Download - lavra subterranea
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Mtodo de lavra:
Cmaras e Pilares
(UFRGS/DEMIN - material de divulgao interna)
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O mtodo de cmaras e pilares (room and pillar):
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Importncia prtica do mtodo cmaras e pilares: Mtodo muito usado em minas de carvo e no-carvo em todo o mundo.
Na dcada de 70 nos USA, mais de 50% da produo (subsolo) de carvo vinha deste mtodo. Atualmente, boa parte da produo ainda feita por C&P.
o mtodo de lavra usado na minerao subterrnea de carvo no sul do Brasil.
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Aplicaes diferenciadas do mtodo C&P: - Em rochas duras (hard rock)por exemplo: calcrio, dolomita, metais (chumbo, zinco, cobre, ouro, etc.)- Em rochas friveis (soft rock)por exemplo: carvo, potssio, sal
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Condies do depsito para aplicao do C&P em rochas duras: -resistncia do minrio: moderada a alta;-resistncia da encaixante: moderada a alta;-forma: tabular, lenticular (varivel);-mergulho: geralmente < 30o com a horizontal;-teor do minrio: baixo a moderado;-uniformidade: varivel;-profundidade do depsito: rasa a moderada.
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C&P em rochas friveis: -resistncia do minrio: fraca a moderada;-resistncia da encaixante: moderada a alta;-forma: tabular (em camadas), grande extenso lateral;-mergulho: geralmente horizontal ou < 15o com a horizontal;-boa uniformidade de teores e espessuras de minrio;-profundidade do depsito: em carvo, preferencialmente inferior a 600 metros.
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Caractersticas do mtodo C&P em aplicaes no-carvo: - neste mtodo retira-se minrio de cmaras (stopes), que permanecem abertas durante a lavra; pilares so deixados para suporte do teto;
- o teto deve manter-se intacto (parafusos de teto so comumente instalados para reforar os estratos);
- as cmaras e os pilares so, em geral, organizados em padres regulares; pilares podem apresentar seo transversal circular, quadrada ou retangular;
- para obter-se mxima recuperao de minrio, os pilares so confeccionados com as menores dimenses possveis.
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Animao de atividades de desenvolvimento e produo no Cmaras e Pilares:
\vdeos\rap.exe
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Caractersticas ... (cont): - Variaes geolgicas originam diferentes variaes do mtodo:
C&P clssicoAplica-se a depsitos horizontalizados, apresentando estratos minerveis que vo de moderada a grande espessura. Nos stopes, o piso mantido plano, viabilizando o trnsito de veculos sobre pneus. Corpos de minrio de grande dimenso vertical so minerados em fatias horizontais, iniciando no topo e finalizando no piso, com desmonte em bancadas.
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C&P clssico (mecanizao completa):
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C&P clssico (mecanizao parcial):
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Caractersticas ... (cont): Step mining
uma adaptao para o caso onde o mergulho do corpo de minrio grande demais (15o a 30o) para usar equipamentos sobre pneus, ao mesmo tempo em que sua espessura relativamente pequena (2 a 5 metros). Uma orientao especial das galerias de trnsito e dos stopes cria reas com piso horizontalizado, permitindo o uso de equipamentos sobre pneus. A minerao progride de cima para baixo nos painis de lavra.
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Step mining
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Caractersticas ... (cont): Post-pillar mining
Aplica-se a depsitos inclinados, com mergulho entre 20o e 55o. Possuem grande dimenso vertical, e o espao minerado sofre enchimento (backfilling). O enchimento mantm a rocha estvel (minimiza pilares) e serve como plataforma de trabalho para a prxima fatia.
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Post-pillar mining
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As recuperaes de lavra (% extrao tpica) no C&P so variveis em funo do tipo de minrio, como mostra o quadro abaixo. Fonte: Underground Min. Methods: Eng. Fundamentals and International Case Studies, 2001, W.A.Hustrulid & R.Bullock.
Comparar carvo e -carvo nos USA!
