setor de brita - ufpa
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SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL
UNIVERSIDADE FEDERAL DO
PARÁ INSTITUTO DE
GEOCIÊNCIAS PROGRAMA DE
PÓS-GRADUAÇÃO
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM LAVRA DE MINAS A CÉU ABERTO
MÉTODOS DE LAVRA A CÉU ABERTO
(ENG°. DE MINAS ROBERTO ADONES)
SUMÁRIO
Pg.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES ............................................................................................ iii
UNIDADE I: INTRODUÇÃO AOS MÉTODOS DE EXPLOTAÇÃO ....................... 1
1.1 Introdução. Importância. Conceitos Básicos ................................................................. 1
1.1.1 Conceito de mina, mineral, minério e rocha .......................................................... 1
1.1.2 Conceito de encaixante, estéril e rejeito ................................................................. 2
1.2 Fases do empreendimento de mineração ..................................................................... 3
1.2.1 Projeto. Implantação. Operação. Desativação ...................................................... 3
1.2.2 Instalações de beneficiamento e instalações de apoio ........................................... 3
1.3 Fases da mineração ....................................................................................................... 4
1.3.1 Prospecção e Exploração ......................................................................................... 5
1.3.2 Desenvolvimento, Lavra e Recuperação ................................................................ 6
1.4 Estudo para a escolha do método de explotação ......................................................... 8
1.4.1 Conceito de método de explotação e método de desmonte. Objetivo .................. 9
1.4.2 Fatores e critérios de seleção ................................................................................... 12
1.4.3 Principais exigências para a explotação de uma jazida ........................................ 12
1.4.4 Princípios e regras fundamentais da explotação mineira ..................................... 13
1.4.5 Classificação dos métodos de explotação ............................................................... 14
UNIDADE II: OPERAÇÕES MINEIRAS ..................................................................... 17
2.1 Operações fundamentais e ciclos ................................................................................. 17
2.1.1 Ciclo de produção ..................................................................................................... 17
2.2 Operações de produção ................................................................................................. 18
2.2.1 Preparação das rochas para sua extração através de métodos explosivos
(massas minerais coerentes) .............................................................................................
18
2.2.2 Preparação das rochas para sua extração com escarificadores mecânicos
(massas minerais incoerentes) ..........................................................................................
21
2.2.3 Arranque carregamento/escavação carregamento. Princípios e escolha de
equipamentos .....................................................................................................................
23
2.2.4 Transporte de cargas: estéril/minério - Arrasto e içamento. Principio e escolha
de equipamentos ..................................................................................................
29
2.3 Operações Auxiliares: Classificação. Importância .................................................. 35
2.3.1 Drenagem da mina ................................................................................................... 36
2.3.2 Operações auxiliares em minas subterrâneas ....................................................... 38
UNIDADE III: LAVRA A CÉU ABERTO ..................................................................... 42
3.1 Generalidades sobre a lavra a céu aberto ...................................................................... 42
3.1.1 Conceitos mineiro-técnicos e terminologia ............................................................ 42
3.1.2 Aplicabilidade. Classificação das jazidas minerais explotáveis ........................... 43
3.1.2 Vantagens e desvantagens comparativas ............................................................... 44
3.2 Lavra a céu aberto: Etapas operacionais .................................................................. 46
3. 2.1 Etapas básicas de trabalho ..................................................................................... 46
3.2.2 Processos mineiros de produção. Ciclo de operações unitárias ........................... 47
3.3 Disposição do Estéril .................................................................................................... 48
3.3.1 Aterros de cobertura ................................................................................................ 50
i
3.3.2 Aterros de estéreis (bota foras) ............................................................................................ 50
3.3.3 Critérios e fatores para o dimensionamento e construção dos depósitos de
estéril ..................................................................................................................................
51
3.3.4 Configuração do depósito de estéril - Processo construtivo - Estabilidade ........ 55
3.3.5 Formação das pilhas de estéril - Métodos construtivos ........................................ 61
3.3.6 Seleção preliminar do tipo e geometria de pilha ................................................... 64
Pg.
3.4 Métodos de lavra a céu aberto: Classificação ............................................................... 66
3.4.1 Lavra por bancadas ................................................................................................. 66
3.4.2 Lavra por tiras ......................................................................................................... 71
3.4.3 Lavra de pláceres ..................................................................................................... 73
3.4.4 Profundidade dos trabalhos a céu aberto (borda inativa, borda de trabalho,
coeficiente de decapeamento) ...........................................................................................
81
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................ 119
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIGURAS Pg.
Figura 1.1 - Minas de Ferro: N4E, N4WN, N5E, N5W .................................................. 2
Figura 1.2 - Esquema de um empreendimento de mineração .......................................... 4
Figura 1.3 - Fases da mineração ....................................................................................... 5
Figura 2.1 - Fluxo de operações mineiras ........................................................................ 17
Figura 2.2 - Ciclo de produção ......................................................................................... 18
Figura 2.3 - Perfuração das rochas. Componentes operacionais ...................................... 21
Figura 2.4 - Representação de um “ripper” ...................................................................... 22
Figura 2.5 - Equipamentos para decapeamento e escavação convencional em bancadas a
céu aberto .....................................................................................................
25
Figura 2.6 - Tipos de dragas ............................................................................................. 25
Figura 2.7 - LHDs (Load - haul - dump) .......................................................................... 26
Figura 2.8 - Operações fundamentais de uma explotação de rocha industrial ................. 27
Figura 2.11- Equipamentos de transporte a céu aberto ..................................................... 31
Figura 2.13- Equipamentos de transporte contínuos ......................................................... 32
Figura 2.15- Diagrama esquemático da ventilação nas frentes de trabalho. ..................... 39
Figura 3.1 - Elementos da mina a céu aberto ................................................................... 43
Figura 3.2 - Tipos fundamentais de jazidas minerais úteis que se lavram a céu aberto .. 45
Figura 3.3 - Tipos de bota-foras segundo a seqüência de construção .............................. 55
Figura 3.4 - Aterro confinante de estabilização (fase de espalhamento e compactação) 57
Figura 3.5 - Tipos de drenagem ....................................................................................... 60
Figura 3.6 - Pilha executada por via seca pelo método descendente ............................... 62
Figura 3.7 - Pilha executada por via seca pelo método ascendente (fase de lançamento) 62
Figura 3.8 - Pilha executada por via seca pelo método ascendente (fase de
empilhamento e compactação)
63
ii
..............................................................................................
Figura 3.9 - Pilha executada por via seca pelo método ascendente de bancada (fase de
lançamento) ..................................................................................................
63
Figura 3.10- Pilha executada por via seca pelo método ascendente (fase de
retadulamento)
.......................................................................................................................
64
Figura 3.11- Seção típica de uma pilha de estéril ............................................................. 64
Figura 3.12- Seção típica de retadulamento ...................................................................... 64
Figura 3.13- Bancada ........................................................................................................ 67
Figura 3.14- Elementos da bancada .................................................................................. 68
Figura 3.15- Avanço de uma bancada ............................................................................... 68
Figura 3.16- Típico desmonte em flanco de encosta ........................................................ 70
Figura 3.17- Típico desmonte em cava ............................................................................. 70
Figura 3.18- Esquema da lavra por tiras ........................................................................... 72
Figura 3.19- Explotação manual de um plácer aurífero .................................................... 74
Figura 3.20- Tipos de dragas mecânicas ........................................................................... 75
Figura 3.21- Tipos de dragas ............................................................................................. 76
Figura 3.22- Monitor hidráulico ........................................................................................ 77
Figura 3.23- Corte de uma explotação com arranque hidráulico ...................................... 78
Figura 3.24- Esquemas de extração, segundo as direções relativas do jato projetado e da
polpa escoada ...............................................................................................
80
Figura 3.25- Coeficiente de decapeamento industrial ....................................................... 82
TABELAS
Pg.
Tabela 1.1 - Classificação dos métodos de explotação .................................................... 15
Tabela 2.1 - Escala de Protodiakonov ............................................................................... 19
Tabela 2.2 - Classificação dos métodos de fragmentação baseados sobre a forma de
energia aplicada
........................................................................................................
20
Tabela2.3 - Classificação dos métodos de escavação carregamento e equipamentos ....... 24
Tabela 2.4 - Classificação dos métodos de arrasto, içamento e equipamentos ................. 30
Tabela 2.5 - Comparação entre as unidades principais de arrasto ..................................... 33
Tabela 2.6 - Classificação das operações auxiliares em mineração .................................. 37
5
UNIDADE I: INTRODUÇÃO AOS MÉTODOS DE EXPLOTAÇÃO
1.1 Introdução. Importância.
Conceitos Básicos INTRODUÇÃO
O termo mineração se refere à atividade de extração de qualquer concentração de minerais de interesse econômico. Alguns metais, como o ouro, a prata, o cobre e a platina, encontram-se em estado nativo. A maioria, porém, ocorrem combinados com outros elementos ou compostos: óxidos, carbonatos, sulfetos etc. Assim, a mineração é entendida como uma atividade de lavra e de concentração de minérios. Num sentido mais amplo, é uma atividade econômica designada como indústria extrativa mineral.
A indústria extrativa mineral é uma atividade cara e de intensa demanda tecnológica. Tem início com a identificação e avaliação de jazidas minerais, seguido da extração do elemento de interesse, cujo teor e volume compensem os custos de produção. Esses procedimentos exigem conhecimentos técnicos e mão de obra especializada.
A atividade de mineração tem grande importância tanto para obtenção de matéria-prima para a indústria metalúrgica e outros bens minerais, quanto para extração de matéria prima na construção de moradias (areia, brita, argila para indústria de telhas, tijolos e cerâmicas, etc). Ou seja, sem a atividade de mineração nossa vida seria muito diferente e com bem menos conforto.
CONCEITOS BÁSICOS
Termos mais utilizados na atividade de mineração:
* Mina: escavação desenvolvida para a extração de bens minerais. A partir do momento que a jazida começa a ser lavrada, ela passa a ser denominada de mina (Figura 1.1).
* Mineral: é um elemento ou composto químico homogêneo, que possui composição química definida, apresenta estrutura cristalina, e é formado naturalmente por meio de processos geológicos inorgânicos. Ex: quartzo, pirita, galena, dolomita, calcita.
* Rocha: qualquer agregado natural constituído de um ou mais tipos de partículas minerais. As rochas são constituídas por um ou mais minerais. Ex. granito.
* Minério: Roca ou mineral que pode ser aproveitado economicamente. Ex: bauxita.
* Mineral-minério é qualquer mineral do qual se pode extrair
economicamente uma ou mais substâncias químicas, simples ou complexas. Ex: hematita (Figura 1.1). *
* Encaixante: diz-se das rochas que alojam o corpo de minério *
* Estéril: rocha que ocorre dentro do corpo de minério ou externamente ao
6
mesmo, sem valor econômico, que é extraído na operação de lavra. O conceito de estéril pode variar no tempo devido fatores econômicos, ou seja, o que é estéril numa época pode ser minério em outra (Figura 1.1).
* Rejeito: material “sem valor econômico” obtido no processo beneficiamento do minério. Normalmente, é descartada das usinas de concentração na forma de polpa, mistura de sólidos + água, e contidos por uma barragem ou dique.
Uma subdivisão adicional dos tipos de minérios usados na indústria, também é comum. Os termos mais comuns usados para diferenciar os combustíveis, metais e minerais não metálicos são os seguintes:
* Minérios metálicos: minérios de metais ferrosos (Ferro, manganês, molibdênio e tungstênio), de metais base - não ferrosos - (cobre, chumbo, zinco e estanho), metais preciosos (ouro, prata e o grupo da platina) e minerais radioativos (urânio, tório e rádio).
* Minérios não metálicos (minerais industriais): minerais não combustíveis que não estão associados com a produção de metais. Estes compreendem materiais de construção (areia, cascalho, argila), matéria prima para a industria química (fosfato, potassa, enxofre), calcário, sal gema e muitos outros.
* Combustíveis fósseis (minerais combustíveis): substâncias minerais orgânicas que podem ser usadas como combustíveis, tal como carvão, petróleo e gás natural.
*
1.2 Fases do Empreendimento de Mineração
A mineração pode ser classificada em três grupos principais: as minerações ditas empresariais ou industriais, de grande porte; as minerações ditas de uso social, de menor porte, como as pedreiras, as cavas de areia e as lavras de argila e, por fim, os garimpos atividades extrativistas, informais, manuais e, freqüentemente, clandestinas.
Os empreendimentos de mineração são de maturação lenta, podendo
ocorrer vários anos desde a descoberta da jazida até o início da operação. As principais etapas dos empreendimentos mineiros são as seguintes:
* Projeto: compreende os estudos e projetos de engenharia com especificações construtivas, destinados à execução das obras;
Figura 1.1 - Minas de Ferro: N4E, N4WN, N5E, N5W
7
* Implantação: é a etapa de instalação do empreendimento, englobando também o desenvolvimento da mina ou sua preparação para a lavra propriamente dita.
* Operação: envolve às atividades de lavra e concentração do minério
* Desativação: esta etapa representa o encerramento da atividade mineira e posterior recuperação da área para uso futuro.
Para facilitar o entendimento da terminologia adotada são apresentados, a
seguir, os conceitos principais referidos aos estudos e trabalhos em mineração, parcialmente ilustrado na Figura 1.1.
Figura 1.2 - Esquema de um empreendimento de mineração.
1.3 Fases da Mineração
DIVISÃO TÉCNICA E DIVISÃO LEGAL
Tecnicamente a mineração moderna é frequentemente comparada com as
cinco etapas na vida de uma mina: prospecção, exploração, desenvolvimento, explotação, e recuperação (Figura 1.3)
A fase fechamento e restauração do local da mina tornaram-se necessárias
no ciclo de vida de uma mina devido às demandas da sociedade por um meio ambiente limpo e rígidas leis que regulamentam as minas abandonadas. O processo global do desenvolver uma mina considerando os possíveis usos do solo no futuro é chamado de desenvolvimento sustentável.
Legalmente, a mineração consta de duas fases: pesquisa e lavra, que
poderão ser desdobradas da seguinte forma:
Pesquisa = prospecção e exploração
8
Lavra = desenvolvimento e lavra
Figura 1.3 - Fases da mineração.
PROSPECCÇÃO
São os trabalhos de pesquisa geológica necessários para encontrar o minério, conforme especificado abaixo:
Inicialmente é feita a análise de mapas para selecionar rochas e estruturas geológicas favoráveis à concentração de minerais de interesse econômico. Após essa fase, são realizados trabalhos de pesquisa, tais como: mapeamento geológico, levantamentos geoquímicos e geofísicos, etc. Após o sucesso obtido na primeira fase, chega-se a definição do alvo de interêsse e inicia-se a fase de exploração mineral.
EXPLORAÇÃO
Esta fase compreeende todos os trabalhos geológicos necessários para a caracterização do depósito em termos de tipos de minério, teores, geometria dos corpos mineralizados e, por fim, o volume ou reserva de minério. Caso os estudos revelarem teores e volumes de minério interessantes economicamente, o depósito passa a ser classificado como uma jazida, caso contrário, trata-se de uma ocorrência mineral sem valor econômico para aquele momento. De forma geral, os trabalhos nesta fase envolvem: mapeamento geológico de detalhe, abertura de trincheiras, poços, realização de sondagens, amostragens de rochas e minérios e determinação de teores dos elementos de interesse, seguidos de estudos geoquímicos e geoestatísticos.
DESENVOLVIMENTO
O desenvolvimento é a fase que antecede à lavra propriamente dita.
Nesta fase são realizados trabalhos de desmatamento, decapeamento
(remoção da cobertura do minério), abertura de vias de acesso (de superfície ou subterrâneas), drenagem da mina, etc, enfim todo e qualquer trabalho que vise
9
facilitar a operação de lavra.
Os acessos correspondem as vias que comunicam a jazida com a superfície
para sua explotação e escoamento do minério lavrado. Podem ser agrupados nos seguintes tipos:
- A céu aberto (trincheiras, rampas, planos inclinados), representam entradas
principais, convenientemente construídas para facilitar a lavra dos diversos bancos (níveis).
- Subterrânea (túneis, poços verticais, poços inclinados)
LAVRA (EXPLOTAÇÃO)
A Explotação envolve a extração do minério bruto (minério, estéril), o seu tratamento em anexos mineiros (usina). O método ideal de explotação ou lavra do minério deve considerar a maior lucratividade da operação, a completa extração do minério, a máxima segurança e, um mínimo de impacto ambiental.
RECUPERAÇÃO
A fase de recuperação constitui a etapa final de operação de muitas minas, compreende os processos de fechamento ou exaustão da mina, revegetação, tratamento e recuperação da qualidade da água e restauração do relevo.
O plano de recuperação de qualquer mina deve estabelecer em primeiro lugar medidas de segurança do local da mina, principalmente, se a área for aberta à população. É necessária a remoção de toda a infraestrutura de mina (oficinas, transporte de equipamentos, etc). Também, é preciso determinar o uso subsequente do solo após a exaustão da mina.
1.4 Estudo para a Escolha do Método de
Explotação MÉTODO DE
EXPLOTAÇÃO
Os métodos de explotação empregados para a lavra do depósito mineral são basicamente determinados pelas características do próprio depósito mineral e pelos limites impostos pela segurança, tecnologia, preocupações ambientais, e economia. Fatores geológicos, como o mergulho, forma e volume do minério e da rocha encaixante, também, desempenham papel importante na escolha do método de explotação.
Do ponto de vista econômico, a explotação de uma jazida visa a retirada sistemática do elemento de interesse pelo método de lavra com maior retorno financeiro dos investimentos empregados.
Deste modo, a explotação de uma jazida envolve conceitos técnicos e econômicos. De forma geral, o método de Explotação envolve um conjunto procedimentos e processos utilizados para a remoção da substância mineral útil contida numa fração da jazida. Este conceito é mais abrangente que o método de desmonte, pois envolve uma série de informações sobre a jazida, como: domínio dos terrenos; tipo de preparação; posição das vias de transporte; forma, extensão, orientação e sentido de progressão da frente de lavra; formas de escoamento e transporte do material lavrado; colocação de escoramentos e sustentação das escavações; desenvolvimento na horizontal e na vertical da explotação.
