5ª Jornada Ibero-americana da Rede Meio Ambiente Subterrâneo e

Sustentabilidade

QUESTOES GEOTÉCNICAS NO PROJETO DE TRANSPORTE DE MATERIAL FRAGMENTADO

POR MEIO DE PASSAGENS EM MINAS SUBTERRÂNEAS

Geotecnia en Diseño de Transporte de Material Fragmentado través de las entradas en las minas

subterráneas

JOSÉ MARGARIDA DA SILVAADILSON CURI

Escola de Minas/Universidade Federal Ouro Preto/Brasil AMILTON BERNADINO SILVA FILHO

Instituto Federal Minas Gerais/Brasil

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ApresentaçãoEste trabalho mostra:• parâmetros de projeto de passagens de minérios e são

descritos fenômenos de fluxo observados;• prática corrente nas minerações quanto ao suporte de

passagens em rocha• situações de rupturas de escavações e de conseqüências

sobre passagens de rupturas em escavações vizinhas;• sistemas de suporte e revestimento de passagens de minério

para estabelecer recomendações de projeto e produção;• necessidade de maior atenção à questão nos projetos, • potencial múltiplo de riscos, • limitação da literatura disponível; • necessidade de continuação dos estudos nessa área.

Introdução• Atividades de movimentação de materiais granulares

estão presentes em diversas indústrias, incluindo-se a mineração.

• Entre formas de transporte, com armazenamento temporário de material fragmentado, estão passagens ou chutes em minas subterrâneas, utilizadas na maioria das minas conhecidas, para transferência de materiais entre níveis de minas.

• Suporte de escavações de lavra tem que sobreviver a grandes deformações resultantes das tensões induzidas pelo progresso da extração em subsolo.

Fluxo de material em minas subterrâneas

• Cerca de 60% das minas usam (ou usaram) passagens de minério e/ou silos de estocagem.

• Preocupação em relação ao fluxo de material fragmentado vem desde o início do século XX, se intensificando na década de 60.

• Fluxo de material fragmentado entre operações potencialmente mais arriscadas em mineração subterrânea (Beus et alii, 1997).

Fluxo de material em minas subterrâneas

• Colapsos em passagens reforçaram necessidade de se melhorar métodos de projeto, padrões e métodos de monitoramento e técnicas de prevenção e remoção de bloqueios.

• Em estruturas semelhantes a silos, mesmo para estocagem temporária, o impacto da queda de partículas pode causar danos e ruptura em paredes e comportas de descarga.

• Formação de arco de material e as rupturas estruturais em silos e passagens causam acidentes (Iverson e Beus, 2003) .

Problemas que afetam desempenho em passagens de minério

Hambley (1987):• entupimentos devido a arcos coesivos;• bloqueios devido a arcos mecânicos (de

intertravamento);• suspensão de fluxo, quando o material forma um canal

de fluxo vertical estável no interior da passagem;• desgaste do revestimento e/ou desplacamento das

paredes da passagem.

Acidentes em passagens • EUA - 75% dos acidentes entre 1975 e 1995, relacionados com

problemas operacionais em chutes e passagens de minério, uso de ferramentas nas passagens de minério, quedas de rocha fragmentada, rupturas estruturais de chutes ou portões e ruptura das paredes de passagens de minério (BEUS et alii, 1997).

• Integridade das paredes e pilares de proteção é uma função da engenharia de rochas, enquanto especialistas em manuseio de materiais são treinados para lidar com as características de fluxo da rocha fragmentada.

• Maioria das minas não tem técnicos em manuseio em seus quadros; portanto, responsabilidades ficam para setor de engenharia de rochas.

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Longevidade de passagens

• Na maioria das minas subterrâneas, a transferência de material confia em sistemas de passagens de estéril e minério.

• O maior desafio é assegurar que estes sistemas se mantenham em operação.

• A ruptura inesperada de uma passagem pode resultar em problemas que incluem o fechamento da mina.

A vida útil da passagem é influenciada por:• condições do maciço, • configuração da passagem, • considerações de operação e suporte da passagem. (Hadjigeorgiou e Mercier-Langevin, 2008)

Mecanismos de degradação de passagensMorrison e Kazakidis (1995) - dados de campo estabeleceram abordagem

qualitativa dos mecanismos dominantes de degradação de passagens:

• rupturas estruturais facilitadas pelo escoamento de material,

• abatimento de paredes devido a altas tensões,

• desgaste devido ao impacto causado pelo fluxo de material,

• desgaste devido a abrasão e danos de desmonte por explosivo causados por métodos de retirada de bloqueios.

Mecanismos de degradação de passagens

Hadjigeorgiu et al. (2005): dano em paredes atribuído ao impacto do carregamento é muitas vezes localizado na interseção das ramificações com a passagem propriamente dita.

• Na prática é muitas vezes difícil diferenciar entre danos os devido ao impacto, ao desgaste e à presença de defeitos estruturais na rocha.

• Mais provável que a presença de defeitos estruturais acentue a influência do impacto da carga, resultando em degradação mais pronunciada.

Ruptura de passagensFatores da ruptura estão relacionados com:condições geomecânicas, fluxo de material, treinamento,geometria/localização das escavações.

Desgaste de paredes de passagens é localizado e depende de:• propriedades físicas da rocha fragmentada,• resistência das paredes.

Hambley (1987): onde entupimentos têm sido um problema, seja por arcos coesivos ou de intertravamento, passagens são operadas tão próximos do vazio quanto o possível.

