A natureza do ca-peamento e estéril determina o ciclo de operações. Se o material não é consolidado não será necessário o desmonte e vice-versa. O equipa-mento de transporte e manuseio é selecionado para satisfazer as con-dições operacionais, supondo que o material estéril deve ser tanspor-tado para as áreas de despejo situadas a uma certa distância. O ciclo de operações do descapeamento e o equipamento geralmente utilizado consiste de um dos seguintes:

Furação: trado (rocha fraca), rotativa (rocha média), percussiva (ro-cha muito dura).

Desmonte: ANFO ou lama (alternativa: escarificar se solo ou rocha ma- cia), carregamento por máquina, detonação por espoleta elé- trica ou cordel detonante.

Escavação: escavadeiras do tipo shovel ou de roda de alcatruzes, car- regadeiras ou draglines.

Transporte: caminhões, correias transportadoras, tratores ou scrapers

Lavra (minério, carvão ou rocha)

Tanto no descapeamento como na lavra os equipamentos e ciclos de ope-ração são similares, podendo eventualmente serem idênticos. O fator determinante é a diferença ou similaridade do material. Se eles forem parecidos, então será enorme a vantagem em se utilizar o mesmo equi-pamento e ciclo. A razão é que o equipamento pode ser em ambas os ci-clos, principalmente quando ocorre a quebra de algum equipamento ou se ha uma demanda inesperada de produção. O ciclo de operações e o equipamento empregado consiste de um dos seguintes:

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Furação: rotativa (rocha média) e percussiva (rocha muito dura), jet piercing (rocha silicosa dura).

Desmonte: semelhante ao executado no descapeamento.

Escavação: escavadeiras do tipo shovel ou de roda de alcatruzes, car- regadeiras ou draglines.

Transporte: caminhões, correias transportadoras, scrapers ou trens.

Operações Auxiliares

As operações são similares, não importando se executadas no desenvol-vimento ou lavra. Elas usualmente consistem da maioria das seguintes:

1) Higiene e Segurança: contrôle da poeira (bancos de carregamento, estradas de acesso, pontos de dspejo), dimi- nuição do barulho, prevenção de combustão ex-pontânea se trabalha com carvão betuminoso ou linhito.2) Contrôle Ambiental: proteção do ar e água, gerenciamento dos depó- sitos de rejeito.3) Contrôle do Solo: estabilidade do talude (solo ou rocha), contrôle da erosão (solo).4) Fornecimento e Distribuição de Energia: sub-estação elétrico5) Contrôle de Aguas e Enchentes: bombeamento e drenagem.6) Disposição do Estéril: armazenamento e despejo.7) Fornecimento de Material: armazenamento, entrega de suprimentos.8) Reparos e Manutenção: disposição das oficinas.9) Iluminação: hlofotes portáteis para operações noturnas.10) Comunicações e Despacho: radio, telefone, computador.11) Construção: estradas de acesso.12) Transporte de Pessoal: caminhões, ônibus.

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Antes, durante ou após a lavra, as atividades de restauração do solo lavrado são tambem executadas conforme requerido.

Condições

As condições naturais, espaciais e geológicas, as quais estão associ-adas com a operação ótima do pit são as seguintes:

1) Dureza do Minério: qualquer2) Dureza da Rocha: qualquer 3) Forma do Depósito: qualquer, mas de preferência lenticular ou ta- bular.4) Mergulho do Depósito: qualquer, porém preferencialmente horizontal ou de pequena inclinação.5) Tamanho do Depósito: grande e potente. 6) Teor do Minério: pode ser muito pequeno.7) Uniformidade do Minério: uniforme, ou variável em horizontes.8) Profundidade: raso a intermediário (limitado principalemente pelatecnologia do equipamento utilizado, limitado econô- micamente pelas relações de descapeamento).

Características

As características peculiares da lavra a céu aberto podem ser relaci-onadas sugundo suas vantagens e desvatagens. Embora mencionadas ante-riormente, é preciso um maior detalhamento.

Vantagens

1) alta produtividade, característica dos métodos de lavra de grandes volumes, os quais são altamente mecanizados e conservativo em tra-balho (No USA, as minas de cobre e ferro fornecem respectivamente de 100 - 400 e 90 - 360 ton./homem x turno, inclindo minério e es-téril).

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2) pequeno custo da maioria dos métodos, refletindo a alta produtivi-dade (custo relativo de 10%).

3) alta taxa de produção (essencialmente sem limite, embora seja pos-sível pequenas minas).

4) entrada em produção mais cedo, segundo o planejamento do desenvol-vimento.

5) pequeno requesito de trabalhadores; pode ser sem treinamento, ex-ceto os operadores de funções importantes (escavadeira, caminhão).

6) relativamente flexível; pode variar a produção se ocorrer uma mu-dança na demanda.

7) adaptável para uso de grandes equipamentos; permite uma alta pro-dutividade.