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Recuperaes de lavra (% extrao tpica) em situaes de rochas duras - hard rock:
- podem ser to altas quanto 85% e so obtidas em geral na lavra em avano;- recuperaes de pilares so raras, pois pilares so pequenos e remoo de risco;- s vezes os pilares so irregulares e remoo sistemtica impossvel.
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Equipamentos no C&P hard-rock:
- diesel em geral (FEL-front end loaders, LHD's, jumbos, trucks); todos equipamentos mveis (sobre pneus) devido significativa extenso horizontal dos corpos de minrio.
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Configurao do C&P em rocha dura ...
(Mina Nova - AngloGold-GO/BRA, ouro)
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Configurao do mtodo C&P no carvo: - aberturas ortogonais regularmente espaadas formam arranjo de pilares quadrados ou retangulares;
- galerias de desenvolvimento (eixo) e de explotao (painel) possuem normalmente caractersticas bastante semelhantes; vrias galerias paralelas e conectadas por travesses;
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Configurao ... (cont.) - um mtodo de minerao em larga-escala, com vrios painis podendo ser conduzidos simultaneamente;
- a unidade bsica de minerao o painel, que define a rea a ser trabalhada e ventilada.
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Configurao ... (cont.) Eixo principalPainel de lavra Galerias de retorno de ar contaminado
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Vista geral de mina de carvo empregando C&P (Mina Fontanella, Treviso-SC)
Plano inclinado de acesso principalPoo de ventilao (exausto)Painel de lavra (projeto)Eixo em desenvolvimento
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Principais parmetros de projeto de C&P no carvo: a) dimenses das galerias
b) dimenses dos pilares
c) lavra com ou sem recuperao de pilares d) nmero de frentes no painel
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a)dimenses das galerias:
-larguras de 5 a 6m so bastante comuns atualmente;-a altura limitada pela espessura de carvo minervel (nas jazidas de SC, a seo retangular com alturas que vo de aprox. 2,0m at 3,5m);-condicionam o escoramento de teto;-interferem em aspectos operacionais e de segurana;-as dimenses so usadas no clculo da recuperao de lavra.
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Escoramento de teto:
Atualmente, para que o mtodo Cmaras e Pilares tenha sucesso, as jazidas devem apresentar uma particular condio geolgica de teto. Os extratos sobrejacentes camada de carvo devem ter condio de auto-sustentao ou serem passveis de ancoragem (h vrios tipos de ancoragem com parafusos de teto, com princpios de funcionamento diferentes - ver Anexo A).Devido os custos, escoramento com arcos metlicos ou madeira so usadosapenas em reas restritas da mina.
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b)dimenses dos pilares:-influem em aspectos operacionais (p.ex. distncias de transporte) e de segurana (risco de colapso de pilares);-influem na recuperao de lavra;
Tipos de pilares:-pilares quadrados e pilares retangulares-chain pillars (pilares internos do painel de lavra) -barrier pillars (pilares de segurana)
Leitura complementar sobre pilares no C&P: Underground Min. Methods: Eng. Fundamentals and International Case Studies, 2001, W.A.Hustrulid & R.Bullock; cap. 59.1 a 59.3.
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Recuperao de lavra: -parcela da reserva minerada em relao reserva total.Exemplo comparativo de recup. no painel:1)Painel com pilar quadrado de 14m de lado e galeria de 6m de largura...2)Painel com pilar quadrado de 11m de lado e galeria de 6m de largura...