10
Já o método de desmonte, é definido como o conjunto de processos utilizados para proceder ao arranque do minério do maciço. Trata-se de um conceito mais restrito, pois engloba apenas o conjunto de operações necessárias à extração da substância útil da frente de trabalho.
A escolha do método de lavra mais adequado para uma jazida mineral envolve a avaliação de fatores geológicos, tecnológicos, econômicos, segurança e ambientais. São fatores que variam de acordo com o tipo de depósito, os seus contrôles (litológicos, estruturais), a sua localização e o mercado consumidor.
De forma mais específica, a escolha ou seleção do método de explotação
deve levar em conta os seguintes fatores e critérios:
Fatores de Seleção:
- Profundidade, forma e dimensões do corpo mineralizado.
- Localização geográfica da jazida (acessos, escoamento da produção) - Características mineralógicas e geotécnicas da rocha hospedeira do minério e da
rocha encaixante
- Distribuição dos teores do minério na jazida
- Potencial do mercado consumidor (cenário econômico)
- Regulamentação ambiental vigente.
Critérios de Seleção:
- Confiabilidade das reservas de minério avaliadas
- Rendimento e produtividade do método de lavra escolhido
- Segurança do pessoal e produtividade na lavra
- Recuperação no beneficiamento
- Porcentagem de diluição dos teores na lavra.
PRINCIPAIS EXIGÊNCIAS PARA A EXPLOTAÇÃO DE UMA JAZIDA
Na explotação de uma jazida devem tomar-se em conta as seguintes exigências:
1. Segurança dos trabalhos na lavra e na usina de beneficiamento 2. Custo mínimo na explotação do mineral e obtenção do produto final
3. Elevado rendimento do trabalho
4. Perdas e diluição mínimas do minério na lavra e no beneficiamento
5. Cumprimento do plano de lavra
6. Criação de condições favoráveis para o trabalho 7. Mecanização efetiva dos trabalhos mineiros e criação de possibilidades para
uma ampla automação dos processos de produção
A segurança dos trabalhos mineiros é atualmente uma das principais exigências da legislação trabalhista específica para o setor.
CLASSIFICAÇÃO DOS MÉTODOS DE EXPLOTAÇÃO
Há uma variedade de classificações para os métodos de explotação baseadas nas características geológicas e geotécnica dos depósitos (Peele, 1941; Young. 1946; Lewis & Clark, 1964).
Hartman, L.H. & Mutmansky J.M. (2002), apresentam uma classificação dos métodos de explotação que se aplica a maioria dos depósitos minerais conhecidos e envolve tanto os métodos à céu aberto como os em subsuperfície. Além de genérica, esta classificação considera os custos comparativos entre os
11
diferentes métodos (Tabela 1.1).
Tabela 1.1 Classificação dos Métodos de Explotação segundo Hartman, L.H. & Mutmansky J.M. (2002).
Local Classe Subclasse Método
Minérios Custos
Relativos
(%)
Superfície
(céu aberto)
Mecânico - *Open pit (Bancadas em
flanco e em cava)
Metais,
não metais
5
Pedreiras Não
metais
100
*Open cast (Lavra por
tiras) Carvão,
não metais
10
Auger mining Carvão 5
Aquoso Plácer Hidráulico Metais,
não metais
5
Dragagem Metais,
não metais
< 5
Solução Borehole mining Não
metais
5
*Lixiviação Metais 10
* Métodos de explotação mais importantes e comumente usados.
Métodos convencionais de explotação agrupam-se em duas categorias: a céu aberto e subterrâneos. A lavra a céu aberto compreende métodos de escavação mecânicos: lavra de bancadas: em flanco e em cava (open pit) e lavra de tiras (open cast ou strip mining) e, métodos aquosos (lavra de pláceres) e mineração por (borehole mining).
Corpos mineraisde grande grande espessura, geralmente são lavrados em
bancadas ou degraus, enquanto que depósitos minerais estreitos podem requerer para sua lavra uma única face ou bancada.
Lavra de bancadas e lavra por tiras são usualmente empregados em
explotação de depósitos minerais superficiais ou aqueles que apresentam baixo volume de capeamento. Estes frequentemente precisam de um grande capital de investimento, porém geralmente apresentam elevada produtividade, baixos custos de operação e boas condições de segurança.
Os métodos de extração aquosos dependem basicamente da disponibilidade
de água ou meio líquido (Ex. ácido sulfúrico diluído, solução fraca de cianeto ou carbonato de amônia) para a extração mineral. Lavra de plácer é usado na explotação de minerais pouco consolidados como areia, cascalho, cascalho contendo Au, Sn, diamantes, Pt, Ti. Já a lavra hidráulica utiliza a injeção direta no corpo de minério de jatos de água sob pressão para sua remoção através da ação erosiva da água. A dragagem é executada com dragas flutuantes completando a extração mecânica ou hidráulica. Métodos de extração por solução incluem furos longos (borehole mining) na extração de cloreto de Na ou enxofre e lixiviação através de em pilhas disposta na superfície.
Lavra de pláceres e mineração por solução estão entre os mais econômicos
de todos os métodos de explotação, porém somente podem ser aplicados em poucas categorias de depósitos minerais.
12
UNIDADE II: OPERAÇÕES MINEIRAS
2.1 Operações Fundamentais e Ciclos
Durante as fases de desenvolvimento e explotação de uma jazida, notadamente operações unitárias semelhantes são normalmente desenvolvidas de forma cíclica, visando à extração e transporte dos minérios lavradoas.
As operações mineiras compreendem operações de produção e operações
auxiliares. As atividades relacionadas diretamente a extração mineral são conhecidas como operações de produção, enquanto que aquelas sustentam e apoiam as operações de
produção são denominadas operações auxiliares (Figura 2.1).
Figura 2.1 - Fluxo de operações mineiras. a) MRN, b) VALE
O ciclo de produção para extração de minerais emprega operações unitárias que são normalmente agrupadas em: escavação - carregamento (arranque - carregamento) e transporte - descarregamento. Para a escavação de minérios de dureza elevada (minerais coerentes) são empregados métodos de perfuração e detonação, denominados de etapa de desmonte das rochas. Já, depósitos brandos (minerais incoerentes), são escavados diretamente por métodos mecânicos, compreendem atividades de arrasto e carregamento (transporte horizontal) e algumas vezes atividades de içamento (transporte vertical ou inclinado).
CICLO DE PRODUÇÃO
O ciclo básico de operações usado na produção e extração de minérios compreende quatro operações básicas (Figura 2.2):
CICLO DE PRODUÇÃO = ESCAVAÇÃO + CARRE GAMENTO +TRANSPORTE +
DESCARREGAMENTO
Perfuração – Detonação Arrasto – Içamento
(ARRANQUE)
13
O ciclo de operações em minas superficiais e subterrâneas difere primariamente pela escala dos equipamentos, sendo freqüentemente alterado de acordo com os tipos de equipamentos utilizados e a melhor tecnologia adotada para o processo de produção. Além do ciclo de operações de produção, certamente operações auxiliares devem ser executadas em vários casos. Mineração subterrânea, usualmente inclui escoramento de escavações, ventilação, iluminação, bombeamento, etc.
2.2 Operações de Produção
PREPARAÇÃO DAS ROCHAS PARA SUA EXTRAÇÃO
A preparação das rochas para sua extração depende fundamentalmente das características físico-mecânicas do maciço de rochas e pode estar ausente em rochas incoerentes (brandas ou moles) que não requerem preparação prévia. A preparação das rochas para o arranque engloba de 5 a 40% do custo total de extração.
De acordo com o grau de dificuldade da rocha para sua extração, ou seja, o seu
fator de resistência (f), a escala de Protodiakonove (Tabela 2.1) classifica os maciços em 10 grupos: nos grupos I, II, e III estão as rochas de alto coeficiente de resistência, f entre 8 e 20 (rochas duras a muito duras); nos grupos IV e V estão as rochas de dureza mediana (f entre 7 e 4) e nos grupos VI até X as rochas mais moles (f < 4).
Tabela 2.1 - Escala de Protodiakonov
Categoria Grau de dureza Rocha Fator de
resistência
(f)
I Rochas
extremamente
duras
Rochas de dureza excepcional (Quartzitos,
basaltos duros e compactos)
20
II Rochas muito
duras
Rochas graníticas muito duras
pórfiroquartzosas, granitos muito duros, xistos,
quartzitos de minério, arenitos e calcários
cristalizados
15
III Rochas duras Granitos compactos, arenitos e calcários muito
duros, veios de quartzo metalíferos,
conglomerados duros, minerais de ferro muito
duros
8
IIIA Rochas duras Calcários duros, granitos de menor dureza,
arenitos duros, mármores duros, dolomita
8
IV Rochas
medianamente
duras
Arenito comum, minerais de ferro 7
14
IVA Rochas
medianamente
duras
Xistos arenosos, arenitos xistosos 6
V Rochas
semidur
as
Xistos argilosos duros, arenitos e calcários de
menor dureza, conglomerado brando
5
VA Rochas
semidur
as
Vários xistos de menor dureza 4
VI Rochas
medianamente
Moles
Xistos moles, calcário muito mole, gesso,
antracito, arenito fragmentado
3
VIA Rochas
medianamente
moles
Aluviais duros, terrenos argilosos,
argila arenosa
2
VII Rochas moles Argila. hulha 1
VIIA Rochas terrosas Terra vegetal, turfa. 0.8
VIII Rochas terrosas Terra argilosa mole, areia úmida 0.6
IX Rochas soltas Areias, detritos rochosos, hulha 0.5
X Rochas
movediças
Terrenos movediços, soltos, pântanos, 0.3
PREPARAÇÃO DAS ROCHAS PARA EXTRAÇÃO – Desmonte e Fragmentação
Denomina-se Desmonte e/ou Fragmentação a liberação de grandes massas de
rochas resistentes do maciço. Tradicionalmente são conhecidos dois tipos diferentes de métodos de Desmonte e Fragmentação das rochas: perfuração e detonação (arranque por explosivos no caso de massas minerais coerentes) e fragmentação com meios mecânicos: escarificadores e jatos de água sob pressão (no caso de massas incoerentes).
A fragmentação visa quebrar as rochas segundo o tamanho e a forma desejáveis. A tabela 2.2 apresenta a classificação dos métodos de fragmentação de acordo com forma de energia aplicada sobre a rocha. Tabela 2.2 - Classificação dos métodos de fragmentação baseados sobre a forma de energia aplicada:
Forma de energia aplicada Método Agente ou equipamento
Química Detonação/explosão Explosivo de elevada energia,
agente de dinamitação,
oxigênio liquido, pólvoras
negras.
Reação “Abrandamento” ou mitigação da rocha,
dissolução
Mecânica Pneumático Ar comprimido ou cilindros
de dióxido de carbono
15
Escarificadores
mecânicos
(rippers)
Lâmina de rippers, lâmina de
bulldozers
Impacto/choque Martelos hidráulicos,
dispositivo de pingar (gota)
Fluido Mineração de solos Monitores hidráulicos
Mineração de rochas Jatos de água a pressão
Elétrica Arco elétrico ou corrente Perfuração elétrica
Os métodos empregados para a perfuração e detonação de rochas de elevada
resistência serão especificados e detalhados em um Módulo Optativo do curso a ser ofertado em Março de 2020. Trata-se de um curso de desmonte e fragmentação de rochas com o uso de explosivos, com carga horária de 30 horas, o qual habilita os concluintes a desenvolverem essas operações em trabalhos mineiros ou em abertura de túneis de rodovias e ferrovias. Deste modo, trataremos a seguir apenas os métodos mecânicos de fragmentação de maciços, ou seja, com o emprego de escarificadores e jatos de água sob pressão.
ESCARIFICADORES MECÂNICOS (RUSTER, RIPPERS)
Os escarificadores (rippers) são equipamentos de acionamento hidráulico ou por cabos (guincho, polias e cabos de aço), compostos de um ou mais dentes montados na traseira de tratores e patrols (Figura 2.4). O peso do equipamento, o seu deslocamento e a forma dos dentes (curvados, retos, combinados) proporcionam a penetração no solo/rocha executando seu arranque.
Para se obter o rendimento máximo do arranque é necessário que os dentes do ripper penetrem quase totalmente no solo.
Figura 2.4 - Representação de um “ripper”.
O ripper é muito eficaz para trabalhos de preparação, de desmonte e de limpeza de
terrenos virgens, facilitando o trabalho posterior de outros equipamentos de escavação (scrapers). O uso do ripper em mineração é bastante difundido, principalmente em decapeamento de jazidas cuja consistència do maciço nãopermite o desmonte com a própria lâmina do trator. Nesse caso, faz-se a escarificação em toda a área a ser removida e, posteriormente, executa-se a remoção com a lâmina do trator.
Os rippers são utilizados para desagregar e arrancar solos muito compactos, argilas duras, granito descomposto, xistos argilosos, rochas estratificadas, etc, ou seja são característicos de rochas relativamente brandas.
As vantagens do uso dos escarificadores são: menor custo de produção da preparação das rochas, maior segurança, menor contaminação do minério, ausência de abalos sísmicos que permite o seu emprego em áreas próximas a instalações mineiras e povoados.
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Como condições desfavoráveis ao emprego do escarificador, temos as seguintes: maciços homogêneos sem planos de falhas ou fraturas, rocha de granulação fina e compacta e rocha muito argilosa.
ESCAVAÇÃO E CARREGAMENTO: PRINCÍPIOS E ESCOLHA DE
EQUIPAMENTOS
A extração e elevação de materiais: fragmentado ou in-situ é chamada de escavação ou carregamento.
Escavação ou carregamento são operações unitárias primárias em qualquer operação
mineira, desenvolvidas através do emprego de vários equipamentos mineiros, classificados em função do local da mineração, a céu aberto ou subterrânea e da continuidade da operação (principio de operação): cíclicos ou contínuos (Tabela 2.3).
No caso das operações cíclicas, os equipamentos normalmente realizam em simultâneo as operações de carga e transporteo. Os equipamentos mais utilizados são os dumpers, as pás mecânicas, e as dragas, sendo esta última determinante quando os trabalhos se desenvolvem em profundidade (Figura 2.5 e 2.6).
Tabela 2.3 - Classificação dos métodos de escavação carregamento e equipamentos :
Operação Categoria ou método Equipamento (aplicação)
Céu aberto
(superficial):
Cíclica
Shovel Escavadeira tipo shovel (pá), carregadeira
frontal (pá carregadeira), escavadeira
hidráulica, retroescavadeira - back shovel
(mineração de Au/dragagem, decapeamento)
Dragline Escavadeira de arrasto - drag-line (pláceres,
dragagem)
Bulldozer Trator de esteira com lâmina e escarificador -
unidade escavo-empujadora (escavação em
frentes de rochas: brandas, desagregada com
escarificadores, explosionadas)
Scraper Scraper rebocado, scraper automotriz –
motoscraper (escavam, carregam e transportam
materiais de consistência média a distâncias
médias)
Blasting (dinamitação)
Decapeamento com explosivos (dinamita)
Continua Wheel
escavator(BWE)
Escavadeira mecânica
loader Escavadeira continua por roda de caçambas -
bucket Wheel (escavação de solos, carvão)
Highwall mining Trenchers e ditchers: (escavação por meio de cabeças rotativas que desagregam o material e posteriormente removido por correias transportadoras)
Hidráulica Monitores ou hidromonitores
(aluviões/pláceres)
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Dragagem Dragas: bucket wheel, bucket chain (pláceres)
Figura 2.5- Equipamentos para decapeamento e escavação convencional em bancadas a céu aberto: (a) pá carregadeira; (b) motoscraper; (c) retroescavadeira; (d)escavadeira shovel; (e) trator de esteira (com lâmina e escarificador); (f) escavadeira hidráulica.
Nas operações contínuas em que certos equipamentos combinam ou realizam simultaneamente o arranque e a remoção, as operações de corte, perfuração e uso de explosivos são eliminadas, sendo o arranque e a carga (extração) realizados simultâneamente (Figura 2.6).
A adoção de um sistema contínuo, em lavra a céu aberto, está essencialmente
dependente da inclinação dos taludes, ou seja, da profundidade da exploração e da coesão e granulometria do material. Nas operações mineiras de superfície ou a céu aberto, os equipamentos mais comuns em sistema contínuo são as correias (ou telas) transportadoras e os minerodutos.
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Figura 2.7 - LHDs (Load - haul - dump)
Figura 2.6 - Tipos de dragas: (a) draglines; (b) bucket chain; (c) bucket wheel; (d) clamshells.
Nas operações mineiras subterrâneas, os equipamentos usados para
carregamento são de grande diversidade de tipos e tamanhos,os principais são:
* carregadeiras tipo overshot: são equipamentos que coletam o material desmontado e o descarregam atrás de si, geralmente em vagonetas; podem locomover-se sobre trilhos, sobre lagartas ou eventualmente sobre pneus, com acionamento a ar comprimido e caçambas com capacidade de 0,14 a 0,60 m3;
* rastelos (slushers): são equipamentos que arrastam o minério a distâncias de 15 a 120 m, sendo acionados por ar comprimido ou eletricidade;
* pás carregadeiras rebaixadas (LHDs): são equipamentos similares às carregadeiras convencionais, porém com perfil mais baixo para trabalhar em túneis e galerias de pequena altura; geralmente de acionamento a diesel, articuladas no centro, com caçambas de 0,4 a 10 m3 (Figura 2.7);
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Figura 2.8 - Operações fundamentais de uma explotação de rocha industrial.
Os equipamentos de escavação executam em seu trabalho quatro operações básicas, que podem ocorrer em sequência ou, as vezes, com simultaneidade parcial, a saber: escavação ou corte, carga da caçamba, transporte e descarga (Figura 2.8).