8) custo de perfuração e desmonte relativamente baixo; superior que a lavra subterrânea nos casos onde a face do banco possui pouca es-tabilidade.

9) desenvolvimento e acesso simples; requer o mínimo de aberturas em-bora o avanço do descapeamento possa ser considerável.

10) o banco, se algum, requer suporte; o planejamento apropriado e a manutenção dos bancos pode fornecer a estabilidade desejada.

11) boa recuperação (pode chegar a 100%, execeto nos limites do pit), pequena a moderada diluição. 12) boa higiene e segurança, sem riscos subterrâneos.

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Desvantagens

1) limitado pela profundidade (menor que 300 m.); limite tecnológico imposto pelo equipamento; o depósito além dos limites do pit deve ser lavrado por métodos subterrâneos ou abandonado.

2) limitado pela relação econômica de descapeamento (0.8 a 4 m3/ton.) a economia limita os limites do pit.

3) alto investimento de capital associado aos grandes equipamentos.

4) problemas superficiais pode requerer a restauração do solo lavrado aumentando substancilamente os custos de produção.

5) requer um grande depósito para se obter um pequeno custo, a menos que seja de alto teor.

6) as condições metereológicas pode impedir a lavra, mas não proibir.

7) a estabilidade do talude deve ser mantida; projeto e manutenção adequada dos bancos associado a uma boa drenagem.

8) deve prover área de despejo para o material estéril e capeamento.

4. Pedreiras

Geralmente as pedreiras produzem do depósito mineral blocos de mineral de tamanho e forma irregulares. Ela assemelha-se com a lavra por bancos, mas os bancos, comumente denominados faces, são de menor al-tura e quase vertical.

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As pedreiras atualmente constituem um método de lavra pouco comum pela simples razão de que rochas de pequena dimensão são produzidas. O termo pedreira é por vezes aplicado a qualquer lavra a céu aberto que produza mineral não-metálico, porém é preferível restringir o termo para significar apenas aquelas que produzam blocos e seu singular método associado a operação. Assim a brita é produzida por uma lavra em bancos, enquanto que os blocos são produzidos em uma pedreira. Os materiais mais comuns são: granito, quartzito, mármore, etc., em ordem decrescente de dificuldade para lavrar. Devido a dificuldade de lavra o custo da pedreira é o mais elevado quando comparado com os outros métodos de lavra a céu aberto. É também altamente seletivo, impondo um método em pequena escala e baixa produtividade.

Sequência de Desenvolvimento

As propriedades do mineral que fazem com que um depósito seja comercialmente denominado pedreira são principalmente físicas, tendo muito pouco haver com as químicas. Elas incluem sua cor, aparência, competência, uniformidade, resistência, descontinuidades, etc. A prospecção e a exploração são realizadas de forma bem diferente, não empregando os métodos tradicionais normalmente utilizados. O desenvolvimento também é bem característico.

Após o desbravamento da área, a planta de beneficiamento e as facilidades de suporte são construídas em local adjacente a pedreira. A planta de beneficiamento não é para concentrar o mineral, mas para desempenhar as funções de serrar, polir, etc. Já que os blocos são irregularmente cortados no tamanho desejado na pedreira, as operações de lavra e processamento são direcionadas exclusivamente ao manuseio individual dos blocos. A quantidade de estéril é substancial, de forma que uma área de despejo deve ser locada próximo a pedreira. O capeamento é insignificante, devendo ser removido por métodos

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de descapeamento convencional ou hidraulicamente. A abertura da face inicial de desmonte é realizada pela execução de cortes ao longo da pedreira, levando em consideração suas propriedades (planos de acamamento, fraturas, etc.). O corte é feito em um bloco estratégico com aproximada-mente as seguinte dimensões: 1,2 m de largura, 3,6 de profundidade e 9,1 de comprimento. Uma vez que esse bloco tenha sido removido, uma abertura chave pode ser cortada ao longo da pedreira, a qual estabelece o primeiro corte. Com essa operação formam-se 2 faces livres de desmonte, o que permite a remoção dos blocos com o tamanho desejado. Quando o material retirado ao longo de toda largura da pedreira e a uma profundidade especificada, então se inicia o trabalho de um novo nível, removendo um outro bloco estratégico.

Ciclo de Operações

Já que o capeamento associado é mínimo, os métodos simples de descapeamento são suficientes. Comumente as pedreiras não possuem equipa-mento especializado para essa operação, sendo necessário contratar a execução dessa tarefa. Os métodos de descapeamento são os mesmos empregados na lavra por bancos, sendo o ciclo de operações o seguinte.

Furação: trado (rocha fraca), rotativa (rocha média), percussiva (rocha muito dura).

Desmonte: ANFO (alternativa: escarificar se solo ou rocha macia).

Escavação: dragline, scraper, monitores (solo), carregadeiras (rocha) Transporte: caminhões, scrapers ou draglines

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