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PRINCÍPIOS E COMPORTAMENTO DO ENCHIMENTOEM REALCES VERTICALIZADOS

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Rede Ibero-americana “Meio Ambiente Subterrâneo e Sustentabilidade” MASyS, 2010 - 2013

Argentina, Bolívia, Brasil, Chile, Cuba, Equador, Espanha, México, Perú, Portugal y Venezuela

CYTED

Area-3

FELIPE DE BRITO PEREIRAEngenheiro de Minas - Geotécnico, AngloGold Ashanti – Mina Cuiabá.

Dr. RODRIGO PELUCI DE FIGUEIREDOProfessor Associado, Depto. De Eng. De Minas – Universidade Federal de Ouro Preto.

Objetivo

O presente trabalho visa: Estudar as características dos diversos tipos de enchimento utilizados em minas subterrâneas, por meio de uma revisão bibliográfica do assunto. Estudar diversos modelos analíticos para o comportamento do enchimento hidráulico. Elaboração de modelo numérico para comparação com modelos analíticos. Verificar a eficiência do enchimento em escavações subterrâneas e a interação com a rocha encaixante.

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Introdução

Produção Mineral de minas à ceu aberto (verde) e subterrâneas (vermelho). (Atlas Copco, 2008)

Revisão Bibliográfica

Lavra de Mina Subterrânea

Suporte por Pilares Naturais

Subdivisão dos métodos de lavra subterrânea com associações as resposta do maciço rochoso. (Adaptado de Brady & Brown, 2004)

Lavra por corte e aterro

Ciclo operacional padrão do método do corte e aterro ascendente

Lavra por corte e aterro

Visão esquemática de um realce de corte e aterro, ilustrando a situação onde se faz necessário o desenvolvimento de uma

chaminé central (Brady & Brown, 2004).

Exemplo de barreiras

Enchimento

Princípais materiais de enchimento:

•Rejeitos da planta processamento mineral, muitas vezes utilizado com adicional de cimento;•Rejeito da planta de processamento, porém ciclonado para eliminação de finos; •Areia natural; •Agregados de mineração, estéreis provenientes do desenvolvimento mineiro;• Agentes ligantes de vários gêneros

Enchimento hidráulico

Rejeito da planta (ciclonado); % sólidos (massa) = (50 – 70)

%; Fluxo turbulento ao longo dos

dutos; Propriedades mecânicas

semelhante ao solo.

Paste Fill

Rejeito da planta, raramente ciclonado

% sólidos = (75 -88)% Matriz não permeável Fluxo laminar nos dutos

Outras variedades

Rock Fill Cemented Rock Fill (CRF) Concrete Fill Ice Fill

Enchimento

Parâmetros de resistência típica para o enchimento hidráulico cimentado em diferentes proporções (Thomas el al., 1979)

Propriedades Mecânicas

Resistência ao

Cisalhamento

Proposta de estudo

Modelos Analíticos

Modelo de Marston (1930) Coeficiente de empuxo ativo; Nas formulações considera se o ângulo de atrito interno e o

ângulo atrito entre enchimento e rocha encaixante. Modelo de Terzaghi (1943)

Coeficiente de empuxo de Terzaghi; Ângulo de atrito do enchimento = Ângulo atrito entre

enchimento e rocha encaixante. Modelo de Marston modificado (Aubertin et al. 2003)

Coeficiente de empuxo passivo, residual e ativo; Ângulo de atrito do enchimento = Ângulo atrito entre

enchimento e rocha encaixante.

Modelos Analíticos

Ilustração do efeito arco em um realce preenchido com

enchimento (Adaptado de Belem, 2008).

Representação das forças em uma camada da coluna de

enchimento em um realce.(Li, L. et al., 2003)

Modelos Analíticos

Coeficientes de empuxo

: Em seqüência temos: (esquerda) condição que corresponde ao coeficiente de empuxo ativo; (centro) condição geostática na qual se

aplica o coeficiente de empuxo no repouso e (direita) condição correspondente ao coeficiente de empuxo passivo. (Potvin et al., 2005)

Modelo Numérico

Phase 2, Rocscience

Representação esquemática de um modelo de elementos finitos (Brady and Brown, 1985).