Com o aumento da produtividade e visando tornar o processo global mais
eficiente, tem se eliminado ou combinado uma ou mais operações mineiras. Por exemplo o trator de esteiras executa as três primeiras simultaneamente para, em seguida, descarregar e espalhar o material escavado. As unidades escavo-carregadoras, apenas executam as duas primeiras. Equipamentos de arranque e carga de ação contínua realizam o arranque e carregamento das rochas incoerentes (moles), rochas friáveis e a granel (pulverulentas), eliminando-se operações de perfuração e explosão de rochas. Extração e carregamento são executados em uma única função (escavação). Materiais moles são extraídos em uma única operação, quando empregados equipamentos que combinem operações de carregamento e arrasto, semelhante às pás carregadeiras rebaixadas LHD (load - haul - dump).
Visando executar uma atividade de mineração mais eficiente, novas e mais avançadas técnicas de fabricação de equipamentos tem sido desenvolvidas, possibilitando aumentar o tamanho do equipamento de forma que sua produtividade, também, é aumentada e o custo de operação diminuiu por unidade de material extraído. Por exemplo, a escala de equipamentos mineiros usados na lavra a céu aberto tem aumentado significativamente, limites superiores subiram até 360t de capacidade para caminhões fora de estrada, drag-lines com caçambas de 220jd3 (170m3) de capacidade, escavadeira shovel de superfície de 180jd3 (140m3) de capacidade, escavadeiras shovels elétricas 80jd3 (61m3).
As razões principais para fabricação de equipamentos mineiros gigantescos na
lavra a céu aberto são encontradas na sua alta produtividade e baixos custos de operação. Em parte, isto é devido a computadores e tecnologia de melhor automatização, implementados atualmente neste tipo de equipamento.
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A escolha dos principais equipamentos usados em operações mineiras de escavação, carregamento compreende um vasto número de fatores agrupados basicamente em quatro categorias: a) fatores de desempenho (produtividade, tempo do ciclo mínimo, esforço de tração, raio de escavação, capacidade da caçamba e confiabilidade; b) fatores construtivos: tecnologia empregada, tipos de controle e energia disponíveis; c) fatores de manutenção: serviços de manutenção e reparo de equipamentos e; d) fatores econômicos: provavelmente a categoria mais importante na escolha do equipamento, o custo de aquisição e operação de equipamentos mineiros pode ser estabelecido por procedimentos de estimação standard.
Atualmente estes equipamentos estão competindo até mesmo com métodos de
desmonte por explosivos em rochas compactas sendo por vezes mais rápidos, eficientes e de menor custo. São, entretanto, máquinas caras e muito específicas; cada equipamento possuí capacidade de escavar somente uma determinada seção e um tipo de rocha (seja macia ou resistente), não aceitando normalmente variações litológicas nem intercalações de diferentes tipos de materiais a escavar ao longo do túnel ou mesmo materiais muito abrasivos, pois a face cortante não pode ser facilmente trocada; os raios de curvatura são limitados e a presença de água não prevista pode representar problemas.
Normalmente só são empregados em túneis de mais de um quilômetro de extensão, devido a dificuldades de transporte, montagem e mobilização. Têm a vantagem de manter a frente e o perímetro do túnel em situação muito estável e segura, não os abalando por detonações, reduzindo-se com isso os gastos com suporte e revestimento.
Os menores TBMs escavam túneis de seção de 1,5 x 2,4 m, alcançando seções
de até 10 m de diâmetro, com rotações de até 8 rpm e pressões de 0,4 MN/m2. Os instrumentos de cabeça cortante variam com o tipo de rocha podendo desagregar rochas com resistência de até 300 Mpa, sendo maior ou menor a facilidade para o corte, função da resistência à compressão simples. Por vezes a velocidade de avanço é limitada pela dificuldade de remoção do material cortado e não pela capacidade de corte propriamente dita. Adicionalmente, quando o material da frente de escavação é muito inconsolidado e com presença de água sobre pressão, ele tende a fluir para dentro do túnel. Com isso, além de drenos sub-horizontais para reduzir a pressão hidrostática e drenar a frente, muitas vezes é feito um tratamento do maciço a escavar, com execução de uma sequência de furos em leque aproximadamente paralelos ao eixo do túnel, junto à abóbada e eventualmente nas paredes sendo então injetada calda de cimento ou substâncias químicas que criam uma carapaça mais ou menos resistente, permitindo o avanço da escavação. O desabamento de escavações subterrâneas pode ser evidenciado até na superfície do terreno provocando fenômenos de subsidência.
TRANSPORTE DE CARGAS (ESTÉRIL/MINÉRIO) - ARRASTO E
IÇAMENTO: PRINCIPIOS E ESCOLHA DE EQUIPAMENTOS
O mineral arrancado nas frentes de trabalho é transportado por métodos de arrasto (principalmente horizontal) e içamento (principalmente vertical). Os equipamentos que executam estas operações são classificados na mesma base dos equipamentos de escavação (Tabela 2.4).
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O transporte de minérios emprega uma grande variedade de equipamentos. Transporte de caminhões e transportadores (conveyors) prevalecem em minas de superfície. Em minas subterrâneas, transporte ferroviário (vagões), caminhões subterrâneos (possuem perfil rebaixado para túneis de pequena altura), trens de carga, LHDs e transportadores são amplamente usados (Figura 2.11, 2,12 e 2.13).
Os equipamentos de transporte executam em seu trabalho, também, quatro
operações básicas: carga da unidade, transporte, descarregamento e retorno vazio (posicionamento para o carregamento).
Tabela 2.4 - Classificação dos métodos de transporte e equipamentos:
Operação Método Distancia de arrasto
Céu aberto
(superficial):
Cíclica Férreo (trem) Ilimitada
Caminhão (fora de estrada) 1 -10 mi
(1,6 - 16 Km)
Caminhão (dumper) 0,2 -5 mi
(0,3 - 8 Km)
Scraper 500 -5000 ft
(150 - 1500 m)
Carregadeira frontal < 1000 ft (300
m)
Bulldozer < 500 ft (150
m)
Skip < 8000 ft vertical
(2400 m)
Bonde aéreo 0,5 -5 mi
(0,8 - 8 Km)
Continua Correia transportadora 0,2 -10 mi
(0,3 - 16 Km)
High-angle conveyor (HAC) < 1 mi
(1,6 Km)
Transportador hidrúlico (pipeline-oleoducto) Ilimitada
Subterrânea:
Cíclica Férreo (trem) Ilimitada
Caminhão, vãgoes 500 -5000 ft
(150 - 1500 m)
Rastelo (scraper) 100 -300 ft
(30 - 90 m)
LHD 300 -2000 ft
(90 - 600 m)
Skip, gaiola < 8000 ft vertical
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Continua Transportadores (correias, cadeia,
aéreo, trilhos)
0,2 -5 mi
(0,3 - 8 Km)
Transportador hidráulico Ilimitado
Transportador pneumático ilimitado
Os fatores considerados na escolha dos sistemas de transporte são similares aqueles considerados nos equipamentos de escavação. Adicionalmente, a escolha leva em conta o tipo de material, o volume a transportar e a distancia de transporte.
Figura 2.11 - Equipamentos de transporte a céu aberto.
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Figura 2.13- Equipamentos de transporte contínuos.
O sistema e o circuito de transporte podem ser de dois tipos: a) contínuo - ex. correias
transportadoras, b) cíclico - ex. caminhão fora de estrada (Figuras 2.11, 2.12 e 2.13).
A Tabela 2.5 sintetiza algumas das principais características dos equipamentos de transporte. A maioria destes equipamentos são usados tanto em minas a céu aberto como subterrâneas. Contudo, os equipamentos usados na lavra subterrânea são frequentemente mais comprimidos (rebaixados) e de menor capacidade que os equipamentos usados em minas superficiais.
Tabela 2.5 - Comparação entre as unidades principais de transporte:
Equipamento Vantagens Desvantagens
Bulldozer 1. Flexível 2. Bom esforço trator
(gradeability)
3. Trabalha em terrenos
acidentados
1. Limitada distancia de arrasto 2. Descontínuos
3. Baixa produção, baixa
velocidade (lentos)
Caminhões 1. Flexível e manobrável 2. Fragmentos grandes,
rochas maciças
3. Moderado esforço trator
1. Requer boas estradas de transporte
2. Lento em época chuvosa
3. Elevados custos de operação
Scraper 1. Flexível e manobrável
2. Bom esforço trator
1. Pode precisar de “pusher” para auxiliar o carregamento 2. Limitado a solos e pequenos fragmentos
3. Elevados custos de operação
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Trem 1. Elevada produção, baixo
custo
2. Ilimitada distancia de arrasto 3. Fragmentos grandes,
rochas maciças
1. Elevado custo de manutenção das vias
2. Pobre esforço trator
3. Elevados investimentos de
capital
Correia
Transportadora
1. Elevada produção, contínuo
2. esforça trator muito bom
3. Baixos custos de operação
1. Inflexível
2. Exigências ao material
transportado (fragmentos pequenos)
3 . Elevados investimentos de capital
As unidades transportadoras são utilizadas em operação conjugada com as unidades escavo-carregadoras realizando as operações básicas de transporte e de descarga. Normalmente, as condições de balanceamento entre as unidades são estabelecidas pelo sincronismo das operações de carregamento e transporte.
CONDIÇÃO DE SINCRONISMO
A condição de sincronismo considera que a produção da unidade escavo- carregadeira é igual à capacidade de produção da frota de transporte, desde que o fluxo de material carregado seja absorvido pela frota de transporte, sem que haja espera de qualquer dos equipamentos. Isto é:
Q unidade escavo-carregadeira = Q frota de transporte
Sendo a frota de transporte constituída por N veículos de capacidade C, cujo
tempo de ciclo de transporte seja Tc, temos:
Q carregadeira = c . ϕ . 1/ tc . R = NC . ϕ . 1/ Tc . R (R = 100%)
Admitindo-se que a capacidade solta da caçamba da unidade de transporte seja
igual a “n” vezes a capacidade solta da caçamba da carregadeira, temos:
C = n . c c / tc = N . n . c / Tc N = Tc / n . tc
Sendo: n . tc o tempo de carga do caminhão n . tc = tcarga
Assim, N = Tc / tcarga sendo: Tc = tempo de ciclo
de transporte (R = 100%) tc =
tempo de carga do veículo
Conclui-se, que se R = 100%, a condição de balanceamento entre a unidade
escavo - carregadeira e a frota de transporte será obtida por N veículos. Por outro lado, a experiência mostra que deve haver adequação entre a capacidade da caçamba da carregadeira e a da unidade transportadora, e o “n” deve está compreendido entre 3e 6.
Com 2 caçambas, provavelmente devido à rapidez da carga, poderá haver
espera no posicionamento da unidade transportadora seguinte e, com mais de 6 caçambas, o tempo de carga cresce inutilmente, fazendo com que a unidade transportadora aumente desnecessariamente o seu tempo de ciclo.
O número N poderá não ser inteiro. Nessa hipótese, podemos optar pelo uso do
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número inteiro imediatamente inferior ou superior. Se adotarmos o número imediatamente inferior, haverá pequena falta de unidades transportadoras e a carregadora terá espera e a produção global será governada pela frota de transporte. Na outra hipótese, haverá, obviamente, espera da unidade transportadora e a produção será governada pela produção máxima da carregadeira.
TEMPO DO CICLO DO TRANSPORTE
O tempo do ciclo de transporte Tc é frequentemente afetado por fatores imprevistos que tendem, em geral, a aumentá-lo, como por exemplo, o uso de equipamentos de transporte com diferentes características de desempenho (por fabricação, por estado mecânico deficiente). A própria atitude do operador ou motorista poderá levar a maiores ou menores tempos de percurso. Eventualmente até os problemas do tráfego local poderão afetar a produção de maneira sensível, especialmente nos trabalhos em zona urbana.
O tempo do ciclo da unidade de transportadora será composto pelos seguintes tempos elementares:
- tempo de carga da unidade (tf)
- tempo de transporte carregado (tv)
- tempo de manobra e descarga (tf)
- tempo de retorno vazio (tv)
- tempo de posicionamento para a carga (tf)
São considerados fixos os tempos de carga, manobras, descarga e
posicionamento, enquanto os de transporte são variáveis, pois dependem das distancias percorridas.
Os tempos variáveis serão calculados para as unidades transportadoras de acordo com:
1. Decomposição do trajeto em segmentos, dos quais sejam conhecidos os
comprimentos e a inclinação das rampas.
2. Determinação da soma das resistências em cada segmento.
3. Determinação da velocidade em cada segmento, pela utilização do diagrama tração por velocidade.
4. Determinação do tempo gasto no percurso de cada segmento, através do seu comprimento e da velocidade do equipamento.
FATOR DE REDUÇÃO DE VELOCIDADE
A velocidade média, a ser atingida num determinado trecho, dependerá da velocidade máxima calculada, afetada de um fator de redução, que por sua vez é função das seguintes variáveis:
- Relação peso / potência - Velocidade inicial ou final
- Comprimento do trecho - Fatores desfavoráveis
a) Quanto menor a relação peso / potência, mais facilmente o veículo conseguirá a
sua aceleração e o fator de redução será numericamente maior, e inversamente.
b) A quantidade de movimento com que a unidade entra num trecho, dependendo da
velocidade inicial ou final, afeta sensivelmente o fator de redução.
Um veículo que entra ou sai de um segmento, na (ou próximo da) velocidade
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máxima, terá o fator de redução muito perto de 1,0, enquanto aquele que inicia o movimento ou deve diminuir a velocidade ao final do trecho, terá obviamente valores mais reduzidos.
c) A quantidade de movimento e aceleração (ou desaceleração) afeta apenas o inicio
(ou o fim) do movimento do veículo no trecho. O comprimento será outro fator a ser tomado em conta, pois, quando for muito curto e o veículo parte do repouso ou possui velocidade inicial baixa, não haverá tempo para atingir, a velocidade de regime, e fator de redução será grande.
d) Há certos fatores negativos ou obstruções no trajeto que podem diminuir
substancialmente a velocidade, de maneira que o fator de redução diminui paralelamente, a saber: curvas fechadas, má visibilidade, estreitamento da pista, congestionamento de muitas unidades, resistência ao rolamento muito variável, pistas muito úmidas, grandes trechos em declive muito pronunciado, etc.
Operações Auxiliares: Classificação. Importância
Operações auxiliares compreendem todas as atividades de apoio e complementação à escavação em si (ciclo de produção). Muitas das unidades de operações auxiliares podem ser programadas previamente ou executadas após o ciclo de produção, porém não interferem com as operações de produção e contribuem indiretamente à produção. Os serviços complementares como estabilização das escavações e ventilação são executadas como uma parte integrante do ciclo de produção, se estas são essenciais à saúde e segurança ou para produção eficiente.
Algumas minas tendem a designar as operações auxiliares como uma função
particular e de baixa prioridade, devido a que operações unitárias não geram lucro nenhum. Contudo, o planejamento de mina (gerentes de minas) tem que assegurar que estas operações recebem atenção formal, sem esquecer que avanços tecnológicos e operações globais eficientes fazem parte das operações auxiliares. Dada sua importância, as operações auxiliares devem ser estudadas e aperfeiçoadas em toda operação mineira. Muitas das operações auxiliares comuns em operações mineiras são apresentadas na Tabela 2.6. A maioria, classificadas como operações de apoio ao ciclo de produção, entretanto operações unitárias associadas com desenvolvimento e recuperação, também, são incluídas.
DRENAGEM DA MINA - CONTROLE DE ÁGUAS
SUPERFICIAIS E SUBTERRÂNEAS
As escavações, tanto em rocha como em solo comumente atingem os lençóis freáticos, acarretando com isso a necessidade de remoção das águas subterrâneas, além das pluviais, para permitir o trabalho dos equipamentos e prosseguimento das atividades. Para tanto, são utilizados diferentes métodos, em função das características geométricas da escavação e hidrogeologia da área.
* abertura de valetas ou cavas a céu aberto.
* drenos perfurados: são furos normalmente sub-horizontais (em taludes a céu aberto
ou galeria), em minerações subterrâneas, podem também ser sub-verticais.
* poços escavados em diâmetros variáveis, sendo usados em materiais permeáveis que
permitem um rápido fluxo de água para seu interior.
* sumps ou escavações no fundo da cava, que normalmente recolhem não só a água
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subterrânea, mas também águas pluviais para posterior bombeamento em cavas fechadas e também em escavações subterrâneas
* wellpoint ou poços-ponteira
* poços perfurados de grande diâmetro - método muito usado em minerações a céu
aberto. sendo normalmente perfurado em baterias convenientemente posicionadas e continuamente bombeadas de forma a permitir um pré-rebaixamento que vai evoluindo com o aprofundamento da cava
* galerias de drenagem: em algumas situações, podem ser construídas galerias que
atingem cotas inferiores à cota mínima da escavação em execução. A partir dessa galeria, perfuram-se drenos sub-verticais que conduzem a água subterrânea até essa galeria podendo ser esgotada por gravidade ou bombeamento.
* construção de ensecadeiras, geralmente construídas com solo utilizando técnicas de
construção de barragens, isolando parte de uma área para escavação e aprofundamento, muito utilizada na construção de usinas hidrelétricas.
Para o desaguamento, existem bombas de capacidade de sucção e de recalque
das mais diversas capacidades: algumas trabalham somente com água limpa, outras com lamas espessas. Podem ser submersas ou flutuantes.