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1)rea do pilar Ap = 142 rea total At = 202
Recup. = (1- Ap/At) x 100% = 51%2)Ap = 112At = 172
Recup. = (1- Ap/At) x 100% = 58%
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Comparativo de recuperaes de lavra em painel com pilares quadrados e galerias de 6m de largura:
Grf4
0.6734693878
0.64
0.609375
0.5813148789
0.5555555556
0.5318559557
0.51
0.4897959184
0.4710743802
0.4536862004
0.4375
0.4224
0.4082840237
largura dos pilares quadrados (m); (para galerias de 6m de largura)
recuperao
Plan1
8140.67
9150.64
10160.61
11170.58
12180.56
13190.53
14200.51
15210.49
16220.47
17230.45
18240.44
19250.42
20260.41
Plan1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
largura dos pilares quadrados (m); galerias de 6m ;
recuperao
Plan2
Plan3
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c)lavra com ou sem recuperao de pilares:
modos mais comuns de lavra...
em avano e sem recuperao de pilares (como feito no Brasil);
com recuperao de pilares em retrocesso (feito em vrios pases, p.ex. USA).
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Estratgias de recuperao de pilares:
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Estratgias de recuperao de pilares:
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Equipamentos para auxlio na recuperao de pilares:
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Exemplo de painel de lavra: Mina Leo (CRM-Rio Grande do Sul)
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Lavra com recuperao de pilares:
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d) nmero de frentes para operao eficiente dos equipamentos no painel:
O avano do painel feito atravs de diversas galerias paralelas (5 ou mais galerias, dependendo da mina) ligadas por travesses. Precisa-se de mais frentes no modo convencional (drill-blast-load-haul) e menos frentes com continuous miner. O uso de continuous miner prejudica menos o teto e pilares e produz material fino.
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Informaes necessrias (essenciais) para planejamento de mina de carvo: -mapa de espessura de camada;-mapa de profundidade da camada;-mapas de qualidade...teor de cinzas, poder calorfico, enxofre, volteis;-dados geomecnicos do minrio, piso e teto;-mapa estrutural (falhas, diques,...).
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Vantagens do mtodo C&P: Moderada a alta produtividade (m3/homem-hora) Moderado custo de lavra (custo relativo=0.3) Moderada a alta taxa de produo Alto grau de flexibilidade (admite espessuras variveis no minrio); mtodo facilmente modificvel; pode operar em mltiplos nveis simultaneamente Permite alto grau de mecanizao
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Mtodo seletivo, permite deixar material estril no local. No requer muito desenvolvimento antecipado. Pode ser operado em mltiplas frentes. Razovel recuperao sem extrao de pilares (50-65% em carvo), baixa diluio (10-20%).Comparando com Longwall: LW pratic. inflexvel, requer maior investimento, h subsidncia na superfcie, apresenta altas produes (deve haver mercado para o produto!), recuperaes globais do LW so eventualmente mais baixas que C&P com recuperao de pilares.
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Na comparao direta com Longwall: LW pratic. inflexvel, requer maior investimento, h subsidncia na superfcie, apresenta altas produes (deve haver mercado para o produto!), recuperaes globais do LW so freqentemente mais baixas que C&P com recuperao de pilares.
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Desvantagens: -Requer contnua manuteno do teto e, eventualmente, dos pilares. A tenso nos espaos abertos aumenta com a profundidade.-Significativo investimento de capital para mecanizao extensiva.
-Perda de minrio nos pilares.
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No caso do C&P em rochas duras, pode haver dificuldade de conseguir boa ventilao para diluio de contaminantes no painel em razo da baixa velocidade de ar nos grandes espaos abertos.
Requer bom suporte tcnico e de engenharia.
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Equipamentos usados na lavra no mtodo cmaras e pilares para carvo:Conjuntos mecanizados convencionais;Conjuntos mecanizados com LHDs;Continuous miners;Calhas de arraste + carregadeiras Bob-cat.
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Equipamentos do conjunto mecanizado convencional:
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Exemplo de conj. mecanizado convencional usado na Carbonfera Metropolitana S.A. (SC-BRA)
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Equipamentos operando com continuous miner: Shuttle-carRoof bolter
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Configurao de painis:Continuous miner.
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PainisDrill & blast
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Consideraes sobre aplicabilidade do mtodo C&P no carvo
Caractersticas das camadas:
-para continuous miners e equipamentos convencionais drill&blast camadas entre 1 e 4m;-caractersticas estruturais tm grande influncia no sucesso do mtodo;
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Caractersticas estruturais...
