PPGEM MIN 746Lavra Subterrânea Prof. José Margarida da Silva 2010 Métodos de Lavra Subterrânea POR QUE LAVRA SUBTERRÂNEA? Profundidade do depósito*; Quantidade de material a ser retirado para alcançar o minério; Jazidas aflorantes vão se tornando escassas; Restrições ambientais à lavra a céu aberto; Aumento do conhecimento do comportamento de maciços rochosos. * Torres e Diniz da Gama (2005): minas pouco profundas ou rasas (até 850m) e profundas (a partir de 850m). Dessureault (2004): se existe perspectiva de mais de 150m de profundidade, admite-se a hipótese de mina subterrânea. 2 Custos e decisão de lavra Cam – custo minério; R – REM; Cse – custo retirada estéril; Cs – custo subsolo. MINA A CÉU ABERTO E SUBTERRÂNEA Fazenda Brasileiro.. Kittila. Vazante. Jouac. Loolekop. . Turmalina. Pyhasalmi. Fases da mineração Arranjo de uma mina com transição céu aberto para subterrânea. Jerrit Canyon.. . Raglan. Mount Isa. Kamoto. remoção dos gases. Decisão: aspectos técnicos e econômicos. Lavra contínua . Economia. segurança. mínimo de perturbação ambiental 5 . limpeza da frente.comum para carvão. corte para face livre executado por máquina de corte (rafadeira) e execução de furos para desmonte por explosivo.equipamentos que desagregam rocha por escarificação. carregamento e detonação. Sistema misto .Operações e equipamentos Lavra convencional (cíclica) explosivos: perfuração. – Transporte: – caminhões de 7 t a 15 t. haul and dump) com capacidade de 0. sendo usados 8 a 12 vagões por trem. – trens. dependendo do tamanho das vias. especialmente composições com vagões tipo gramby car com 4 t a 8 t de capacidade. . – trem caindo em desuso (menor flexibilidade. baixa produtividade).4 m3 até 4 m3 ou de descarga traseira.Rocha dura: pequena escala • Perfuração manual • Carregamento: – carregadeiras tipo LHD (load. • Transporte: – caminhões de 20 t a 30 t. .Rocha dura: média escala • Perfuração mecanizada • Carregamento: – carregadeiras LHD com capacidade entre 4.5 m3 e 7 m3. . • Transporte: – caminhões de 40 t a 80 t (em teste 90t).Rocha dura: grande escala • Perfuração mecanizada – jumbos • Carregamento: – carregadeiras LHD com capacidade entre 9 m3 e 11 m3. . – às vezes utilizam-se mineradores contínuos ou combinação com carregadeiras LHD e caminhões.Rocha mole • Desmonte contínuo • Carregamento: – mineradores contínuos ou cortadeiras para desmonte e/ou carregamento. • Transporte: – Carros transportadores (shuttle cars) e correias transportadoras. LAVRA SUBTERRÂNEA Princípios fundamentais Abandono de pilares Desmonte com o avanço de aberturas paralelas. Deixam-se porções do minério para formar pilares. de dimensões e formas adequadas. 10 . Pilares limitam os vãos das aberturas e promovem a sustentação do teto. frente se desloca. Teto na frente de trabalho normalmente sustentado para evitar queda de blocos ("chocos"). 11 . Desmonte da face é integral. sendo acompanhada pelo enchimento. vazio formado é preenchido com outro material para sustentação do teto.Princípios fundamentais Enchimento Minério In situ Enchimento Sentido de avanço da frente Planta Material útil vai sendo extraído. 12 .Princípios fundamentais Abatimento controlado do teto A B Com avanço da frente de lavra. Blocos começam a exercer reações apreciáveis sobre o teto. provoca-se seu desabamento. a uma distância controlada. o que inibe a propagação do abatimento. A rocha desabada empola. favorecendo sua sustentação. dissipando-se parte da energia armazenada. Classificação de Métodos Métodos de lavra subterrânea Métodos sem suporte artificial Suportados Abatimento Room-andpillar Sublevel and longhole open stoping Cut-and-fill stoping Shrink stoping Longwall mining VCR Stoping Sublevel caving Block caving Deslocamentos Energia armazenada (Brady e Brown. 