Tabela 2.6 - Classificação das operações auxiliares em mineração:
Função Operação a céu aberto Operação subterrânea
Explotação
Saúde
segurança
e - Controle do desprendimento de poeira*
- Diminuição de ruído - Prevenção de combustão
espontânea*
- Prevenção de
enfermidades profissionais
- Controle do desprendimento de gases e poeira* - Ventilação e quantidade suficiente de ar*
- Diminuição de ruído - Prevenção de
enfermidades profissionais
Controle
ambiental
- Proteção do ar e da água
- Disposição de rejeitos*
- Controle da água subterrânea (lençol freático)
- Controle de subsidências
Controle da
superfície (solo)
- Estabilidade de taludes
- Controle da erosão do solo
- Controle de tetos (colocação de
escoramentos)*
- Escavações controladas
Distribuição e suprimento de energia
- Distribuição de energia (elétrica) - Distribuição de energia (elétrica, ar
comprimido)
Água e controle de
alagamentos
- Bombeamento, drenagem - Bombeamento, drenagem
Disposição de
estéreis
- Armazenamento, formação de pilhas - Disposição in-situ, içamento para
superfície*
Abastecimento de
materiais
- Divisão e
armazenamento de
materiais
- Divisão e armazenamento de materiais
Manutenção e
reparação
- Instalações (peças e repostos) - Instalações (peças e repostos)
Iluminação - Lâmpadas portáteis - Lâmpadas estacionárias e portáteis
Comunicações - Rádio, telefone - Rádio, telephone
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Construção - Estradas de arrasto (transporte), etc - Vias de arrasto (transporte), etc
Pessoal de transporte Desenvolvime
- Operadores de caminhões, escavadeiras
nto (como apoio à produção)
- Operadores de skip,
gaiolas e caminhões
-
Preparação local - Limpeza do terreno, vias de acesso, etc
Remoção - Decapeamento, armazenamento* superficial do
solo
-
Recuperação da - Reposição, classificar, revegatação superfície
Recuperação (simultânea com a produção)
-
Trabalhos
topográficos
- Reclassificação
- Restabelecimento do solo
-
Revegetação - Plantação de grama
- Plantação de árvores
-
Controle
erosão
da - Estabelecimento
de
sedimentação
de bacias -
Monitoramento - Qualidade da água
- Qualidade do ar
- Qualidade da água
- Qualidade do ar
* Pode ser incorporada no ciclo de produção
UNIDADE III: LAVRA ACÉU ABERTO
3.1 Generalidades sobre a Lavra a Céu Aberto
A extração de minerais úteis supera os dez mil milhões de toneladas ao ano e,
aumenta ao ritmo de 4.4 - 5.5% anualmente, aproximadamente um 75% desse volume se extraem pelo método a céu aberto. A proporção de extração superficial é elevada devida essencialmente a dois fatores: a dificuldade crescente em descobrir depósitos minerais que possam ser economicamente lavrados pelo método subterrâneo e a eficiência, também crescente, na mineração de depósitos pelo método a céu aberto, embora o custo de recuperação para uma mina de superfície esteja aumentando continuamente.
A lavra a céu aberto compreende todos os serviços executados na superfície em
aberturas (amplas ou limitadas) ou próximo dela em profundidades limitadas, visando a extração do minério ou substancia mineral útil da jazida. Envolve casos específicos de aproveitamento de material subterrâneo como petróleo, gases combustíveis e sais solúveis.
O planejamento de mina e desenvolvimento são fases importantes na operação de
uma mina. Para isso, a equipe de planejamento considera as condições locais de geologia, geoestatística, topografia, hidrogeologia, geotecnia, clima e condições ambientais. Os projetos de mina devem considerar, além da economicidade do empreendimento, os aspectos relativos ao desenvolvimento das operações unitárias, à segurança operacional, controle ambiental e a reabilitação da área.
Hoje em dia, climas severos em altitudes elevadas, raras vezes, impossibilitam o
desenvolvimento de lavra a céu aberto, porém podem ser prejudiciais para a eficiência da produção e custos de operação. Entre os fatores naturais e geológicos: terreno, profundidade, características espaciais do depósito e presença de água são variáveis muito importantes. Preocupações ambientais e os custos na solução de problemas ambientais
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aparecem entre as mais importantes considerações no planejamento e desenvolvimento de uma mina a céu aberto.
CONCEITOS MINEIRO-TÉCNICOS E TERMINOLOGIA
A galeria mineira aberta, que tem seção trapezoidal e grande extensão denomina-se
trincheira. A trincheira inclinada que serve para o decapeamento e comunica a superfície com
as bancadas de trabalho da mina é conhecida como trincheira principal. A trincheira horizontal, empregada para a criação do frente inicial de trabalho nas bancadas se denomina trincheira de corte. A escavação de trincheiras principais que possibilitam o tráfego desde a superfície da jazida ou desde uma parte lavrada da jazida a outra em explotação, denomina-se decapeamento da jazida.
Os limites do perímetro da mina a céu aberto são as superfícies que passam através do contorno inferior e superior da mina na sua etapa final (Figura 3.1). Contorno superior denomina-se à linha de corte das bordas da mina com a superfície. Contorno inferior denomina-se à linha de corte das bordas da mina com o plano do fundo da mina. Fundo da mina denomina-se à superfície inferior, geralmente horizontal da mina.
O conjunto de praças e taludes dos bancos desde a superfície até o fundo da mina se denomina
talude da mina. Quando as bancadas chegam a sua face final (posição final na exaustão da
mina) forma-se o talude inativo (βi ≅ 50º). O talude ativo compreende as diferentes
bancadas donde se estão desenvolvendo trabalhos (localizam-se os diferentes equipamentos, rede elétrica, tubulação de ar comprimido, mangueira de água, etc), é
também conhecido como talude de trabalho (βt ≅ 10 - 15º).
O ângulo que se forma entre a linha do talude da mina e sua projeção sobre o plano
horizontal denomina-se ângulo do talude da mina.
A distancia vertical entre a cota da superfície e o fundo da mina se denomina profundidade da mina. A profundidade máxima calculada para a mina se denomina profundidade de desenho.
Figura 3.1 - Elementos da mina a céu aberto. 1 - bancadas, 2 - bermas (praça da
Talude em
recesso Limite superior da mina Talude em
trabalho
Profundidade
da mina
4
Ângulo de talude
Limite inferior da mina
30
bancada), 3 - face ou talude do banco, 4 - fundo da mina, 5 - talude final da mina.
Os trabalhos mineiros que encerram operações de escavação de trincheiras
principais e de corte, assim como a definição dos taludes da mina na posição necessária para o começo da explotação se denominam trabalhos mineiros fundamentais. Os trabalhos mineiros executados para pôr ao descoberto o mineral útil da jazida, mediante o arranque e transporte do material estéril de recobrimento e rochas encaixantes, se denominam trabalhos de decapeamento. Os trabalhos de extração se denominam trabalhos de arranque do mineral útil.
APLICABILIDADE
A explotação a céu aberto executa a lavra de jazidas de minerais metálicos e não
metálicos de depósitos próximos à superfície, jazidas aflorantes de reduzido capeamento, jazidas em encostas, em cava, em camada e por furo de sonda, caracterizadas por uma grande variedade de formas, características espaciais, condições mineralógicas e hidrogeológicas diferentes.
Os tipos fundamentais de jazidas minerais lavráveis pelo método a céu aberto
constituem:
a) veios aflorantes - estreitos ou possantes,
b) camadas horizontais – ou pouco inclinadas de pequeno capeamento, estreitas ou potentes,
c) maciços – economicamente lavráveis pela relação estéril/minério,
d) jazidas profundas lavráveis por furos de sonda – decapeamento oneroso,
e) placers – depósitos superficiais de sedimentos não-consolidados.
Os copos minerais podem-se classificar por sua estrutura, em homogêneos,
heterogêneos e dispersos; por sua forma em estratos, bolsões e tubulares; por condições de profundidade em superficiais e profundos e, por características geométricas (ângulo de mergulho) em:
1. Jazidas horizontais - com potência de recobrimento aproximadamente constante e com superfície plana permitindo o decapeamento das rochas sobrejacentes ao corpo mineral. (Figura 3.2a).
2. Jazidas de mergulho suave - com mergulho < 8-10º, caracterizam-se pela variação no volume de rochas do decapeamento, que aumenta em sentido do mergulho da jazida (Figura 3.2b,c).
3. Jazidas inclinadas - com mergulho entre 10-25-30º, caracterizam-se porque as rochas que jazem na base do corpo mineral não são extraídas (Figura 3.2d).
4. Jazidas verticais ou abruptas - com mergulho > 30º, afloram em superfície e estão cobertos com sobrecarga detritica. Este tipo de jazidas permitem a extração das rochas do recobrimento, da capa e da lapa / costados pendente e jacente (Figura 3.2e).
5. Corpos minerais tipo stoks ou volumosos - geralmente localizam-se em bacias ou em lugares debilmente montanhosos com sobrecarga de potência variável (Figura 3.2f).
6. Jazidas em forma de anticlinais e sinclinais - jazidas típicas de carvão (Figuras 3.2g e 3.2h, respectivamente).
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7. Jazidas dispostas acima da cota de superfície nas pendentes (Figura 4.1i) e jazidas onde a sua parte superior encontra-se na parte alta da montanha e sua parte inferior sob o nível da bacia em forma de “paper” (Figura 3.2j).
VANTAGENS E DESVANTAGENS COMPARATIVAS
Vantagens
- Aproveitamento de jazidas de baixo teor.
- Elevada escala de produção e de produtividade (flexibilidade de produção).
- Desnecessidade de suporte do céu da mina (emadeiramento, cavilhamento, enchimento, abatimento controlado, etc).
- Fácil observação e supervisão das atividades.
- Emprego de equipamentos de grande porte (mecanização e automação das diferentes operações).
- Menores custos de extração.
- Maior segurança do trabalho, melhor higiene e iluminação. - Menor prazo de construção (tempo de construção). - Ausência de problemas de ventilação.
- Melhor controle do esgotamento.
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DESVANTAGENS
- Custos operacionais diretos mais elevados (exige maior remoção e movimentação de
rochas estéreis)
- Imobilização de grandes áreas superficiais (com lavra e bota-foras, etc)
- Restrições de localização (presença de rios, lagos, pântanos, mar, cidades, construções e edificações, terrenos demasiado valorizados, reservas ecológicas, etc)
- Certa dependência das condições climáticas (chuva, vento, neve, insolação intensa, etc)
- Lavra se limita até profundidades moderadas
- Restrições de preservação do meio ambiente (preservação e restauração do solo, disposição de estéreis e rejeitos, preservação de bosques, restauração de urbanizações, etc).
Figura 3.2 - Tipos fundamentais de jazidas minerais úteis que se lavram a céu aberto.
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3.2 LAVRA A CÉU ABERTO: Etapas Operacionais
ETAPAS BÁSICAS DE TRABALHO E PROCESSOS MINEIROS DE PRODUÇÃO
A lavra de jazidas minerais pelo método a céu aberto encerra as seguintes etapas
fundamentais de trabalho e processos mineiros de produção:
1. Desmatamento;
2. Remoção do capeamento;
3. Drenagem da mina;
4. Desmonte;
5. Carregamento;
6. Transporte;
7. Disposição do estéril
ETAPAS BÁSICAS DE TRABALHO
* A preparação da superfície da mina, compreende trabalhos de desmatamento, decepamento de troncos, desvio de rios ou riachos para fora dos limites do campo da mina, drenagem das águas de lagos e secado de pântanos, remoção de edificações e construções existentes no campo da mina, bem como as vias férreas e estradas. O desmatamento efetua-se com tratores de lâmina.
* A drenagem da mina, é executada para permitir ou facilitar a operação de lavra ou então para estabilização dos taludes, através do controle das águas pluviais, de infiltração e águas do lençol freático. A drenagem da mina efetua-se previamente ao desenvolvimento das operações mineiras, antecede ou sucede ao decapeamento, porém durante o processo de construção e explotação da mina a drenagem efetua-se paralelamente. A proteção da mina contra as correntes de águas chuva e exteriores define a construção de canais de drenagem em superfície a uma distancia determinada dos contornos da mina.
Águas pluviais ou de infiltração requerem, comumente, diversas captações e
depósitos de bombeamento. O rebaixamento do lençol freático pode ser executado por meio de poços profundos, galerias, trincheiras, drenos horizontais profundos, etc. O projeto de rebaixamento deverá estar condicionado por estudos hidrogeológicos detalhados do terreno, englobando levantamento estrutural do perfil de intemperismo e litológico, pois estas feições condicionam a distribuição dos parâmetros hidrodinâmicos do maciço. Estes levantamentos devem ser executados em conjunto com a instalação de piezômetros e/ou com testes de bombeamento.
* Os trabalhos mineiros básicos e fundamentais, compreendem a construção de trincheiras principais que permitem o acesso dos meios de transporte desde a superfície até a jazida mineral, assim como a preparação do frente inicial para os trabalhos de decapeamento e extração. Durante o período de construção da mina, ao grupo de trabalhos mineiros básicos pertencem, também os trabalhos de escavação de trincheiras de corte, as quais criam o frente inicial para os trabalhos de explotação da jazida.
* Os trabalhos de decapeamento, consistem na remoção do solo e rocha alterada que recobrem e/ou encaixam a o corpo mineral em superfície (estéril), para se chegar à rocha sã
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(jazida). Muitas vezes, a camada superficial do solo com resíduos vegetais, é estocada a parte, para posterior recobrimento de escavações e áreas de disposição visando sua reabilitação ou restauração. Ressalta-se que os trabalhos de decapeamento desenvolvidos durante o período de construção da mina estão vinculados aos trabalhos mineiros básicos, enquanto que os trabalhos correntes de decapeamento realizados para a criação do indispensável frente inicial dos trabalhos de extração, durante o período de extração, denominam-se trabalhos de preparação. A finalidade dos trabalhos de extração é efetuar em forma sistemática o arranque do mineral útil com a qualidade exigida e em correspondência com o plano estabelecido.
Todas as etapas básicas de trabalho são executadas em série, na ordem mencionada
e posteriormente são efetuados de forma simultânea (em paralelo), porém defasadas umas com outras em tempo e espaço. Os trabalhos mineiro básicos estão na frente dos trabalhos de decapeamento, que por sua vez estão na frente dos trabalhos de extração.
PROCESSOS MINEIROS DE PRODUÇÃO: CICLO DE OPERAÇÕES UNITÁRIAS
O conjunto de processos básicos na extração (ciclo de produção) constitui a
tecnologia de explotação mineira a céu aberto. A dificuldade no cumprimento dos processos básicos de produção em minas a céu aberto, é variável, e depende da resistência e estrutura das rochas, das condições de orientação da jazida, da potência, do tipo de instalações mineiras de transporte e da organização do trabalho. Compreendem operações mineiras de produção: preparação, escavação/arranque, transporte e disposição do estéril.
* Preparação da massa mineira para sua extração, geralmente consiste na mudança prévia do estado natural do maciço de rochas através dos meios selecionados (sejam mecânicos ou emprego de substâncias explosivas), visando uma extração mais efetiva. Implica a preparação de todo o volume de rochas que se encontra nos contornos da mina.
A preparação depende fundamentalmente das características físico-mecânicas do
maciço de rochas e pode estar ausente em rochas incoerentes (brandas ou moles) que não requerem preparação prévia. A preparação das rochas para o arranque alcança do 5 ao 40% do custo total de extração.
O grau de preparação da frente de trabalho se caracteriza pelas dimensões dos
pedaços das rochas fragmentadas. No carregado de massa rochosa fragmentada em pedaços pequenos, a escavadeira apresenta alto rendimento, pois, nestas condições diminui o ciclo de escavação e se eleva o coeficiente de utilização da caçamba. Quando a fragmentação das rochas coerentes (resistentes) é uniforme e em pedaços pequenos, pode-se utilizar com êxito maquinaria de ação continua.
* Escavação - Carregamento (Arranque - Carregamento), consiste na separação de grandes (extensas) massas de rochas resistentes do maciço de rochas (preparação da massa de rochas com escarificadores mecânicos e sustâncias explosivas). Inclui, também, o arranque direto de rochas incoerentes (brandas ou moles), ou seja, escavação mecânica de material incoerente e o carregamento aos médios de transporte ou depósitos de estéreis através do emprego de vários equipamentos mineiros, bem como o carregamento de rochas resistentes previamente fragmentadas na frente de trabalho.
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O arranque das massas minerais coerentes efetua-se mediante fragmentação através do emprego de substâncias explosivas e o carregamento aos meios de transporte. Os trabalhos de perfuração e explosão têm por finalidade a fragmentação das rochas resistentes, cuja extração é impossível diretamente com meios mecânicos (escavadeiras). * Transporte da massa de rochas (minério/estéril), os trabalhos a céu aberto se encerram com o transporte das rochas estéreis (decapeamento) e o mineral útil aos locais de amontoamento e recepção. A massa mineral arrancada nas frentes de trabalho é transportada para a usina de concentração (britagem primária no beneficiamento) ou para o pátio de estocagem de minério, enquanto as rochas estéreis são transportadas para os bota-foras. O transporte de minérios arrancados em operações mineiras emprega extensamente uma grande variedade de equipamentos, prevalecendo escavadeiras de grande porte, transportadores e caminhões, enquanto as rochas estéreis se transportam com motoscrapers, draglines ou tratores de esteiras.
Em minas a céu aberto, o transporte das cargas (minério/estéril) a grandes
distancias, desenvolve-se com transporte férreo com locomotivas de tração elétrica ou de vapor e vagões dumcars (de volteio lateral) com capacidade de carga desde 50 até 180 toneladas; com transporte automotriz, caminhões fora de estrada com capacidade de carga desde 5 até 360 toneladas. O transporte de rochas incoerentes desde as frentes de arranque com equipamentos de ação continua, geralmente, se realiza por correias transportadoras. Atualmente correias transportadoras empregam-se, também, para o transporte de rochas consolidadas (coerentes), desde as frentes de arranque com equipamentos de ação intermitente (escavadeiras) até os pátios de estocagem de minério ou britadores primários.
O armazenamento das rochas efetua-se em locais temporários ou permanentes de
trabalho. O minério é descarregado em sítios permanentes devidamente montados (pátio de estocagem de minério) e as rochas estéreis se descarregam nos bota-foras, em sítios temporários que mudam de posição e não possuem instalações estacionarias. O despejo e compactação (empilhamento ou amontoamento) das rochas estéreis se efetua com escavadeiras frontais, escavadeiras especiais de caçambas múltiplas , bulldozers ou com lavado hidráulico (hidrolavado).
3.3 Disposição do Estéril
Os depósitos de estéril, correspondentes a pilhas de solo ou de blocos de rocha,
com alturas de mais de uma centena de metros e volumes de centenas de milhões de m3, são formados em terrenos planos ou em vales. Para o projeto de tais depósitos, deve considerar as características dos materiais empilhados e do terreno de fundação, bem como a posição e a oscilação do nível de água subterrânea (lençol freático) nas áreas dos depósitos.
