Mtodo de lavra:

Cmaras e Pilares

(UFRGS/DEMIN - material de divulgao interna)

O mtodo de cmaras e pilares (room and pillar):

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.

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

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.

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.

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.

Animao de atividades de desenvolvimento e produo no Cmaras e Pilares:

\vdeos\rap.exe

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.

C&P clssico (mecanizao completa):

C&P clssico (mecanizao parcial):

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.

Step mining

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.

Post-pillar mining

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!

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.

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.

Configurao do C&P em rocha dura ...

(Mina Nova - AngloGold-GO/BRA, ouro)

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;

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.

Configurao ... (cont.) Eixo principalPainel de lavra Galerias de retorno de ar contaminado

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

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

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.

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.

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.

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...

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%

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

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0

0

0

0

0

largura dos pilares quadrados (m); galerias de 6m ;

recuperao

Plan2

Plan3

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).

Estratgias de recuperao de pilares:

Estratgias de recuperao de pilares:

Equipamentos para auxlio na recuperao de pilares:

Exemplo de painel de lavra: Mina Leo (CRM-Rio Grande do Sul)

Lavra com recuperao de pilares:

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.

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,...).

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

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.

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.

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.

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.

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.

Equipamentos do conjunto mecanizado convencional:

Exemplo de conj. mecanizado convencional usado na Carbonfera Metropolitana S.A. (SC-BRA)

Equipamentos operando com continuous miner: Shuttle-carRoof bolter

Configurao de painis:Continuous miner.

PainisDrill & blast

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;

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, ...)

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%;

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.

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.

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

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.

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

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.

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 .

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).

A resina:

Produto composto (resina + endurecedor). um material de alta resistncia: Rc = 120 a 140 Mpa;t = 30 Mpa.

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 .

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

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:

ANEXO B: Dimensionamento de pilares em mina de carvo

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.

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.

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):

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.

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.

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).

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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