2004) . Inclinação a partir da qual começa a ocorrer rolamento do minério desmontado depende das dimensões dos blocos e da regularidade do piso. Escavações devem ter inclinação superior ao ângulo de repouso do minério fragmentado. Corpos de mergulho acentuado 14 .Classificação de corpos de minério Minério desmontado desce por gravidade até galeria de transporte. fica entre 45° e 50°. Classificação de corpos de minério Equipamentos chegam até as pilhas de minério desmontado nas frentes de lavra. com o desmonte conduzido segundo retas de menor declividade ou horizontais de mesmo plano do corpo. Máxima inclinação varia com tipo e porte do equipamento. Corpos horizontais e subhorizontais 15 . mas habitualmente fica entre 8 e 11 (15 a 20%). Além desses limites pode ainda ser exeqüível. mas não é suficiente para que ocorra escoamento do minério desmontado. das frentes de lavra até galeria de transporte. Corpos de mergulho suave 16 . Minério precisa ser arrastado até locais de carregamento. sob ação da gravidade.Classificação de corpos de minério Inclinação excede limites de trafegabilidade (“gradeability”) de equipamentos. Alargamento em subníveis (sublevel stoping) Passagem de pessoal Ponto de carregamento Galeria de transporte Travessas de carregamento 17 . chutes. descarga traseira. carregadeira frontal. Carregamento: – LHD. Caminhão (Mina Santa Helena. – Preferência para equipamentos de maior porte. correias. Transporte: – Caminhões convencionais ou rebaixados.Alargamento em subníveis Perfuração mecanizada: em leque ou paralela. Brasil) 18 . Alargamento em subníveis . Pequena necessidade de suporte. 19 . Pequena exposição. Recuperação pode alcançar 75%. Furos longos requerem cuidadoso alinhamento (desvio menor que 2%).análise Fácil ventilação. Não seletivo. Diluição de 20%. Lavra por corte e enchimento (cut and fill) mining) Capa Realce Passagem de minério Enchimento Lapa 20 . backfill. Resistência das encaixantes: fraca.Por corte e enchimento Minério é completamente removido. 21 . Teor alto. pastefill. Forte mergulho. sandfill. Material de enchimento suporta as paredes e fornece piso para a lavra da próxima fatia de minério.pode ser irregular. mas adaptável.Rockfill. Enchimento . descontínua. Forma da jazida: variada . Corte e enchimento (Aterro) Perfuração mecanizada CARREGAMENTO LHD com capacidade 0.4m3 (elétricas). TRANSPORTE Caminhões ou trens com vagões de pequeno porte. rastelo. até 3m3. 22 . raramente maiores. Corte e enchimento . 23 . Versátil. Boa seletividade. Alta recuperação de minério (90 a 100%). Estéril e rejeito podem ser distribuídos no subsolo. Baixo custo de desenvolvimento.Análise Alta mecanização. Baixa diluição. Abatimento em subníveis (Sublevel caving) Zona abatida Lavra: desmonte e carregamento Passagem de minério Perfuração Desenvolvimento Nível principal de transporte . Abatimento em subníveis • Perfuração mecanizada. • Carregamento e transporte: LHD´s controle remoto. • Minério desmontado despejado em passagens. furação longa ascendente. Mina de Kiruna. Suécia 25 . caminhões 22t.000t/dia. vagões 35 a 40t. • Fluxo de material fragmentado grosseiro: fator mais importante no método. • Investimento inicial de centenas de milhões de dólares. • Lavra descendente. • Produção superior a 50. deixando-se a capa deformar-se e abater-se. Perdas de minério entre a detonação de um leque e outro (10 a 20%). Subsidência. Diluição inevitável (10 a 35%). Alta recuperação (80 a 90%). 