A tecnologia de explotação a céu aberto pode ser completa, quando se executam
todos os processos acima indicados. Em condições favoráveis, quando se lavra jazidas minerais úteis incoerentes (brandas ou moles) com rochas de recobrimento, também incoerentes, a explotação pode-se efetuar com menor número de processos de produção.
Quanto às diversas modalidades da lavra convencional, estão muito condicionadas
à forma adotada para o transporte dos estéreis, o que determina não somente a estrutura e as condições de aplicação de um método de lavra, como também sua economia, posto em uma lavra a céu aberto, a quantidade de estéreis removidos supera várias vezes à de minério
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extraído. Sob este aspecto, podemos então agrupar tais métodos em métodos com transporte e métodos sem transporte (Lavra por tiras).
Os métodos com transporte, que no Brasil são mais comuns, se caracterizam pela
remoção dos estéreis por veículos sobre rodas ou por correias transportadoras. Na maioria dos casos, esses métodos se aplicam à lavra de camadas inclinadas, corpos de fortes mergulhos ou corpos potentes. Exemplos típicos seriam as minerações de ferro do Quadrilátero Ferrífero de Minas Gerais, as minerações de fosfato e pirocloro de Araxá, etc.
Os métodos sem transporte se caracterizam pela disposição dos estéreis
diretamente nos locais já lavrados, em operações coordenadas com a extração da substância útil. Aplica-se as camadas horizontais ou de pequeno mergulho, como são as jazidas de carvão e folhelho (xisto) betuminoso. Normalmente se trabalha em banco único e, às vezes, em dois bancos. Uma dragline de grande lança faz a remoção e disposição do estéril capeante e escavadeiras frontais fazem a extração das substancias úteis. Tais métodos são simples, do ponto de vista da execução, e garantem um baixo custo de produção. A principal deficiência está na dependência entre os serviços de decapeamento e os de extração das substâncias úteis. O uso de grandes draglines aumenta o campo de aplicação desses métodos.
Considera-se estéril da mineração o material (rocha ou solo) que ocorre dentro do
corpo de minério ou externamente ao mesmo, sem valor econômico e que é extraído da mina na operação de lavra. Neste caso, ao igual que os conceitos de jazida e de minério, dada sua conotação econômica, pode variar no tempo, ou seja, o que é considerado estéril hoje pode representar minério no futuro, e vice-versa.
A década de 80 destacou-se pela disposição controlada e planejada dos novos
depósitos de estéril e pela recomposição dos depósitos mal formados, aliada a uma recuperação ambiental das áreas degradadas pela mineração. O desenvolvimento de uma mina depende em geral da remoção de estéril, deste modo, promover um gerenciamento do depósito de estéril, pode significar a diferença entre o lucro e o prejuízo. Assim, o planejamento do depósito de estéril deve, frequentemente, reclamar mais atenção do que o esperado.
O planejamento de um depósito de estéril não é, geralmente, tão detalhado como
um projeto de lavra. Isto é natural, visto que o objetivo primeiro da mineração é a produção possível do melhor minério para ser processado. Apesar de sua primeira implicação ser econômica, a atividade de remoção e posterior disposição do material estéril num dado local, precisa de planejamento e controle da construção, além das exigências de ordem ambiental, questões sociais e de segurança. Hoje, é conhecido que construir adequadamente um depósito de estéril é certamente menos trabalhoso e oneroso, que corrigir um depósito em processo de ruptura generalizada.
A disposição de estéril envolve componentes físicos e econômicos. Os
componentes físicos levam em conta a disponibilidade de áreas apropriadas, geotecnicamente e ambientalmente, para a disposição. Já os componentes econômicos dizem respeito aos custos médios de transportes e outros aspectos operacionais. Ambos componentes estão sujeitos a restrições diversas, podendo levá-los a situações antagônicas (i.e. áreas apropriadas para disposição com longas distâncias médias de transporte ou áreas de curtas distâncias médias de transporte, mas impróprias para disposição).
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Quanto aos materiais, há depósitos em que o estéril é instável quimicamente, como aqueles que, contendo sulfetos, sofrem processo de oxidação, gerando águas ácidas que contaminam o solo e as águas de superfície e lençóis freáticos. Outros, como o carvão que, além da geração das águas ácidas, ainda entram em combustão espontânea, devido ao seu alto conteúdo de pirita (sulfeto de ferro). Há também os estéreis de minas de minerais radioativos que, sendo lixiviados por águas de chuva ou de superfície, geram igualmente poluição ambiental.
O terreno de fundação desempenha papel de destaque na estabilidade dos depósitos
de estéril, sendo possível afirmar que a maioria das rupturas é condicionada pela presença de materiais de baixa resistência na fundação ou pela presença de água. A presença de solos moles na fundação pode exigir um cronograma lento de construção das mesmas, para evitar a sua ruptura.
Uma operação de lavra envolve, geralmente, a movimentação de dezenas de
milhões de toneladas de estéril, acarretando a formação de depósitos que chegam a atingir alturas de taludes de centenas de metros. A disposição indiscriminada, sem atentar para os problemas geotécnicos envolvidos, tende a agravar sobremaneira os problemas ambientais, tais como: instabilidade dos depósitos, erosão de superfície por águas pluviais, erosão eólica da superfície com grande formação de poeira, assoreamento e eventualmente poluição química de cursos de água. No passado, a construção desses depósitos era de maneira desordenada em locais chamados de bota-fora. O estéril removido nos trabalhos de lavra era simplesmente basculado em pontos de aterro, nas encostas ou terrenos circunjacentes às minas, formando pilhas de baixa estabilidade.
ATERROS DE TERRAS DE COBERTURA
Consideram-se terras de cobertura ao material escavado e removido da superfície
da mina durante a lavra a céu aberto. As terras de cobertura devem ser retiradas para uma distância de segurança suficiente do limite superior da explotação (borda superior), deixando- se livre uma faixa com a largura mínima de 2 m, a circundar.
O armazenamento do solo de cobertura deve ser garantido, tanto quanto possível,
próximo do seu estado inicial. Por conseguinte a localização do aterro está dependente da forma final da escavação.
O uso de cobertura de solo é de fundamental importância para a posterior
reconstituição dos terrenos e da flora. Ele exerce várias funções na aplicação apropriada das técnicas de segurança, e no cumprimento das medidas apropriadas de proteção ambiental e recuperação paisagística. A existência de cobertura vegetal nos solos dos taludes contribui para o aumento da sua resistência ao corte e, c consequentemente, aos escorrimentos, melhorando sua estabilização.
ATERROS DE ESTÉREIS (BOTA-FORAS)
As rochas estéreis provenientes da lavra a céu aberto depositam-se, geralmente, em
montes que constituem os bota-foras. De uma forma geral, os materiais estéreis são constituídos por misturas de solo, rocha sã e alterada, cujas frações relativas dependem da
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geologia local. Assim, o estéril é o material escavado da mina durante a lavra e que não apresenta valor econômico.
É responsabilidade do planejamento de longo prazo elaborar os projetos detalhados de disposição das pilhas de estéril, bem como o sequenciamento. Estimam-se os volumes e tipos de estéril a serem empilhados, como também se determina empolamento de cada material para ajuste da configuração projetada da pilha. O estéril temporário (minério marginal, destinados ao aproveitamento futuro) deve ficar preferencialmente próximo da usina de beneficiamento para em caso de retomada reduzir a distância de transporte. Após estes procedimentos são projetadas pilhas que possuam capacidade para atender às necessidades levantadas, contemplando as drenagens e acessos. Define-se uma trajetória que resulte em menor distância de transporte, entre o ponto de origem e destino do estéril. A construção dos bota- foras leva em conta:
- Escolha do local, fora de área mineralizada ou de expansão da cava;
- Área de conformação topográfica favorável;
- Não comprometimento de cursos de água e vegetação;
- Capacidade compatível com o volume a ser gerado;
- Parâmetros corretos, tais como ângulos de repouso dos taludes, altura das bancadas, largura das bermas, etc;
- Implantação da drenagem de fundo ou enrocamento;
- Compactação do material em camadas, com disposição do material de baixo para cima; - Cobertura vegetal adequada ou “argilamento” para impermeabilizar a superfície.
CRITÉRIOS E FATORES PARA O DIMENSIONAMENTO E CONSTRUÇÃO
DOS DEPÓSITOS DE ESTÉRIL
A escolha de um local para o dimensionamento e construção dos depósitos de
estéril deve-se basear, entre outros, em critérios da seguinte natureza:
1. técnicos;
2. econômicos;
3. ambientais; 4. socioeconômicos.
Assim, o local da mina, e consequentemente o da escavação de estéril, é
condicionado pela ocorrência dos corpos mineralizados. Aspectos de ordem econômica farão normalmente com que o estéril seja disposto o mais próximo possível da fonte de escavação e se possível, nos mesmos níveis das bancadas da mina. Os aspectos puramente ambientais poderão definir a disposição total ou parcial do estéril em trechos já exauridos da cava. No entanto, devido às dificuldades operacionais e custos envolvidos, somente em casos excepcionais poderá ser elaborado um plano de lavra compatível com este fim.
É importante é evitar que aspectos econômicos imediatistas determinem o
lançamento de pilhas em áreas com potencial mineral, podendo inclusive inviabilizar futuramente a explotação deste bem não renovável.
Um aspecto importante a ressaltar na locação de pilhas diz respeito aos materiais
classificados inicialmente como estéreis e constituídos de minérios não lavráveis economicamente no momento, mas que poderão por uma série de motivos serem futuramente
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aproveitáveis. As pilhas destes materiais deverão ser localizadas separadas dos de estéreis definitivos ou, se colocados numa mesma pilha, ser dispostos em zonas em que não inviabilize uma futura retomada de escavação do material.
Para a construção desses depósitos de estéril, além dos referidos critérios, é preciso
ter em atenção vários fatores, tais como:
1. Dados sobre o estéril
As informações iniciais para a construção do bota-fora dizem respeito ao estéril a
ser disposto em pilhas.
a) Tipo e características do material definidos em função das pesquisas geológicas e a
serem confirmados posteriormente por ensaios de laboratório. Os ensaios de laboratório do estéril fornecerão informações quanto às características de resistência, drenabilidade e erodibilidade do material, visando às verificações de estabilidade da pilha e avaliação do comportamento construtivo do material quando lançado, principalmente em condições climáticas adversas.
b) Origem prevista do material estéril, indicando os locais e níveis das bancadas de extração.
c) Produção diária e mensal de estéril e volumes totais a serem dispostos.
d) Meios de transporte, lançamento e espalhamento do estéril, possíveis de serem adotados, em função dos equipamentos disponíveis na mina.
e) Pesquisas sobre experiências prévias na formação de pilhas com determinado tipo de estéril.
O método comumente utilizado no transporte do estéril é constituído por
caminhões com varias dimensões e capacidades. Definidos o tipo e quantidade dos veículos da frota, deverá ser implantado um plano viário adequado a mesma e conjugado com o planejamento de construção da pilha, recomendando-se a observação dos seguintes aspectos:
- Implantar declividades e revestimento na pista de modo a não prejudicar o uso nas épocas de chuva e evitar a erosão do leito.
- Deixar “leiras” no extremo da pista, de modo a evitara descida de água pelas cristas dos taludes.
- Implantar, como medida de segurança, rotatórias nos trechos de cruzamento dos veículos. - Verificar a conveniência de implantar acessos no próprio aterro da pilha, ampliando-se, no projeto, a largura mínima necessária para as bermas.
O emprego de motoscrapers apresenta algumas vantagens como a eventual
redução dos equipamentos de escavação, além de facilitar o espalhamento do estéril no local de lançamento, no entanto, o uso deste equipamento é limitado por restrições quanto a distâncias de transporte, máximas de 1,5 Km e acesso com rampas médias até 6%.
O uso de correias transportadoras é viável em pilhas com vida útil longa, taxas
elevadas de escavação de estéril, centro de gravidade dos pontos de escavação e empilhamento muito distantes entre si, necessidade de transpor cursos de água, rodovias, ferrovias ou outras benfeitorias em que o tráfego de veículos pesados traga muito transtorno.
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2. Local de implantação
A escolha do local de implantação de um bota-fora obedece a vários objetivos,
sendo a destacar os seguintes:
- Minimizar os custos de remoção;
- Obter a integração e restauração da estrutura, no final da lavra;
- Garantir a drenagem;
- Minimizar a área afetada;
- Evitar a alteração e impacto à população e espécies protegidas.
Diversos fatores como a distância de transporte, estradas de acesso, capacidade de
armazenamento, aspectos hídricos, declividade das encostas, necessidade de desmatamento, implicações com áreas rurais ou urbanas a jusante etc, devem levar-se em conta na escolha dos locais para a disposição de estéreis. Também, não pode ser comprometida a continuidade da lavra, instalações de tratamento de minério ou expansões futuras.
Entre os critérios específicos, mais importantes a considerar para a escolha de
locais mais favoráveis para a disposição de estéreis, encontram-se: os limites da área mineralizada; a distância de transporte desde a frente de lavra até o bota-fora, que afeta o custo total da operação; a capacidade de armazenamento necessária, que vem imposta pelo volume total de estéril a transportar; o sistema de drenagem interna das pilhas e externa contra erosões superficiais; a cobertura vegetal ou impermeabilizante do depósito; as alterações potenciais que podem produzir-se sobre o meio natural e as restrições ecológicas existentes na área onde o bota-fora é construído (instabilidade e erosão (terreno e eólica) das pilhas de estéreis, provocando assoreamento, poluição química, descaracterização local).
De maneira geral, por motivos econômicos, costuma-se depositar esses materiais
em encostas o mais próximo possível de áreas de lavra, muitas vezes por simple basculamento em ponta de aterro. Evitar vales com inclinação >18º, encostas com nascentes e curso d´água, áreas de preservação, solo fértil, terrenos instáveis, alagados ou sujeitos a inundação.
3. Dimensão e forma
A dimensão do bota-fora está dependente do volume de estéril que é preciso retirar
para a extração do minério. Na lavra a céu aberto, o volume de material estéril depende não só da estrutura geológica da jazida e da topografia da área, mais também do valor econômico do mineral e dos custos de extração do estéril.
Com relação à lavra da jazida, se classificam em dois tipos: interiores, quando se
encontram dentro do espaço lavrado; exteriores, quando se encontram em terrenos contíguos à área em explotação.
Atendendo às formas naturais do terreno e às condições normais de explotação, os
tipos de bota-foras mais frequentes são os exteriores, sendo a destacar os seguintes tipos: em vale; em flanco de encosta; em altura.
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A geometria em vale é utilizada para disposição das pilhas de estéril em cabeceiras de ou drenagens naturais. O aterro da pilha tem taludes expostos somente numa face. Normalmente exige a colocação de drenos no fundo do vale e, eventualmente, dispositivos para derivação de fluxos concentrados de águas pluviais provenientes da bacia a montante. Este tipo de pilha é normalmente o mais econômico e com menor interferência com o meio ambiente, sendo adotado sempre que possível.
A pilha implantada a meia encosta, apresenta taludes expostos em três faces. Se o
pé da pilha não se apoiar no fundo do vale, deverá ser verificada a estabilidade dos taludes naturais, devido a pilha ser, ao contrário do tipo em vale, um elemento instabilizador dos mesmos. Outras desvantagens deste tipo de pilha é a maior área relativa ocupada pelo aterro e a maior facilidade de erosão pluvial.
A pilha implantada em altura, de formato tronco-cônico, tem taludes externos em toda a sua periferia, sendo frequentemente o tipo mais oneroso, embora seja o único possível em terrenos planos, sendo utilizado somente quando a topografia o permite.
4. Geologia e capacidade
No que respeita ao local a onde o bota-fora será construído, é necessário proceder a
uma investigação de campo que, corrobore, por um lado, a não existência de mineral no subsolo, que poderia ser potencialmente lavrável no futuro, e por outro, permitir a obtenção de amostras e informação sobre as características geotécnicas dos materiais que constituem a base do depósito. Para execução de tais estudos, faz-se necessário um mapeamento geológico / topográfico detalhado, enfatizando os cursos da água, nascentes, áreas pantanosas, perfil dos talvegues principais etc. Faz-se também importante ter um conhecimento da hidrologia e hidrogeologia da região, regime de chuvas, medição das vazões perenes, características da bacia de constituição, vazões de pico, fluxo de águas subterrâneas etc. Condições hídricas desfavoráveis podem inviabilizar um local aparentemente promissor.
5. Método e sistema de construção
A construção de depósitos de estéril compreende os seguintes métodos (Figura 3.3):
1. livre (descarga ou basculamento livre);
2. por fases (descarga em tiras ou fases justapostas);
3. alternativamente, pode-se optar pela colocação de um dique de retenção no pé do talude;
4. por fases ascendentes (descarga em tiras ou fases superpostas).
A formação livre só é aconselhável em bota-foras de pequenas dimensões e quando
não existe o perigo de abatimento de blocos. Caracteriza-se por apresentar um talude coincidente com a inclinação máxima que permita a estabilidade dos taludes, e por apresentar uma acentuada separação granulométrica do estéril ou acumulação de blocos no sopé. Este método, embora seja o mais utilizado até a data, apresenta-se como o mais desfavorável do ponto de vista geotécnico.
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Os bota-foras por fases proporcionam fatores de segurança mais elevados, uma vez que os taludes finais são mais baixos. A altura total pode estar limitada por fatores associados ao acesso aos níveis inferiores.
Quando os estéreis não são homogêneos e apresentam diferentes litologias e características geotécnicas, pode ser conveniente a construção de um dique no pé do talude com o estéril de maior dimensão e resistência, de modo a que atuem como obstáculo ao escorregamento do restante material depositado.
O tipo de construção por fases ascendentes superpostas confere uma maior
estabilidade, uma vez que se diminuem os taludes finais e se obtém uma maior compactação dos materiais.
Assim, constata-se que a sequência de construção de um bota-fora incide
diretamente sobre a estabilidade das referidas estruturas e sobre a economia da operação, sendo necessário na maioria dos casos chegar-se a uma solução de compromisso entre ambos os fatores.
Figura 3.3 - Tipos de bota-foras segundo a sequência de construção.