4. Metodologia

1. Verificação do comportamento do enchimento hidráulico em diversas situações através do modelo analítico, compilando os, em gráficos;

2. Estudo por modelagem numérica das situações tratadas analíticamente;

3. Análise comparativa dos resultados.

5. RESULTADOS

Resultados Analíticos

Modelo de Marston (1930)

Propriedade Representação

Peso específico 18 kN/m³

Ângulo de atrito

interno25 graus

Coluna de

Enchimento40 m


Influência da largura do realce


Peso específico 18 kN/m³

Ângulo de atrito

interno25 graus

Coesão do

enchimento0 kPa

Altura do realce 40 m

Marston mod. : Kp ~ ∆ 89%

Kr ~ ∆ 72%Ka ~ ∆

50%Terzaghi (1943): K ~ ∆ 63%

Resultados analíticos

O efeito arco se manifesta completamente apartir do momento em que a coluna de enchimento for superior ou igual à largura do realce

em estudo (Potvin et al., 2003).


Peso específico 18 kN /m³

Ângulo de atrito

interno25 graus

Coesão do

enchimento0 kPa


Influência da altura da coluna de enchimento


Influência dos parâmetros do enchimento

𝐹𝑎𝑡𝑜𝑟 𝐸= 1000∗𝑐∗𝑡𝑎𝑛𝜙ℎ∗𝛾 ൨

Situações com baixo ângulo de atrito entre as superfícies resultam em elevadas tensões (efeito arco inferior) e elevados valores do parâmetro promovem baixos esforços (maior efeito arco). (Li et al., 2004)

Coesão

Ang. de atrito

Resultados Numéricos


Encaixante Minério Enchimento

Resistência à

compressão

uniaxial (Mpa)

65 167 0,3

Peso

específico

(MN/m³)

0,028 0,031 0,018

Módulo de

deformação

(GPa)

20 50 0,5

Poisson 0,2 0,2 0,3123

Parâmetros de Hoek & Brown

mb 2,876 14,686 0,0067

s 0,1084 0,1084 0,000026Parâmetros utilizados para modelagem

numérica. (Barbosa, E. S., 2008)


Encaixant

e A

Encaixant

e B

Propriedades

Elásticas

Condição

elástica IsotrópicoIsotrópico

Young 20 Gpa 54 Gpa

Poisson 0.23 0.23

Parâmetros de

resistência (Hoek -

Brown)

RCU da rocha

intacta65 Mpa 260 MPa

mb (pico) 2.876 18

s (pico) 0.0117 1

Influência da deformação da rocha encaixante na distribuição de esforços ao longo da coluna de enchimento.


Influência do enchimento na deformação total

Situação

Com enchimento Sem enchimento

Deformação total (último estágio

de lavra)

0,01557750m

0,01888400 m


Influência do material de enchimento no Fator de Segurança ao longo da rocha encaixante

Correspondência dos Resultados analíticos e numéricos

Correspondência dos Resultados analíticos e numéricos Distribuição dos esforços ao longo da largura do realce.

Correspondência dos Resultados analíticos e numéricos Variação do coeficiente de empuxo K para diferentes coordenadas

ao longo da largura do realce.

Conclusões Grande variedade de materiais de enchimento; Aplicação de modelos analíticos para análise preliminar de projetos; Resultados analíticos sub estimado em relação resultados computacionais; Coeficiente de empuxo próximo a um, para coordenadas centrais na largura do

realce.

(a) restrição cinemática para blocos periféricos; (b) forças resistentes mobilizadas localmente em rochas fraturadas (empuxo ativo); (c) suporte global devido à compressão do enchimento (empuxo passivo) em decorrência da convergência das paredes (Brady & Brown, 2004).

Referências

Aubertin, M., Li, L., Arnoldi, S., Belem, T., Bussière, B., Benzaazoua, M., Simon, R. (2003). Interection between backfill and rock mass in narrow stopes. In P.J. Culligan, H.H. Einstein, A.J. Whittle (eds), Soil and Rock America 2003, vol. 1, pp. 1157-1164.

Brady, B. H. e Brown, E. T. (2004). Rock Mechanics for underground mining. 2a Edição. Londres: Allen and Unwin.

Li, L., Aubertin, M., Simon, R., Bussièrre, B., Belem, T. (2003) Modelling arching effects in narrow backfilled stopes with Flac. Balkema, Rotterdam.

Li Li, Aubertin, T., Belem, T., Simon, R., James, M., Bussière, B. (2004). A 3D analytical solution for evaluating earth pressures in vertical backfilled stopes. 57th Canadian Geotechical Conference. Géo Québec.

Potvin, Y., Thomas, E. G., Fourie, A. B.( 2005). Handbook on Mine Fill, ACG Australian Center for Geomechanics, CSIRO, Curti University, University of WA Joint Venture,.

OBRIGADO

Realce Corte e Aterro Mina Cuiabá – AngloGold Ashanti

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Contato: [email protected]@anglogoldashanti.com.br

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