26 .Abatimento em subníveis – análise Requisitos rígidos. Independência das operações. Melhores índices de segurança e de saúde. Block Caving Preparação do solapamento ramificações subnível com grelha Nível principal Nível de transporte . controle de fluxo crítico. Baixo custo de lavra (custo relativo de 20%).Abatimento em blocos Blocos solapados para induzir abatimento. Minério e rocha encaixante são abatidos. Alta produtividade. Subsidência pode ser em grande escala. se desmonte sem explosivo. bons índices saúde e segurança. 28 . recuperação até 100%. altas escalas de produção. Diluição: 10 a 20%. Operações padronizadas. Grande tempo de desenvolvimento para blocos (cerca de 1000m2). boa supervisão. Método por câmaras e pilares (room and pillar mining) Perfuração vertical Pilar Perfuração frontal 29 . descendente ou ascendente): Entradas múltiplas − Minerador contínuo substitui perfuração e detonação – Marietta: capacidade 10mil t/dia.75 a anterior Painel 3. Carregamento: – LHD a diesel ou elétricas de 0. por shuttle cars descarregando em correias ou por vias abertas na lapa para este fim através de caminhões ou trens. 30 .Câmaras e pilares Perfuração mecanizada (frontal. – Caminhões rebaixados e articulados Novo painel 15 a 50 t. 11 m Transporte: – Nos realces. Carregadeira rebaixada LHD Load. dump Transporte até 250. 300m 31 . haul. Caminhão e carregadeira Caminhão rebaixado Caminhão e carregadeira 32 . Rastelo Minério fragmentado Minério in situ 33 . com distância lateral de 400m. Definição se deveu à grande área e contribuiu para melhor adequação às metodologias de lavra. Lavra adicional no teto. manganês. 3 horizontes diferenciados de “ataque”. Brasil) Desenvolvimento: poço raso e túnel na lapa. às operações de ventilação e transporte do minério. subdivisão do corpo de minério em 3 faixas sub-horizontais. devido à baixa potência. painel de 800mx800m.Morro do Urucum (RDM. de acordo com condição geomecânica da rocha (encaixante: arcósio). . carvão Acidente: final anos 80. 35 . Exigências do DNPM para F.=1. Necessidade de novas metodologias para dimensionamento de pilares.8.Câmaras e pilares .S. Baixa recuperação da lavra. Desconhecimento do comportamento geomecânico da Camada Bonito. Vassouras • Lavra entre 430 e 640m profundidade. 36 . • Transporte por correias (7 km).Mina Taquari . • Capacidade ampliada de 645 mil t/ano para 850 mil t/ano. • Produção de cloreto de potássio. • Desmonte por mineradores contínuos. • Carregamento por shuttle cars. regular) ou contínua. rivaliza com outros métodos (lavra frontal – veios estreitos. Método se presta bem à mecanização.0 a 5%. À medida da profundidade. ventilação. equipamentos. Lavra convencional (cíclica. Mina pode ser retomada. com enchimento ou abatimento. Número de aberturas que atenda à vazão de pessoal.Câmaras e pilares Galerias interligadas por travessas perpendiculares ao corpo de minério. Recuperação .20 a 60%. 37 . Diluição . acima de 1. Reutilização das aberturas depende de planejamento prévio.050m – lavra por solução). Minerador contínuo 38 . Fan Drill Simba 39 Robô para projeção de concreto 40 Lavra por frente longa (longwall) - planta Área abatida Ventilação Entrada de ar carvão 41 abrangendo toda a extensão. Arranjo transversal (espessura a partir de 30m). Arranjo longitudinal (corpos de pequena espessura). Exige rigoroso controle do contato. Galerias de transporte (duplas ou triplas). para material e pessoal. Subida face livre para iniciar desmonte.Lavra por frente longa (longwall) Lavra integral. próximas. Com ou sem abatimento. desmonte em face contínua. cerca de 100m de comprimento. 42 . mais rápida. Custo de manutenção elevado (tempo de transferência de equipamentos de um painel para outro). Grande produtividade (maior em subsolo). requer menos mão de obra). mais barata. 