CONFIGURAÇÃO DO DEPÓSITO
A configuração geometria do depósito depende amplamente da topografia da área
onde o depósito será construído. Outro importante fator é a forma como o depósito é construído. Algumas das possíveis configurações dos depósitos são apresentadas a seguir.
Se a região é moderadamente plana e a espessura do depósito não é tão grande, os
depósitos espalham-se, deixando uma geometria de um grande leque, usualmente com algumas curvas. Em geral estes grandes depósitos em leque podem se estender, cobrindo grandes áreas com talvez alguns quilômetros de perímetro.
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A limitação na extensão lateral é, se não há considerações de limite de propriedades, uma função da distância de transporte, desta forma, chegará um tempo, onde será mais barato elevar o depósito e transporte para cotas superiores, que estender o depósito por toda a extensão da área da mineração. O processo de deposição em sucessivas camadas num depósito em leque produz o que chamamos de depósito laminado. Estes são caracterizados por camadas com algum grau de classificação, similares aos depósitos sedimentares criados pela natureza. Se forem construídos por caminhões, as maiores camadas normalmente chegam a atingir de 6 a 60 metros de espessura. Dentro destas camadas está uma série de camadas inclinadas causada pelo fluxo de material abaixo do talude do depósito com o avanço deste. Desta forma, são formadas camadas cruzadas que podem ser classificadas de fine a grossas, apresentando diferentes graus permeabilidade de acordo com a direção destas. Se o depósito é feito por scrapers, as camadas podem variar de dezenas de centímetros de espessura.
Depósitos em terraços são construídos também pela deposição ao redor de um
depósito mais elevado ou curtas paradas da crista do depósito inferior durante um overlay. O efeito de ambos os métodos é produzir um depósito em escadas ou terraços com desníveis capazes de servir como estradas acesso ou como plataformas para vegetação. Tais terraços são também valiosos no controle da erosão e fluxos d'água.
Em regiões montanhosas a configuração comum se dá na forma de cunhas. A altura do talude à jusante pode atingir de 300 a 600 m com uma área mais larga na base ou pé deste. Tais depósitos frequentemente apresentam grande capacidade e podem ser bastante estáveis se as condições do solo ou rocha dentro do depósito são favoráveis. Se existem construções próximas ao depósito, tais como estradas ou vilas, medidas especiais de segurança, tais como bermas de contenção devem ser requeridas para limitar os efeitos do rolamento de rochas e deslizamentos de solo. Uma variação usual de depósitos em cunha é o livre basculamento em encostas. Esta configuração é de limitada aplicação e pode ter sérias consequências ambientais.
E, finalmente existe o depósito em cava, ou backfill dump. O backfilling tem sido
bastante comum e importante em muitos seguimentos da indústria mineral, tais como minas de urânio com uma série de pit vizinhos que podem ser individualmente enchidos, ou em depósitos estratificados (carvão), onde há um progressivo decapeamento e deposição do material estéril nas porções descobertas que ficou na retaguarda, ou em minas subterrâneas onde o enchimento pode ser usado como suporte. Em grandes minas metálicas, o enchimento é pouco apropriado, devido à longa vida útil da mina, onde o alargamento e aprofundamento do pit ocorrem de forma gradual até atingir a exaustão da jazida.
ESTABILIDADE DE UM DEPÓSITO DE ESTÉRIL
O estéril de mineração, de uma forma geral, é constituído por solo, rocha sã e alterada, cujas relações recíprocas (minério ou estéril), dependem do estágio da mineração ou de alterações no planejamento da lavra decorrente de considerações econômicas. O material apresenta uma distribuição granulométrica ampla, com partículas de dimensões de argila variando até matacões.
Em maciços de solos ou fragmentos de rocha admite-se a validade da equação que define a resistência a cisalhamento:
S = c + ( σ - µ ) tg φ
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Nessa equação "c" e "φ" são, respectivamente, a coesão e o ângulo de resistência a cisalhamento, que dependem principalmente do tipo de material e do seu estado de compactação. " σ " é a pressão total normal à superfície de cisalhamento, e "µ" é a pressão neutra que se desenvolve nos poros do material; essa última pode ser gerada por compressão do material, durante o seu adensamento, ou lençóis de água no seu interior. O método de
formação do maciço influi nos parâmetros "c" e "φ" no que tange à sua compactação. Ao contrário de obras de engenharia civil, onde se especificam o grau de compactação e o teor de umidade, trabalhando-se com rolos compactadores e camadas de espessura pequena; em pilhas de estéril costuma-se trabalhar com camadas que podem atingir até vários metros, sem controle de umidade, e com compactação produzida apenas pelo tráfego de construção (caminhões e tratores).
De maneira geral, a deposição em camadas mais espessas é mais vantajosa
economicamente. Em contrapartida, isso acarreta uma diminuição dos parâmetros de
resistência "c" e "φ" afetando também a pressão neutra "µ", de uma forma que pode
inclusive ser mais sensível.
Com efeito, camadas mais espessas são mais compressíveis. Dessa maneira, em casos onde o estéril é pouco permeável, o teor de umidade é relativamente elevado, e as velocidades de alteamento da pilha são altas, a compressão da água intersticial pode acarretar pressões neutras muito elevadas. A observação direta deste fenômeno é feita através de piezômetros instalados em pontos do maciço criteriosamente escolhidos (estes mediriam as pressões neutras, permitindo adaptações do projeto ou do método construtivo).
ESTABILIZAÇÃO DE PILHAS EXISTENTES
As pilhas antigas, executadas pelo método de ponta de aterro costumam necessitar
de estabilização, que pode ser obtida pelo contrapilhamento, após análise de estabilidade executada pelo geotécnico.
A solução pode ser o alteamento de um aterro confinante, usando o estéril
procedente das minas (Figura 3.4). Todos as obras previstas anteriormente devem ser executadas e a formação da pilha de baixo para cima, em pilhas de menor porte poderão ser executado apenas o retaludamento, suavizando o ângulo geral da pilha.
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Figura 3.4 - Aterro confinante de estabilização (fase de espalhamento e
compactação). Tipos de Ruptura
As rupturas observadas são condicionadas pela ação de um ou mais dos seguintes fatores:
* fundações com baixa resistência ao cisalhamento;
* inclinação das superfícies de deposição;
* altura e ângulo de inclinação da pilha;
* pressão da água na fundação e/ou no corpo do depósito;
* características de resistência dos materiais constituintes do depósito.
* zonas intemperizadas correspondentes ao encobrimento de faces antigas que sofreram intemperismo;
* estratos de material fino lançado e incluído em pilhas de material mais grosseiro e resistente.
Caracterização das Fundações
A estabilidade de um depósito de estéril pela fundação é condicionada por fatores tais
como: a) inclinação e forma da superfície das encostas - Encostas regulares e côncavas são mais
favoráveis para deposição do que encostas convexas e irregulares. Quanto a inclinação, de uma forma geral, encostas com 10º são consideradas planas, acima de 10º são consideradas íngremes;
b) ocorrência de tálus e movimentos superficiais nas encostas - A sobrecarga decorrente do
lançamento de estéril sobre encostas com depósitos de tálus apresentam movimento de rastejo, poderiam induzir ou acelerar processos de instabilização da própria pilha de estéril, e mesmo das encostas de todo o vale;
c) surgências de água e drenagens perenes - Visto que a estabilidade é influenciada pelas
condições das pressões neutras, deve-se evitar a construção de depósitos de estéril interceptando talvegues perenes e surgências de água significativas. Em caso alternativo, a ação da água poderá ser minimizada através da adoção de um sistema de interceptação e desvio dos talvegues naturais, ou através da construção de uma drenagem de base adequada;
d) porte da vegetação - Principalmente em encostas íngremes, a não remoção da vegetação
densa (mata), poderá desenvolver uma superfície mais fraca no contato do depósito de estéril com o terreno natural. Tal superfície pode ser o condicionante de instabilidade;
e) matéria orgânica e estratos "moles" - Mesmo em encostas planas a presença de camadas
fracas poderá induzir movimentações de massa ao longo da base da pilha de estéril. Recomenda-se a remoção de solos orgânicos fracos quando estes atingem uma espessura superior a 0,3 m.
f) permeabilidade
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g) compressibilidade - A presença ao longo da encosta de deposição de horizontes de compressibilidade muito diferentes, poderá causar recalques diferenciais significativos no corpo da pilha com consequente desenvolvimento de trincas de tração. Por ocasião de grandes precipitações, poderão ocorrer aumento de pressões neutras em tais trincas, suficientes para levarem à ruptura porções significativas do depósito;
h) resistência ao cisalhamento - No caso da resistência ao cisalhamento da fundação ser
menor do que o material constituinte do depósito de estéril, a geometria do aterro será condicionada pela fundação. Em caso contrário, as características de resistência dos materiais do depósito serão os condicionantes de sua geometria.
Sistema de Drenagem
Para cada pilha é definido um sistema de drenagem com inclinação de 1%, suficiente para evitar erosões e para impedir empoçamento da água. Para proteger a face do banco evitando que a água desça pela crista, deve-se dotar a berma de um caimento de 3 a 5% em direção ao pé da bancada superior. Poderá ser executada juntamente uma leira junto à crista. (banqueta). Após a conclusão de cada bancada é conveniente cobrir os taludes com uma fina camada de solo rico em compostos orgânicos, proveniente da limpeza da fundação, para facilitar seu plantio.
O processo de formação da pilha por via seca pelo método ascendente permite ainda o zoneamento interno dos materiais a serem dispostos, de forma a aproveitar ao máximo as características de resistência e permeabilidade de cada material. Canaletas de drenagem com dissipadores de energia devem ser construídas no entorno da pilha em terreno natural. A água proveniente das bermas deverá ser conduzida para estas canaletas.
DRENAGEM INTERNA
Também chamada drenagem de fundo. É a drenagem executada com o objetivo de
canalizar curso de água, nascentes. Normalmente é uma obra contratada. Para favorecer a drenagem em áreas que não possuem cursos d´água, deve-se forrar a base da pilha com material de granulometria maior para que funcionem como tapete drenante.
DRENAGEM SUPERFICIAL
Durante a evolução das pilhas, com o objetivo evitar as erosões, deverá ser dado o caimento adequado às praças, a partir de pontos determinados, com declividade de 1%. Para evitar que a água caia pelas faces dos taludes. As bermas deverão ser construídas com caimento de 5% em direção ao pé da bancada superior.
Após a conclusão das bancadas e implantação do sistema de drenagem, deverão ser
executadas as descidas d’água com enrocamento para redução da velocidade da água que poderão criar as erosões. A garantia para a eficiência do sistema de drenagem superficial é a criação de canaletas nas praças que dirijam as águas para os pontos de descida. Em sua fase final deverá ser providenciado o plantio de gramíneas e de plantas nativas para recobrimento e maior proteção dos taludes e bermas.
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DRENAGEM PERIFÉRICA
A drenagem periférica tem como objetivo receber as águas das descidas d’água e
lança-las na drenagem natural com o menor impacto possível. Prevê-se desta forma que durante a evolução das pilhas serão preparadas áreas preferenciais para descidas d’água e enrocamento no pé dos taludes. Será conveniente a construção do enrocamento com materiais de granulometria mais grosseira e resistente, de maneira que atuem como um muro de contenção estéril evitando que a ação das águas causem erosões.
Planejamento de Diques de Contenção de Finos
Cabe ao sistema de drenagem prover de condições favoráveis à retenção de finos dentro da mina, evitando assoreamento de barragens e possíveis transtornos à comunidade, porém de posse do planejamento da lavra a longo prazo, deve-se levantar através da localização das pilhas de estéril e do traçado da cava, o sistema de drenagem dos pontos que deverão ser dotados de sistema de contenção de finos. Estes diques têm a função de promover o decantamento (retenção das partículas sólidas desprendidas das pilhas) para que a água transborde limpa dos tanques.
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Drenage
m de
fundo
Drenagem
1% Superficial
1%
Drenagem
Periférica
Figura 3.5 - Tipos de drenagem.
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Sistema de Acessos
O planejamento do sistema de acessos está vinculado às necessidades de desenvolvimento de frentes de lavra, de remoção dos estéreis, conciliando a otimização com a racionalidade, o desenvolvimento da lavra e o acesso às pilhas de estéril depende do sistema de acesso à mina, de tal forma que o conjunto de rampas ao longo da lavra deve ser estrategicamente definido para que possa dar rendimento, segurança e funcionalidade. A malha viária deve ser de tal forma dimensionada a atender as necessidades, procurando não se abrir rampas sem necessidades para evitar aumento de poeira, ruídos, consumo de águas para irrigação e processos erosivos.
FORMAÇÃO DAS PILHAS DE ESTÉRIL - MÉTODOS CONSTRUTIVOS
- Pilhas alteadas pelo método descendente (ponta de aterro); - Pilhas alteadas pelo método ascendente; - Contrapilhamento.
Método Descendente (de cima para baixo)
Material lançado em ponta de aterro, sem planejamento ordem ou controle. É construída em sua altura máxima (bota-fora). Neste caso o material não sofre compactação e não há preparação da base para o seu recebimento (Figura 3.6).
Este processo é aparentemente mais econômico, porém não atende às condições
mínimas de segurança, podendo causar escorregamento e erosão. Causa danos ao meio ambiente que não são aceitos pelas normas técnicas e padrões legais. Reduz a distância de transporte, porém o material não adquire compactação, nem apresenta a drenagem adequada. Nos períodos de chuva pode romper e escorregar pela ação da saturação do maciço.
Neste método não se executa a proteção superficial contra a erosão, ficando o
material da superfície fofo e solto.
Desta forma, durante o período chuvoso esta pilhas irão contribuir com um volume
grande de finos para os cursos d’água localizados a jusante. Somente seriam recomendáveis estes tipos de pilha onde houvesse uma fundação bastante resistente e o material fosse bastante granulado, permeável.
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Figura 3.6 - Pilha executada por via seca pelo método
descendente. Método Ascendente (de baixo para cima)
O material transportado e lançado por caminhões, regularizado por tratores ou lançado por correias e regularizado por “scrapers” de forma ordenada, controlada da base do maciço até o topo. Este método é o mais recomendado pela norma técnica em vigor, pois contempla todos os procedimentos para maior segurança e estabilidade (Figuras 3.7, 3.8 e 3.9)
METODOLOGIA DO EMPILHAMENTO ASCENDENTE
Os bancos deverão ser formados do fundo do vale em direção às cabeceiras, pelo
basculamento dos caminhões, formando pilhas individuais com altura de 2 e 3 metros. Após esta operação, o trator de esteiras deverá quebrar as pilhas, formando uma camada de estéril semi-compactada com a altura de 1 a 1,5m.
O tráfego dos equipamentos provoca compactação no material, suficiente para
estabilizar a pilha. As bancadas poderão variar entre 10 e 15 metros de altura. Normalmente as larguras da bermas devem ser superiores a 6 metros, largura mínima aceita pela norma padrão.
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Figura 3.7 - Pilha executada por via seca pelo método ascendente (fase de lançamento).
Figura 3.8 - Pilha executada por via seca pelo método ascendente (fase de empilhamento e compactação)
Figura 3.9 - Pilha executada por via seca pelo método ascendente de bancada (fase de lançamento).
Retaludamento de Bancadas
Entende-se por retaludamento o ato de quebrar o ângulo da face para valores inferiores ao ângulo de repouso (Figuras 3.10, 3.11 e 3.12).
Após a conclusão de cada bancada, deverá ser executado o retaludamento, motivo
pelo qual se deve formar a pilha com bermas entre 10 e 12 metros, que consiste em quebrar a crista de cada bancada para suavizar o ângulo de repouso. Esta operação tem por objetivo aumentar a estabilidade da pilha através da compactação da superfície.
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Altura da
bancada
Ângulo da face
Leira
Berma
Figura 3.11 - Seção típica de uma pilha de estéril Angulo Geral dos
Taludes
10 metros Ângulo da face
26º
6 metros 21º
Angulo Geral dos
Taludes
Figura 3.12 - Seção típica de retaludamento
Em alguns casos dependendo do resultado da análise da estabilidade e do material que está sendo empilhado, pode-se lançar o estéril em ponta de aterro, desde que se resguarde a altura igual à da bancada e não maior, e se execute o retaludamento para favorecer a compactação da superfície.
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Figura 3.10 - Pilha executada por via seca pelo método ascendente (fase de retaludamento)
SELEÇÃO PRELIMINAR DO TIPO E GEOMETRIA DA PILHA
O processo de estabelecimento da geometria preliminar da pilha é necessariamente
um processo interativo, em que os parâmetros –volume a dispor, tipo de pilha mais adequado e os dados geométricos básicos (elevação da crista e inclinação geral do talude)– são balanceados por tentativas até se obter um arranjo mais adequado.
Inicialmente será pré-estabelecido o tipo de pilha em função dos seguintes
condicionantes principais:
Topográficos: forma do relevo; existência de drenagens, nascentes e cursos de
água; cavas exauridas e áreas degradadas.
Ambientais: existência de mata nativa exuberante; benfeitorias ou monumentos a
serem preservados; qualidade e uso da água efluente.
Geológico-geotécnicos: natureza da fundação; características do estéril.
Operacionais: plano viário da mina; instalações e outras interferências de
campo.
GEOMETRIA EXTERNA E INTERNA DA PILHA
A definição precisa das características geométricas internas (zoneamento de
materiais) e externas da pilha é estabelecida com base nos seguintes tópicos:
a) Altura total da pilha
Embora não haja razões técnicas que limitem a altura total da pilha, não é
aconselhável projetar maciços com altura superior a 200 m, devido às dificuldades e custos operacionais elevados na execução de pilhas com grandes alturas, por não se tratar de uma atividade definida e padronizada exigindo, em muitos casos, conhecimentos um pouco além da mecânica de solos convencional e uma adequada qualificação da equipe envolvida.