Fatores na ruptura de passagens• Passagens de grandes dimensões são mais adequadas do ponto de

vista logístico e de produtividade. • Entretanto, quanto maior a dimensão da escavação, maior será a

tendência de instabilidade nas paredes laterais. • Campos de tensões altos contribuem para rupturas ao longo da

extensão das passagens.• Em geral, seqüência de extração em uma única direção no

alargamento cria condições para uma intensificação de determinadas cargas ao longo das ramificações (fingers) das passagens. O aumento da intensidade das cargas no entorno das ramificações acaba reduzindo a vida das passagens por afetar a integridade das paredes laterais.

• Entre fatores de projeto: resistência ao desplacamento e desgaste abrasivo, junto com fator de atrito resultante da interação do escoamento do minério e parede (Pfleider e Selleck, 1968).

Obstrução

A remoção de uma obstrução pode levar meses e até anos, onde muitas vezes é preferível, com relação ao custo, abandonar a passagem obstruída e construir outra.

Geometria do sistema de passagens

Orientação da passagem em relação à estratificação: a) configuração desfavorável, b) configuração favorável (Hadjigeorgiou e Lessard, 2004).

Configuração do ponto de descarga é fundamental para a integridade estrutural das paredes das passagens. a) contato direto do minério sobre a passagem, b) minério arremessado sobre a parede da passagem (Hadjigeorgiou e Lessard, 2004).

Degradação das paredes de passagens

Análise das causas é complexa, devido ao potencial de interação entre vários mecanismos.

Nível de degradação observado nas minas de Quebec (Canadá) tem fato interessante:

• sete de oito passagens de minério que registraram alargamento a partir do volume original foram usadas para transferir minério de peso específico acima de 30 kN/m3;

• apenas quatro de 31 seções que mostraram alargamento de duas a quatro vezes o volume inicial vieram de minas com minério de peso específico 27 kN/m3;

• apenas duas seções de passagem de estéril exibiram alargamento de duas vezes o volume inicial e foram exemplos de localização em ambientes com altas tensões.

É bem possível que exista relação entre o peso específico do material e o grau de degradação observado (Hadjigeorgiou et al., 2005).

Suporte ou revestimento de passagens

• A maior parte das passagens não apresenta qualquer tipo, devido principalmente ao aumento de custos.

• O desgaste abrasivo das passagens pode ser causado pelo impacto direto do fluxo ou pelo atrito referente ao escoamento do minério.

• Impactos do fluxo nas paredes das passagens podem também intensificar o grau de rugosidade e originar desplacamentos. Isso pode levar à necessidade da utilização, sempre que possível, de suportes e revestimentos.

Suporte ou revestimento de passagens

• Reforço com cabos de aço;

• Reforço com estruturas entrelaçadas ou revestimentos;

• Utilização de cavilhas rígidas;

• Revestimento com concreto simples e concreto projetado;

• Revestimento com chapas de aço.

Estudo de casoMina de ouro (Quadrilátero Ferrífero)• ocorreu problema de desplacamento nas paredes do

sistema de transferência de minério com início nos anos 90 do século XX,

• constatada a interligação da passagem de minério com a passagem de estéril.

• Os freqüentes desplacamentos de rocha, levando à obstrução dos chutes na estação de carregamento, conduziram ao estudo de alternativas para novo sistema de transferência de minério, tendo em vista a possibilidade de se ter que abandonar os sistemas então em uso.

• A partir do evento, a cavidade passou a ser usada somente como passagem de minério, para evitar a diluição.

Estudo de casoFatores para solução: custo, garantia de obtenção de resultados e demanda

de tempo para execução.Etapas:• implantação de estruturas de concreto armado fechando o ponto de

varação; • levantamento topográfico na região da passagem - apontou cavidade com

dimensão máxima de 15 m x 7 m e distância de 30m do poço de acesso principal à mina;

• levantamento com sistema CMS - Cavity Monitoring System na intersecção de uma galeria com a passagem e nas intersecções das ramificações (fingers) com a passagem de minério e de estéril.

• dados coletados adicionados ao modelo original das galerias e subidas, construídas intersecções horizontais com espaçamentos de 1 a 4m, dependendo do estado do maciço na região.

• Interpretações da forma mais provável da cavidade - volume de cerca de 18.400 m3, capacidade para cerca de 30.000 t de minério desmontado.

• Trecho de maior desplacamento foi detectado a 12 m do teto da galeria inferior à passagem.

Estudo de caso• caracterização geomecânica do maciço na região do poço e

avaliação das condições de estabilidade;• monitoramento de movimentações confirmou a inexistência de

risco imediato na região do poço e da estação de carregamento;• instalação de seções de convergência no nível de lavra, na região

próxima ao sistema de transferência e execução de modelagem matemática para simulação do comportamento do maciço e das aberturas;

• abandono do primeiro sistema (originalmente passagem de minério), com maior desplacamento relativo, mas alertando que o desgaste das paredes também poderia vir a agravar as condições no segundo sistema (originalmente passagem de estéril).

Conclusões• Extração de minério a grandes profundidades (acima de 800m) tende

a se intensificar cada vez mais.• São gastos na mineração alguns US$ bilhões/ano com acidentes.• No escoamento de material fragmentado segurança, paradas,

perdas, retrabalho afetam economicidade das operações. • Necessidade de melhor registro de ocorrências. • Muitas vezes ocorre abandono da escavação ou alteração do sistema

de transporte de minério.• Desgaste abrasivo das passagens pode ser causado pelo impacto

direto do fluxo ou pelo atrito referente ao escoamento do minério.• Isso pode levar à necessidade de uso de suportes e revestimentos. • Esforços repetidos de desbloqueio com explosivos podem resultar

em degradação da parede das escavações. • Entre fatores de projeto, deve estar resistência ao desplacamento e

desgaste abrasivo das paredes de passagens.