43 . Grande recuperação na lavra.Lavra por frente longa (longwall) Lavra em avanço (menor desenvolvimento prévio) ou em recuo (entradas simples usadas apenas por um painel. Alto custo de investimento ou de capital. Cortadeira e suporte auto-marchante 44 . • Transporte: – Correias transportadoras ou carros (shuttle cars) dispostos nas travessas.Lavra por frente longa (longwall) • 80%: desmonte com mineradores contínuos. 45 . • Carregamento: – Transportadores de correntes que operam junto à face. Carro transportador (Shuttle car) 46 . Lavra por frente longa (longwall) 47 . South Africa Gold Mine. Brasil.Longwall • • • • • • • • • . Mina do Leão. . New South Wales. Western Deep Level Gold Mine. Australia. Wyoming Trona – ouro e potássio (África do Sul). água. transporte na frente: rastelo. Mimosa (México) – carvão. South Africa. Australia. Lavra experimental. Southern Coalfield Mine. Gordonstone Coal Mine. Queensland. Australia. Appin Colliery Coal Mine. Impala – platina (África do Sul): suportes de madeira. New South Wales. 73 27 – 45 4 – 15 14 – 50 9 – 40 63 – 163 15 – 40 14 .15 11 – 33 9 – 33 17 – 44 13 – 39 17 – 55 6 – 28 13 – 44 6-22 49 .50 PRODUTIVIDADE (t/homem X turno) CUSTO UNITÁRIO (US$/t) 26 .Produtividade e custo de lavra MÉTODO DE LAVRA Céu aberto Câmaras e pilares Alargamentos abertos Por recalque Por subníveis Corte e enchimento Longwall Abatimento em subníveis Abatimento em blocos 27 . • aumentar a eficiência e a produtividade geral. • Operações de mineração subterrânea em processos de produção muito profundos. • Objetivos • aumentar a segurança. de acesso extremamente difícil ou com alto grau de periculosidade tornam a automação e os equipamentos de operação autônoma escolhas óbvias.Mecanização e automação • Automação: chave para segurança e produtividade na mineração. • Jumbos: adaptados e implementados . • reduzir o trabalho manual repetitivo. .rockbolters – colocação de parafusos de ancoragem e scalers – abatimento de chocos ou raise climbers – plataformas elevatórias. situadas em áreas remotas. a automação não será apenas uma opção – será a única opção.Mecanização e automação ." • • • • • • • Equipamentos auxiliares: robôs para concreto projetado. ventiladores. Para explorar essas jazidas de forma rentável. Veículos auxiliares de iluminação etc. suportes deslocados por controle remoto. carregadores de explosivos. . bombas de drenagem. não são as mais atrativas para recrutar pessoas com melhores qualificações.tendências • “trackless mining” – vagões: alta produção. • “Minas novas. enquanto fica posicionado em cabine de proteção e a maior distância que na retirada manual. • Equipamento híbrido de barra convencional de abatimento de chocos e rompedor hidráulico. . • Operador remove a rocha solta. cerca de 25% das minas brasileiras já usavam scaler (perfuratriz adaptada para o batimento mecanizado de chocos). • CMS – Caving Monitoring System .laser “desenha” cavidade a distância. • Em 2002.Mecanização e automação • Retirada mecânica de chocos • geralmente oferece ao trabalhador maior proteção. Mecanização e automação • sistemas computadorizados de controle e orientação em grandes equipamentos de perfuração subterrânea e carregadeiras. . • Tendência de uso de CLPs – controladores lógicos programáveis. • Benefícios em termos de produtividade e segurança derivados dos sistemas de controle. aproveitando da melhor maneira a potência. • Caçamba penetra nos detritos com mais facilidade e rapidez. permitindo aumento do número de cargas por turno. • nova carregadeira LHD reduz esforço físico do operador. O equipamento apresenta disponibilidade de 89%. .