Em casos excepcionais onde a magnitude dos volumes a dispor, conjugados com
restrições de espaço e topografia muito acidentada, pressione em favor de uma pilha muito alta, deverão ser elaborados estudos muito minuciosos do sequenciamento de remoção e lançamento de estéril, para estabelecer métodos alternativos que possam viabilizar a execução segura da pilha.
b) Altura máxima dos taludes entre bancos
De forma a facilitar a implantação da proteção e manutenção dos taludes, não se
recomenda estabelecer alturas superiores a 10 m para os taludes entre os bancos. Outro
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aspecto importante é a redução do risco de aberturas de trincas e rupturas do talude.
c) Conformação dos taludes
Recomenda-se que a inclinação dos taludes entre bancos seja estabelecido para
valores próximos de 2H:1V (26,6º aproximadamente), de modo a facilitar a implantação da proteção dos taludes, além de evitar pequenas rupturas que possam assorear as canaletas de drenagem.
d) Largura das bermas
As bermas dos bancos deverão ter uma largura tal que viabilizem trânsito e
operação de equipamentos para implantação e manutenção da proteção dos taludes e drenagem superficial. Recomenda-se o valor mínimo de 6 m, em função de experiências prévias. Poderão ser adotadas larguras maiores em uma ou mais bermas da pilha, caso o plano viário global a ser estabelecido na mina assim o exija, ou para abater o ângulo geral da pilha, a ser definido pelas verificações de estabilidade.
e) Declividade das bermas
Com o objetivo de conduzir as águas pluviais para fora da pilha, deverá ser
previsto uma declividade longitudinal mínima de 1% na berma, na direção do dispositivo coletor ou dissipador. De forma a evitar o corrimento de água pelo talude, com a conseqüente erosão superficial, deverá ser previsto uma declividade transversal mínima de 5% no sentido interno (crista-pé do talude).
f) Acessos para manutenção
Deverá ser previsto, na geometria global da pilha, a incorporação e/ou interligação
de acessos, integrados ao plano viário da mina, que viabilizem a manutenção dos taludes.
3.4 Métodos de Lavra a Céu Aberto: Classificação
Os métodos de lavra a céu aberto não se distinguem por uma variedade tão grande
quanto os métodos de lavra subterrânea. Segundo a literatura diversas classificações são apresentadas para os métodos de lavra a céu aberto (Hartman & Mutmansky, 2002; Bonates, 1988; Thomas, 1985; Cummins e Given, 1973), porém de uma forma geral podem ser classificados em:
1. Métodos gerais ou convencionais: desmonte de bancadas: em flanco e em cava
2. Métodos especiais (lavra de pláceres, lavra de petróleo e gases combustíveis, lavra de
sais solúveis e suspensóides, lavra de enxofre, lavra submarina, lavra “in situ”)
LAVRA POR BANCADAS
A lavra de mineral útil contido dentro dos contornos da mina, geralmente se
executa em capas horizontais separadas. No processo de explotação estas capas adquirem uma forma de degraus ou escalões. A parte do maciço de rochas que na mina a céu aberto (na parte em
97
Nível de
h1
h
h2
que se trabalha) adquire a forma de degrau ou escalão e se lavra separadamente com seus próprios médios de explosão, extração e transporte denomina-se banco ou bancada (Figura 3.13a,b).
Assim BANCO ou BANCADA, define-se como o pacote de rochas compreendido
entre a linha de pé da bancada superior e a linha de pé da bancada imediatamente inferior ou vice-versa.
Em altura, o banco que se explota com meios próprios de escavação –
carregamento, porém realiza o transporte da massa de rochas para o banco total, denomina-se sub-banco ou BANCO DUPLO ou "double bench", ou seja, seqüência de duas bancadas onde não é deixada berma intermediária (Figura 3.13c).
c)
Figura 3.13 - Bancada. h - altura da bancada, h1 - h2 - altura dos sub-bancos.
Elementos das bancadas (Figura 3.14a,b)
CRISTA DE BANCADA: é o limite superior do perfil do banco ou bancada.
PÉ DE BANCADA: é o limite inferior do perfil do talude. BERMA: superfície compreendida entre o pé da bancada superior e a crista da bancada inferior. Distinguem-se duas bermas de trabalho, a superior e inferior; a berma superior é conhecida como TOPO, sendo a superfície onde operam os equipamentos de perfuração; a berma inferior é conhecida como PRAÇA sendo a superfície onde operam os equipamentos de carga (Figura 3.27).
Nível de
transporte
a) b)
Nível de
transporte
h h
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a)
Situação
atual Situação após
avanço de lavra
FACE ou TALUDE DA BANCADA: é a superfície vertical ou inclinada que une o topo com a praça.
ÂNGULO DE TALUDE DA BANCADA: é ângulo que forma o talude da bancada com o plano horizontal ou vertical.
a)
Figura 3.14 - Elementos da bancada. a) bancada em perfil, b) bancada em planta.
b)
Crista
Face
Pé
Altura da
bancada
Berma
b)
Berma
Crista
Pé
Face
Praça
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Figura 3.15 - Avanço de uma bancada. a) avanço em perfil, b) avanço em planta. Aplicação: - jazidas de grandes dimensões;
Condicionantes:
- resistência do minério/estéril;
- forma do depósito: qualquer, de preferência maciço ou tabular;
- mergulho: qualquer, de preferência horizontal ou baixo mergulho;
- tamanho do depósito: grande espesso ou maciço;
- teor do minério;
- uniformidade do minério; - profundidade do depósito; - exigências ambientais.
TIPOS:
a) Em flanco
b) Em cava
Na lavra a céu aberto a dimensão dos degraus deve garantir a execução das
manobras com segurança, obedecendo às seguintes condições:
- A altura dos degraus não deve ultrapassar 15 m, mas na configuração final, antes de se
iniciarem os trabalhos de recuperação paisagística, esta não deve ultrapassar os 10 m;
- Na base de cada degrau deve existir um patamar, com, pelo menos, 2 m de largura, para
permitir, com segurança, a execução dos trabalhos e a circulação dos trabalhadores, não podendo na configuração final esta largura ser inferior a 3 m, tendo em vista os trabalhos de recuperação;
- Os trabalhos de arranque num degrau só devem ser retomados depois de retirados os escombros provenientes do arranque anterior, de forma a deixar limpos os pisos que os servem;
- Relação entre o porte da máquina de carregamento e a altura da frente não inferior a 1.
Crista após avanço
Pé após avanço
Pé antes do avanço Crista antes
do avanço
100
Sendo a explotação a céu aberto, feita na sua grande maioria, por degraus, é necessária a existência, de acordo com a lei em vigor, de um plano de trabalhos contendo os seguintes elementos:
- Altura das frentes de desmonte (degraus);
- Largura das bases dos degraus;
- Diagramas de fogo, caso existam;
- Situação das máquinas de desmonte em relação à frente e as condições da sua deslocação;
- Condições de circulação das máquinas de carregamento, perfuração e transporte;
- Condições de circulação dos trabalhadores;
- Configuração da escavação durante os trabalhos e no final dos mesmos, devendo-se ter em conta a estabilidade das frentes e taludes; e
- Local de deposição de eventuais escombros e terras de cobertura, área e forma a ocupar por estes.
As explotações convencionais a céu aberto são normalmente desenvolvidas em
bancadas de altura variável, pode ocorrer em jazidas atingidas em encostas (Figura 3.16) ou por grandes aberturas, abaixo do terreno normal, através do qual se faz o escoamento do material útil desmontado (Figura 3.17). Para maior facilidade de compreensão, podemos dizer que, se após desmontado, o minério desce até um determinado nível especial da mina (por exemplo, o nível do britador primário), a lavra é em flanco e a remoção das águas superficiais e de infiltração se faz, usualmente por drenagem. Nos casos em que o minério deva subir até esse nível especial, a lavra é em cava e, usualmente, as águas terão que ser esgotadas.
Figura 3.16 - Típico Desmonte em Flanco de Encosta.
101
Comumente, poucos bancos são lavrados simultaneamente (o que possibilita concentrações dos equipamentos, disposição de maiores larguras para prévia execução de furos para explosões, maiores explosões simultâneas, menor número de veículos transportadores, melhor supervisão, etc), a menos que a variação de valores do corpo mineral, para fins de blendagem, imponha o trabalho em vários bancos simultâneos ou a premente necessidade de grandes produções. As cristas dos diversos bancos devem estar em um plano que faça um ângulo com a horizontal inferior ao de deslizamento natural do terreno. Tal ângulo recebe o nome de talude geral de lavra ou, simplesmente de talude de lavra.
O talude de lavra é um elemento de extraordinária importância, não só pela sua
influência na sua segurança dos serviços, como por delimitar os limites superficiais de uma cava, influenciando a economicidade e a profundidade economicamente atingível. Não é um fator apenas local, condicionado à topografia, natureza do material, seu comportamento ao intemperismo, profundidade atingida, impregnação de água, etc., mas susceptível de apreciáveis variações numa mesma mina e numa mesma formação geológica, pela ocorrência de fraturas, intercalações, planos de debilitamento, dobramentos, efeitos de explosões, etc.
Para se ter uma ideia dos efeitos práticos de variação do talude de lavra, observa-se
que um cone com 150m de profundidade, com talude de 50º, requer desmonte de cerca de 10 milhões de toneladas de rocha e se diminuirmos de 10º este ângulo, isto é, passa-lo para 40º, o desmonte requerido será de cerca de 20 milhões de toneladas de rocha.
Vantagens:
- alta produtividade;
- baixo custo operacional;
- produção em grande escala;
- flexibilidade da produção;
- emprego de grandes equipamentos;
- permite melhor controle geotécnico; - alta recuperação da jazida; - maior segurança e higiene.
Desvantagens:
- profundidade limitada;
- grande investimento de capital;
- limitado pela relação estéril/minério;
- problemas ambientais;
- adequado para grandes jazidas;
- dependente das condições climáticas
Figura 3.17 - Típico Desmonte em Cava
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Impactos ambientais:
- impacto visual; poeiras; vibrações; ruídos; ultralançamentos;
- geração de grandes volumes de estéril => rejeitos;
Mitigação:
- planejamento da lavra; plano de reabilitação;
- recuperação; monitoramento
Imagens de Mina a céu aberto - Mina do Sossego em Canaã dos Carajás – PA.
103
LAVRA POR TIRAS
A lavra de tira (strippitig mining) é um método utilizado principalmente para
mineração de camadas pouco profundas, sub-horizontais e com grande extensão e volume. A lavra de tiras é freqüentemente praticada em larga escala, com baixo custo unitário de lavra, alta produtividade, elevada recuperação e maior segurança. É muito usada no mundo todo na lavra de carvão. Exemplos brasileiros são o da lavra de folhelho pirobetuminoso - xisto para produção de óleo, pela Petrobrás, em São Mateus do Sul (PR) e o de bauxita da Mineração Rio do Norte (PA). (bucket-chain).
Este método caracteriza-se pela ausência de transporte das rochas estéreis do
decapeamento, sendo removido para obter acesso a jazida mineral e imediatamente depositado na área previamente lavrada. A área lavrada progride em uma série de trincheiras profundas paralelas entre si, referidas as bancadas ou tiras que podem exceder 1 km de largura
(Figura 3.18). Na lavra por tira, além de dragalines e escavadeiras, é muito comum o uso de equipamentos de escavação contínua tais como: escavadeira por roda de caçambas (bucket wheel) e escavadeira por alcatruz ou nora.
Figura 3.18 - Esquema da lavra por tiras
A principal vantagem do método de lavra por tiras é o baixo custo unitário de lavra
devido a que o capeamento é depositado direto para as ares lavradas e emprego de um mesmo equipamento para as operações de decapeamento e extração de minérios. Outra vantagem é um ângulo de talude maior considerando que o corte fica exposto por pouco tempo.
Aplicação:
Camadas pouco profundas, sub-horizontais e com grande extensão e volume
Condicionantes:
Resistência do minério:
qualquer; Resistência da rocha: qualquer;
Forma do depósito: tabular, em camadas;
Mergulho: qualquer, de preferência
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horizontal;
Tamanho: grande extensão lateral; Teor: pode ser baixo;
Uniformidade do minério: uniforme ou quase; Profundidade do depósito: raso; Exigências ambientais.
Dimensões típicas
- Altura da bancada: 30-60m;
- Largura de cada tira: 23 a 46m;
- Ângulo de talude: 60º - 75º ;
- Ângulo das pilhas: 30º - 45º
Ciclo de operações unitárias:
- Perfuração: trado, rotativa, percussão;
- Detonação;
- Escavação: draglines, escavadeiras, buckets-wheel, carregadeiras, tratores, scrapers, monitores hidráulicos;
- Transporte: caminhões, correias, scrapers,
trilhos Operações auxiliares:
- Estabilidade de taludes;
- Acessos para caminhões;
- Manutenção: mecânica e elétrica;
- Drenagem e bombeamento;
- Recuperação ambiental;
- Controle de poeira, saúde e segurança
LAVRA DE PLÁCERES
Os métodos de lavra de pláceres estão geralmente associado ao beneficiamento do
material “in loco”, pois envolvendo o manuseio de grandes volumes, com baixo valor unitário, não possibilitaria, e economicamente, longos transportes e tratamentos elaborados. A recuperação baixa (usualmente inferir a 50%) é compensada pela quantidade produzida, graças aos grandes volumes de material tratado.
A lavra de pláceres compreende a lavra de sedimentos inconsolidado nos aluviões,
dunas, praias e outros depósitos sedimentares. No Brasil, os principais bens minerais lavrados são ouro, cassiterita, ilmenita, rutilo, zircão, monazita e diamante.
A escolha do método de lavra é afetada pelo volume do plácer, teores, distribuição
dos valores, profundidades, granulação do material, disponibilidade de água, localização, clima, disponibilidade de capital, etc.
Os métodos são classificados em:
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1) manuais
2) hidráulicas
3) mecânicas
Métodos manuais
Limitam-se a territórios inexplorados, em depósitos pequenos, porém ricos e pouco potentes. Um desmonte é manual, quando realizado com ferramentas manuais, e tendo como fonte de energia a força humana. Ocorre em serviços mineiros de pequeno porte, principalmente em serviços de pesquisa ou lavra de garimpo.
Existem dois métodos principais, o de paleação do material até aos sluices
concentradores e o desmonte hidráulico.
No primeiro método a água necessária é acumulada numa pequena represa e
conduzida através de canais ou canos à área de lavra (Figura 3.19). Os sluices se mostram numa trincheira aberta na rocha de base, no ponto mais baixo do plácer; se escava uma faixa de 3,6 m e 4,5 m de largura ao longo do eixo do aluvião e os sluices vão sendo estendidos à medida que a escavação progride água acima. O material a ser tratado é jogado com pás no canal e são desintegrados pela água e arrastados sobre os rifles ou ranhuras do sluice. Os blocos grandes são removidos a mão e empilhados ao lado.
Para realizar o desmonte hidráulico, se faz a água correr sobre a superfície e se
parte de uma trincheira aberta na rocha de fundo, que se vai estendendo água acima, até alcançar os limites do plácer. Ao chegar a este ponto se dirige a corrente de água contra o bordo superior do banco e se arranca assim uma faixa de seis metros de largura, que se avança no sentido da corrente. A água conduzida ao longo de frente de desmonte por valetas ou calhas de madeira. A trincheira aberta na rocha de fundo conduz as água e o material desmontado até aos sluices. Os sluices são limpos de tempos em tempos e o material recolhido é concentrado em batéias.
Figura 3.19 - Explotação manual de um plácer aurífero.
Nos serviços de desmonte manuais, deverá atentar-se para a quantidade e
posicionamento dos homens em cada frente de serviço, distanciamento entre eles, rendimento
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do trabalho, altura ou paleamento, segurança, sincronia de operações, manutenção de ferramentas de ótimas condições de trabalho.
Métodos mecânicos
Os métodos mecânicos são executados por processos de dragagem através do emprego de raspadores de cabos, escavadeiras de arrasto, dragas de alcatruzes, dragas de conchas ou dragas de sucção.
As dragas nas suas diversas modalidades apresentam primazia na lavra de pláceres.
Na sua concepção mais ampla, uma draga é uma máquina escavadeira, lavradora-concentradora e transportadora dos rejeitos. Acionada eletricamente, trabalha flutuando e escavando sob a água ou em bancos de moderada altura sobre o nível da água. Vai descartando os rejeitos atrás, à medida que vai escavando à frente o qual elimina os tradicionais transportes de minério da mina (run-of-mine) e estéril para os bota-foras, da lavra convencional. Com isso tem se conseguido lavrar pláceres de baixíssima concentração (0,05g/m3 de ouro, por exemplo).
A draga é montada em uma escavação preparada para isto, que é inundada antes de
começar a lavra. Uma pesada haste metálica (agulha) na polpa do batelão o mantém fixo num ponto, podendo a draga ter apenas movimentos de rotação em torno dela. Cabos de aço nas laterais da proa, adequadamente fixados (na margens ou nos cursos d’ água à frente da draga), permitem o controle desse ângulo de rotação que, em operação, se limita a uns 120º. Movimentos da lança, no plano vertical, mais o controle do calado, por admissão ou expulsão de lastro (a própria água em que flutua), permitem escavar a maior ou menor profundidade.
Existem diversos tipos de draga utilizadas comumente neste tipo de operação, as
quais são classificadas em mecânica, hidráulica e mista (mecânica/hidráulica), sendo que cada uma destas possui diferentes tipos de mecanismo e operação
As dragas mecânicas são utilizadas para a remoção de cascalho, areia e sedimentos
muito coesivos, como argila, turfa, e silte altamente consolidado. Estas dragas removem sedimentos de fundo através da aplicação direta de uma força mecânica para escavar o material, independente de sua densidade. Os principais tipos de dragas mecânicas são as escavadeiras flutuantes (tais como as de caçamba e as de garras) e as dragas de alcatruzes (também conhecidas por “bucket ladder”, estas dragas dispõem de uma corrente sem fim com caçambas que trazem o material de fundo até uma esteira montada em uma lança que eleva e projeta o material dragado a uma certa distância, ou o despeja em outra embarcação). Os sedimentos escavados com a utilização de dragas mecânicas são geralmente transportados em barcas ou barcaças, dependendo do volume a ser transportado. As dragas mecânicas podem ser vistas na Figura 3.20.
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Figura 3.20 - Tipos de dragas mecânicas.