-presena de falhas e diques podem inviabilizar a seqncia de lavra do painel (no caso de deslocamentos verticais acentuados na camada de carvo);podem provocar mudana do padro de avanamento e equipamentos da frente de lavra;demandam cuidados especiais no escoramento de teto (reforo de teto, telas, ...)
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Caractersticas estruturais...
-mergulho da camada mineralizada se for acentuado pode inviabilizar transporte sobre pneus que funciona bem com shuttle-car at 14 ou 15% (em rochas duras as declividades usadas vo at +/- 20%, com LHDs);
equip. sobre esteiras funcionam at +/- 25%;
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Caractersticas estruturais...
-espessura de overburden:presso vertical e resistncia de rochas sedimentares limitam explorao de carvo a no mais do que 1200m de overburden;nos USA, camras-e-pilares so normalmente usados at 600m de overburden e longwall entre 600m e 800m;no sul do Brasil, overburden do carvo para as minas em atividade geralmente menor que 300m.
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Caractersticas do piso e teto...
-C&P aceita condies variadas de teto devido s diferentes alternativas de escoramento. A reduo dos vos pode livrar o teto de condies precrias, mas resulta em perda de recuperao.
-Longwall requer folhelhos/siltitos (rochas c/baixa resistncia como teto imediato) nos primeiros 10 ou 20m de teto.
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Caractersticas do piso e teto...-piso fraco/macio traz problemas para pilares e impede boa produtividade de equipamentos sobre pneus;
-Longwall mais problemtico em piso macio do que C&P.
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ANEXO A: Parafusos de teto
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Parafusos de teto
Esta tcnica de escoramento consiste na introduo de uma haste metlica em um furo, solidarizando-a com o macio por ancoragem, selagem (resina ou cimento) ou frico .
Vantagens deste tipo de escoramento :-baixo custo-pode ser mecanizado e a instalao relativamente fcilpermite uma seo til maior para a galeriapode ser combinado com outros mtodos de escoramentopermite escorar aberturas de grande altura.
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Diferenas principais com os outros tipos de escoramento :
- a fora de confinamento ( F ) exercida pelo parafuso implica na existncia de uma reao equivalente ( R ) mais ou menos repartida no macio . Nos outros escoramentos, a reao se encontra na superfcie oposta.Ao e reao sobre o macio dos diferentes tipos de escoramento
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Tipos de parafusos:
1. ancoragem pontual2. ancoragem repartida3. parafusos frico
1. Parafusos a ancoragem pontualConsiste em colocar no furo uma haste ancorada no fundo do furo por uma coquilha a expanso ou uma cunha expansora . As hastes geralmente empregadas so de ao dctil ou aos de alta resistncia.
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Sistema de ancoragem ( o parafuso com coquilha ) composto por :- um cone de expanso solidrio hastea coquilha que se alarga ( semelhante ao sistema de bucha-parafuso ) sob ao do cone de expanso pressionando-a contra a parede do furo.
Funcionamento do sistema cone-coquilha Quando se exerce uma trao sobre a haste se estabelece um equilbrio duplo entre cone e coquilha e coquilha-parede do furo .
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2. Parafusos a ancoragem repartida:
O sistema consiste numa haste solidarizada ao terreno por meio de um produto qumico, como resina ou cimento . utilizada uma placa, que neste caso no essencial ao funcionamento do parafuso. Este tipo de parafuso permite o escoramento por confinamento (o objetivo lutar contra cisalhamentos ou abertura de fissuras). No parafuso, a ancoragem pontual atua como escoramento portante. As hastes utilizadas so de trs tipos (ver figura abaixo).
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A resina:
Produto composto (resina + endurecedor). um material de alta resistncia: Rc = 120 a 140 Mpa;t = 30 Mpa.