• • • • • • Mecanização e automação Instalação de parafusos controlada a distância Utilização de equipamento de instalação de cabos – Brasil e Finlândia. no Chile. Mina de Cuiabá (MG) – corte e enchimento Conjugação em um equipamento de funções realizadas por 3 máquinas elevou em 18% velocidade de instalação de cabos. na Finlândia Equipamento tem carrossel para 17 hastes. Chile. Também na Mina Michilla. com 20 a 25 mil m de suporte realizado. Kemi Mine. em furos de 51mm de diâmetro. velocidade de instalação superior a 40m/h. 20 ou 25m de comprimento. entre outros. sistema de registro de características de estratos de rochas que usa a perfuratriz como sensor enquanto faz os furos. sendo possível fazer uma previsão da interpretação das características geológicas. transferidos para um PC para uma análise mais detalhada. • Os dados registrados são. . • sistemas automáticos de abertura de túneis. • Measure While Drilling. em seguida. minas-escola. Tendências – cooperação empresas/fabricantes. utilização de tecnologia que forneça uma visualização prévia da realidade.Mecanização e automação • sistemas automáticos de troca de bits. Mecanização e automação – Estudo de Caso • Mina Finsch (África do Sul) – diamante . comunicação sem fio.Abatimento em blocos • Sistema AutoMine – caminhões autônomos trafegam no ciclo de transporte entre os pontos de carregamento e o britador primário. localizado próximo ao sistema de içamento do poço vertical. redução do risco de dano ao trabalhador. • Maior estabilidade de escavações. • maiores velocidades de transporte aumentaram a produção. . • Benefícios • Aumenta utilização de equipamentos. Eletrônica embarcada. . dando orientações para LHDs.Mina Finsch • África do Sul – diamante • Manuseio de minério tem CMS – planejamento das atividades do dia. • MCS – Mission Control System. • Da sala de controle na superfície. o operador controla caminhões e LHDs. divisão nos turnos de trabalho. • Registro de todos os movimentos do equipamento. • Fornece informações para outros sistemas de controle: • PCS – Production Control System. Minas fechadas: visitação. enchimento. Central Rand Gold. projeto de Efemçukuru (África do Sul).Futuro Mina automática? Caminhões baixa/alta capacidade? Britagem/usina dentro da mina subterrânea: Andina (Chile). armazenamento . Otjihase (Canadá). Kidd Creek. Baltar (Brasil). Avanços no processo de extração Minería Actual Minería de Transición LHD ORE PASS Minería Continua . 2008: um operador para vários equipamentos (LHD´s ou caminhões). SANDVIK. Índia: Qual o limite? .Tendências Tatiya. 2005: mina subterrânea do futuro será controlada de uma sala. A. Mining and Annual Review. John Wiley. Tatiya. Mineração – uma experiência vivida. B. 2006. W. Surface and Underground Excavations. Gerstch. 2002. I. 2004. 152-154.. R. Engineering & Mining Journal/ World Mining Equipment. Periódicos: Brasil Mineral. Mining Engineering Handbook. F. Bullock. 1994. Minérios & Minerales. Mining Engineering. FGP. Mining Perspectives for both worlds. Littleton. In the Mine. Revista Escola de Minas (REM). F. 61 . Urbina. 2001. H. Given. L. A. E. T. Introductory Mining Engineering. AIME. Underground Mining Methods. R. SME. R. M. Lisboa. P. R. Madri. Rock Mechanics for Underground Mining. E. Cummins. Techniques in Underground Mining. Fundamentos de Laboreo de Minas. J. L. 2005. Mining Magazine. Hartman. World Tunnelling. P&H. Bullock. p. G. O. B. Hustrulid. A. SME. H. 2009. Dessureault et al. L. Balkema. 1992. M. Brown. CIM Bulletin..Referências Bibliográficas Brady. R. USA.. 1998. Application of computers and operations research in the mineral industry. Mutmansky.