Os tipos de draga de sucção (Figura 3.21a) são as aspiradoras e as cortadoras. Nas
aspiradoras, a sucção é feita por meio de um grande bocal de aspiração, como o dos aspiradores de pó. Com o auxílio de jatos de água, o material é desagregado e, através de aberturas no bocal, é aspirado e levado junto com a água aos tubos de sucção. A draga opera contra a corrente, podendo fazer cortes em bancos de material sedimentado de até 10 metros de largura. Cortes mais largos podem ser conseguidos por uma série de cortes paralelos. Este tipo de bocal é utilizado quando se tratar de material fino e de fraca coesão, em cortes rasos, não cortando material coesivo e não podendo fazer cortes em bancos cujo material pode desmoronar sobre o bocal e impedir a sucção. As características específicas de uma draga dependem das bombas e da fonte de energia escolhida. A máxima extensão de corte que uma draga desse tipo pode realizar é da ordem de 1.100 metros. Como essas dragas se deslocam corrente acima com bastante rapidez, não é conveniente dispor de tubulação em terra ligada a elas, e sim ligada a barcas; e para maior eficiência, a tubulação de recalque não deve ter mais de 300 metros de comprimento, nem se elevar acima de 1,5 metros do nível da água.
As dragas de sucção cortadoras dispõem de um rotor aspirador, equipado com
lâminas que desagregam o material já consolidado para que este possa ser aspirado para o interior do tubo de sucção que se insere no núcleo do rotor. O funcionamento é idêntico ao da aspiradora, porém apresentam maior eficiência, e ao invés de atuarem numa linha reta, o movimento da draga descreve a trajetória de um arco. Uma variação deste tipo de draga são as auto transportadoras, as quais são navios, com tanques (cisterna) de fundo móvel, onde o material dragado é depositado, sendo a seguir transportado para o mar onde é descarregado, dispensando o uso de barcaças (Figura 3.21b).
As dragas hidráulicas, ao aspirar o sedimento, trazem junto uma grande quantidade
de água. Conforme os tanques das barcaças e de dragas auto transportadoras vão se enchendo, é
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necessário eliminar esta água excedente fazendo-a transbordar para fora da embarcação. Este processo chama-se “overflow”.
Figura 3.21 - Tipos de dragas. a) hidráulica, b) sucção.
Lavra com monitores hidráulicos
A lavra de pláceres com monitores hidráulicos (Figura 3.22) consiste em utilizar a força hidráulica nas frentes de desmonte para a desagregação do minério, é empregado fundamentalmente onde os materiais são desagregados por ação de água à pressão (pressões que variam de 15 a 200 m de coluna d’água), como as aluviões de ouro, cassiterita, diamantes, ilmenita, rútilo, zircão, formações argilosas, arenosas e outras.
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De todos os sistemas de explotação existentes, o hidráulico é o único que permite combinar o desmonte de um material, o seu transporte para uma estação de tratamento e sua recuperação nessa mesma estação, assim como o posterior escoamento dos resíduos com a energia obtida por um fluxo de água.
Os equipamentos hidráulicos são equipamentos de desmonte, constituídos por uma
lança ou canhão orientável, de largo diâmetro, que projeta um jato de água sobre o maciço rochoso que permite desagregar e arrastar os materiais, cujo estado de consolidação é apropriado para tal finalidade.
A utilização destes equipamentos apresentam as seguintes vantagens:
- desmonte contínuo do material a explorar;
- infraestrutura mineira reduzida; - equipamentos mais econômicos;
- menores necessidades de pessoal e com menor especialização; - baixo custo de operação.
Os inconvenientes principais são:
- condições específicas do material a desmontar;
- grandes necessidades em caudal e pressão de água;
- necessidade de grandes áreas para retenção de resíduos;
- escassas probabilidades de seletividade;
- aplicabilidade do sistema quando o processo de tratamento posterior é feito em via úmida; - condições topográficas adequadas para a circulação dos materiais desmontados; - disposições restritivas sobre contaminação e impacto ambiental.
Inicia-se por localizar um curso de água em cota elevada, acima do corpo que se
deseja lavrar e conduzir esta água por trincheiras, canais ou canos até à câmara de carga que alimenta os canos que conduzem aos monitores. Em geral água deve ter suficiente para assegurar trabalho contínuo, porém em certos casos, o trabalho terá que ser intermitente. A extração do minério se faz mediante jatos de água, com, sendo material concentrado em sluices.
Para se obter melhores resultados, a rocha de fundo deve ter um caimento próximo
do caimento dos sluices, não menor que 1,5% e de preferência 4,5% ou mais. O espaço disponível para o vertedouro deve ter amplitude suficiente para a área a ser lavrada. A escavação de trincheiras na rocha de fundo permite aumentar o caimento, porém encarece o método. Em alguns casos favoráveis, se avança uma galeria sob o aluvião e com isso
Figura 3.22 - Monitor hidráulico
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consegue-se o caimento e a área necessária para o vertedouro. Quando se trabalha em leitos de rios ou locais com desníveis insuficientes para o uso da gravidade, são necessários
elevadores hidráulicos ou bombas.
Figura 3.23 - Corte de uma explotação com arranque hidráulico.
Nas explotações de argila, areia, cascalho ou quaisquer outras massas de fraca coesão (inconsolidadas), devem ser observadas as seguintes regras:
- Se a explotação não for feita por degraus, o perfil da frente não deve ter inclinação
superior ao ângulo de talude natural do terreno;
- Se a explotação for feita por degraus, a sua base horizontal não pode ter, em nenhum dos
seus pontos, largura inferior à altura do maior dos dois degraus que separa, e as frentes não podem ter inclinação superior à do talude natural;
- Se o método de explotação exigir a presença normal de trabalhadores na base do degrau,
a sua altura não pode exceder 2 m.
Na realização do desmonte hidráulico devem ser observadas as seguintes regras:
- Os operários e os equipamentos que efetuam o desmonte devem estar protegidos por uma
distância adequada de forma que os possíveis desmoronamentos e deslizamentos do talude não os atinjam;
- É proibida a entrada de pessoas não autorizadas nos taludes onde se realiza o desmonte
hidráulico;
- O pessoal, no desmonte hidráulico deve estar provido de equipamento específico e adequado para serviços em condições de alta umidade;
- Para instalações do desmonte hidráulico que funcionam com pressões de água acima de
10 Kg/cm2 devem ser cumpridas as seguintes regras adicionais:
a) os tubos, os acoplamentos e os suportes das tubagens de pressão devem ser apropriados
para esta finalidade (certificados dos fornecedores, provas aleatórias);
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b) deve existir um suporte para o equipamento;
c) a instalação deve ter um dispositivo para desligar a bomba de pressão em caso de
emergência, podendo este ser acionado pelo pessoal que estiver a trabalhar com o equipamento.
De acordo com as características mecânicas do maciço rochoso existem dois
esquemas de extração básicos:
- Desmonte direto do material que se encontra na frente de trabalho;
- Desmonte do material, após uma previa desagregação;
O princípio geral de trabalho quando é possível desmontar o maciço diretamente,
corresponde ao seguinte esquema operativo:
- Projeção do jato sobre o pé do talude de modo a criar uma sobre-escavação do mesmo até
que se origine a queda do talude;
- O material desmontado é submetido à ação do jato de modo a promover a sua
desagregação e escoamento ao longo do canal de transporte;
- Uma vez limpa a frente, o equipamento é aproximado da nova frente de trabalho,
repetindo- se o ciclo.
As distintas possibilidades de posicionamento do equipamento dão origem as três esquemas de extração, segundo as direções relativas do jato projetado e da polpa escoada (Figura 3.24)
a) Em direção,
b) Em contracorrente,
c) Misto.
O desmonte em direção é caracterizado pela direção de circulação da polpa
coincidir com a direção do jacto de água projetado, sendo aplicado sobre frentes com altura inferior a 8 m.
O desmonte em contracorrente aplica-se fundamentalmente em grandes frentes de
trabalho que podem variar entre os 20 a 30 m, sendo esta a altura máxima permitida por motivos de segurança.
O desmonte misto é utilizado quando se aplicam vários equipamentos na mesma
frente de trabalho, permitindo o arranque do material situado na zona intermédia de dois equipamentos.
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Figura 3.24 - Esquemas de extração, segundo as direções relativas do jato projetado e da polpa escoada. 1- Equipamento, 2- Tubagem de alimentação, 3- Canal de transporte, 4- Captação, 5- Estação de bombeio, 6- Tubagem da polpa, 7- Polpa.
Lavra “in-situ”
A possibilidade de se extrair o metal contido em uma jazida, por dissolução “in-
situ”, tem atraído a atenção dos mineradores e metalurgistas. Algumas tentativas têm tido êxito, outras não, indicando que esse tipo de lavra só pode aplicado quando coincidem uma série de circunstâncias favoráveis. Tais circunstâncias são a permeabilidade geral da massa mineralizada, devido a existência de poros e de um bom número de fendas ou fissuras nas rochas,: a solubilidade dos metais em água ou soluções diluídas de ácido sulfúrico (licor): a possibilidade de se recolher as dissoluções em trabalhos executados sob a zona de dissolução, sem que se produzam perdas através de fendas ou acidentes subterrâneos e permeabilidade de razoável controle da águas naturais da mina, para que não provoquem a diluição dos licores da lixiviação.
As operações fundamentais desse método de lavra consistem na criação de zonas
de infiltração dos licores, nos níveis superiores, e seu recolhimento nos níveis inferiores. São estendidos tubos de polietileno perfurados, ao longo de galerias previamente preparada, para a
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rega das zonas a serem lixiviadas, vindo dos licores de depósitos colocados em níveis superiores. Os locais de recolhimento (caldeiras) são revestidos com um produto impermeabilizante, que em geral é o flintkot, passando sobre uma argamassa de areia e cimento. Após o recolhimento, os licores são bombeados, através de tubos plásticos, para um tanque, de onde partirão para o tratamento químico.
O método tem sido aplicado com sucesso na lavra de minérios de cobre de baixo
teor, nas minas de Cananea, nas minas de Bica, Urgeiriça e Senhora das fontes, de propriedade da Empresa Nacional de Urânio, em Portugal.
PROFUNDIDADE DOS TRABALHOS A CÉU ABERTO (PROFUNDIDADE
FINAL DA MINA)
A explotação das jazidas minerais pode ser efetuada por trabalhos a céu aberto,
trabalhos subterrâneos ou por uma combinação de ambos. Quando se emprega o método combinado de lavra é indispensável estabelecer o limite entre os trabalhos a céu aberto e subterrâneos, o qual ofereça o mínimo custo de extração mineral e o máximo rendimento do trabalho.
Durante a projeção da mina resolve-se o problema de determinação dos limites
entre a lavra a céu aberto e a lavra subterrânea, sendo necessário contornar a mina e estabelecer os contornos no plano e os perfis geológicos. Estes contornos determinam-se com base a pratica e podem ser final, perspectivo e intermediário.
Denominam-se contornos finais, aqueles onde segundo o plano deve finalizar a
lavra, são determinados com elevado grau de precisão. O contorno perspectivo determina-se aproximadamente e é aquele que pressupõe até onde devem chegar as diferentes operações ou labores mineiras e é retificado durante a explotação. O contorno intermediário é aquele que se deve alcançar num momento determinado da explotação.
O perfil do talude da mina fica determinado pelo volume total dos trabalhos de
decapeamento em correspondência às exigências de estabilidade e incide em forma determinante sobre a tecnologia dos trabalhos mineiros.
A sobre-elevação da pendente do perfil ocasiona a deformação do talude da mina e
sua liquidação exige grandes gastos. Deslizamentos e desmoronamentos do talude da mina podem impossibilitar o prosseguimento da lavra do mineral útil por o método a céu aberto. Também, a diminuição da pendente do perfil do talude eleva os gastos complementares pelo decapeamento de rochas estéreis. Assim, a diminuição do ângulo de inclinação do talude da mina em 2º - 3º, no momento da finalização das operações mineiras, ocasiona o aumento considerável de volume de estéril a ser extraído (10-30% ou mais) e consequentemente aumenta os custos de explotação da jazida.
COEFICIENTE DE DECAPEAMENTO
Na lavra a céu aberto, quanto maior seja a potência do recobrimento das jazidas
horizontais ou quanto mais profunda se encontre uma jazida mineral inclinada ou abrupta, tanto maior é o volume de rochas estéreis que há que remover para facultar a extração do
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mineral útil da jazida (Figura 3.25). O custo de extração mineral, em grande medida depende do volume de decapeamento, porém esse custo está diretamente relacionado com o volumem de decapeamento relativo e não com o volume de decapeamento absoluto.
O volume relativo, ou seja o volume de rochas estéreis que é indispensável
remover por unidade de mineral útil (relação estéril – minério) se denomina coeficiente de decapeamento.
O coeficiente de decapeamento pode ser expresso em peso, quando as rochas estéreis e o mineral útil se indicam em unidades de massa (t) e, pode ser volumétrico quando estes se indicam em unidades de volume (m3). Na prática, com maior frequência o coeficiente de decapeamento se expressa como volume de rochas decapeadas em metros cúbicos, com relação a uma tonelada de mineral útil (m3/t). Também, o coeficiente de decapeamento é possível ser expresso somente em unidades de massa ou volume (t/t, m3/m3).
Figura 3.25 - Coeficiente de decapeamento industrial.
Comumente é aceito que a igualdade dos custos de extração do mineral útil pelo
método a céu aberto e subterrâneos, determinam a base para definir o limite da profundidade da mina. Qualquer ação dos trabalhos a céu aberto que sobrepasem esse limite de aprofundamento, serão de maior custo que os trabalhos subterrâneos.
CMs = CMca + Kl Ce
Donde: CMca - custo de lavra subterrânea de 1 t de minério, incluindo os custos operacionais de desmonte, carregamento, britagem do minério e transporte até a usina de concentração;
CMca - custo de lavra a céu aberto de 1 t de minério, incluindo os custos operacionais de desmonte, carregamento, britagem do minério e transporte até a usina de concentração;
Kl - coeficiente de decapeamento limite; Ce - custo de lavra do estéril, incluindo seu desmonte, carregamento, e transporte até o “bota-fora”.
* Coeficiente de decapeamento limite (Kl): denomina-se ao coeficiente máximo permitido sob o qual podem ser desenvolvidos os trabalhos de explotação pelo método a céu aberto. O coeficiente de decapeamento limite se estabelece em base à comparação de índices técnico econômicos, razão pela qual também é conhecido como coeficiente de decapeamento econômico ou crítico.
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O custo do mineral útil durante a lavra pelo método a céu aberto determina-se pela expressão:
Cmp – Gm
K l =
Ge
Donde:
Cmp - custo permissível de 1 m3 de mineral útil Gm - gastos para a extração de 1 m3 de mineral
útil Ge - gastos para a extração de 1 m3 de estéril
Ao nível de toda a jazida, a opção lavra será obtida através de análise das
expressões: CMs > CMca + Kl Ce Lavra a céu aberto
CMs = CMca + Kl Ce Lavra
subterrânea CMs < CMca + Kl Ce
Lavra subterrânea
A opção de lavra se referida, para a mesma jazida, a blocos de decisão de lavra,
envolveria outras considerações, para as quais se definem:
* Teor de corte (céu aberto): entende-se por teor de corte de um bloco (t), aquele teor capaz de pagar sua lavra, seu tratamento, bem como seus custos indiretos e financeiros, não obtendo nenhum lucro e também não suportando a remoção de nenhum estéril associado.
* Teor mínimo ou marginal (céu aberto): teor mínimo ou marginal (tm) é aquele teor que paga apenas os custos de beneficiamento, além dos custos indiretos e financeiros subsequentes. Corresponde ao bloco já lavrado que, em lugar de ser jogado ao "bota-fora", é levado à usina de beneficiamento, extraindo se o elemento valioso, não dando nem lucro nem prejuízo.
* Teor de utilização (céu aberto): o conceito de teor de utilização (tu) tem aspectos a ver com o estabelecimento do contorno final da cava, planejamento sequencial da lavra, beneficiamento do minério e fluxo de caixa da empresa.
Dentre os materiais desmontados, com certeza vai-se encontrar blocos
mineralizados e não mineralizados. Estes últimos, como é evidente, serão levados ao "bota-fora". Já os blocos mineralizados constituem o problema: que deve utilizar-se?. Como é óbvio, o teor de alimentação da mina não pode estar abaixo do teor marginal, pois então não se pagarão as despesas subsequentes.
Surge assim a necessidade do conceito de teor de utilização. Este teor, pelo visto,
deve ter correspondência entre o teor de corte e o teor mínimo. A diminuição do teor de utilização acarreta um aumento do volume de minério a tratar o uma diminuição do estéril, pois dentro do contorno da cava há um volume definido e conhecido.
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O teor de utilização é estimado inserindo várias admissões que levarão a várias alternativas, das quais será selecionada aquela que melhor se adapte com os objetivos de produção o econômicos da empresa.
* Teor limite (teor de corte subterrâneo): se define como teor limite (tl) o menor teor que compensa economicamente a lavra subterrânea.
De posse destes conceitos podemos então concluir:
Se o bloco tecnológico (ou painel) estiver gravado por uma relação estéril/minério
R superior à relação estéril/minério limite Rl (R > Rl) e se o respectivo teor do bloco tb for igual ou superior a tl, o bloco será lavrado subterraneamente. Se R > Rl com teor do bloco inferior ao limite (tb < tl), não há lavra pois, se houvesse conduziria a prejuízos econômicos.
Se R < Rl, várias considerações devem ser feitas:
1. Quando R < Rl e o teor do bloco tb for igual ou superior ao teor de corte (tb ≥ tc) o bloco será lavrado a céu aberto;
2. Quando o teor do bloco tb estiver compreendido entre o teor marginal e o teor de
corte (tm ≤ tb < tc) aplica-se o conceito de teor de utilização (tu);
3. Finalmente, por razões de ordem econômica, não se aproveita, em hipótese alguma, materiais com teores inferiores ao teor mínimo, sendo estes blocos considerados estéreis.
Uma vez estabelecido o coeficiente limite de decapeamento, determina-se a
profundidade limite da mina em base à comparação de índices técnico-econômicos entre os trabalhos mineiros a céu aberto e subterrâneos.
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