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Cimento
Os produtos mais utilizados so :- cimento puro + gua- mistura cimento+brita+gua nas propores(em peso): 42% , 42%, 16%.- produtos comercializados pelos fabricantes de parafusoEm uma haste selada no comprimento L em um furo de dimetro D, exercendo um esforo de trao F no eixo da haste , pode haver :- uma ruptura do produto de selagem - um escorregamento da haste .
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3. Os parafusos frico ( atrito )
Split set: composto por um tubo fendido ao longo da geratriz . O parafuso introduzido em dimetros de 36 mm por meio de um martelo perfurador .
O modelo standard tem as seguintes caractersticas :- espessura de tubo : 2.3 mm- dimetro exterior : 38 a 39 mm
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Swellex:
fabricado pela Atlas-Copco. composto por um tubo dobrado que, por injeo de gua, se deforma e ocupa o furo. Atinge at 3,6m de comprimento e pode ser acoplado com outros tubos.
Vantagens:
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ANEXO B: Dimensionamento de pilares em mina de carvo
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Dimensionamento de pilares em mina de carvo pelo mtodo da rea tributria:
o mtodo mais simples de dimensionamento e, com algumas adaptaes, serve tanto para carvo (corpos tabulares horizontalizados) quanto para outros depsitos geometricamente regulares (p.ex.: corpos metalferos estratiformes e lenticulares). Neste mtodo, s o estado de tenso axial nos pilares levado em conta.
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Passos para dimensionamento de pilares em carvo:
a)Determinar c (resistncia compresso uniaxial) da rocha que compe os pilares, obtida de testemunhos de sondagem, referente ao dimetro D dos testemunhos (D em polegadas).1 psi = 6,895 x 103 N/m2
b)Determinar k = c D , onde k a constante que relaciona a resistncia compresso uniaxial de pequenas amostras com 1, a resistncia compresso uniaxial de volumes de rocha de dimenses comparveis aos pilares in-situ. O parmetro 1 dado por:aplicvel quando a espessura h da camada minerada > 36 polegadas (0,9m);
aplicvel quando a espessura h da camada minerada < 36 polegadas.
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c)Definir a equao de resistncia p dos pilares de mina.H vrias equaes diferentes, obtidas a partir de estudos diversos. Entre as mais usadas (w=largura do pilar, h=espessura do pilar):
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Obs.: se o pilar no for quadrado, fazer w = we na frmula de p, onde we = 4 Ap / C. Ap = rea do pilar (perpendicular ao eixo vertical) que sofre o carregamento axial devido cobertura H; C = permetro externo do pilar.(Ref.: Brady & Brown, cap.13.)
d)Definir a largura da galeria B.
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e)Determinar a carga Sp sobre o pilar, para uma espessura H de cobertura na rea do depsito. Sp = H [ (w+B)/w ] [ (L+B)/w ],sendo = peso especfico mdio da cobertura; L = comprimento do pilar.
f)Escolher o fator de segurana F. Fazer p / F = Sp e resolver esta equao para w. O intervalo 1.5 F 2.0 usado em geral, mas cada frmula possui recomendao quanto ao F a ser empregado.
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g)Verificar a recuperao de lavra, supondo que a espessura total da camada ser minerada:Rec = 1- [ w/(w+B) ] [ L/(L+B) ] .
h)Se a recuperao no for aceitvel e precisar ser aumentada, diminuir w e/ou L para satisfazer meta. Verificar se a nova combinao w e L aceitvel do ponto de vista de estabilidade ( F = p / Sp ). Na frmula de Bieniawski, F=1.5 usado para pilares de curta durao (em painis); F=2.0 para pilares de longa durao (eixos).
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Exemplo:
Verificar a seguinte configurao de pilares de mina de carvo, em termos de segurana e recuperao de lavra ...
H = 500ft (152m);B = 18ft (5.5m);w = 60ft (18.3m);L = 80ft (24.4m);h = 7ft (2.1m).O valor de k 5580, baseado em c = 3822 psi, obtido de testes em testemunhos de dimetro NX.
Usar a frmula de Bieniawski para clculo da resistncia dos pilares.
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