ANÁLISE DA ESTABILIDADE DE CÂMARAS E PILARES EM FILÕES SUB-HORIZONTAIS DE TUNGSTÊNIO Vidal Navarro Torres PhD. Eng. de Minas Matilde Costa e Silva PhD

ANÁLISE DA ESTABILIDADE DE CÂMARAS E PILARES EM FILÕES

SUB-HORIZONTAIS DE TUNGSTÊNIO

Vidal Navarro TorresPhD. Eng. de Minas

Matilde Costa e SilvaPhD. Eng. De MinasInternational Journal of Minerals, Metallurgy and

MaterialsVolume 18, Number 1, February 2011, Page 1-8

2

Conteúdo

Introdução Objetivos Modelação matemática e indicadores de produção

Tensão natural ou situação de equilíbrio Extracção e razão de selectividade na produção

Colheita de dados Condições geotécnicas e operacionais da mina Dados laboratoriais

Modelação numérica Situação do problema e modelação Resultados da distribuição de tensões Resultados das deformações máximas

Discussão sobre os resultados obtidos Conclusões

3

Introdução

O objetivo foi analisar a situação de estabilidade de câmaras e pilares em duas condições:

a) ATUAL

Câmaras de 5x3x2 m

Pilares de 3x3x2 m

b) PROPOSTA

Câmaras de 4x4x2 m

Pilares de 4x4x2 m com corte seletivo de 0,5m de altura na parte central (filão), ficando nesta parte pilar de 3x3x0,5 m

Introdução

Foi utilizado modelação numérica de diferenças finitas, baseado no critério de rotura de Mohr Coulomb.

Para a análise foi utilizado o critério de factor de segurança e os indicadores de produção.

A técnica da lavra selectiva proposta é aplicável nas seguintes condições:

Filões sub horizontais; Filões com potência < a 1m Sistemas mecanizados, onde é preciso realizar aberturas

adequadas para a mobilidade do equipamento usado; Adequado factor de segurança durante o processo de lavra.

Condições de equilíbrio de tensões natural

Para as condições de equilíbrio de tensões natural se admite que um vetor tridimensional (0, 0, z) que pode ser expresso por:

0

zyxzxyxx

0

zyxzyYxy

zzyzxz

zyx

Razão de extracção e de selectividade

O fator de extração para o método atual e , e para o método seletivo e´ :

A razão de selectividade para o método actual s, e para o método selectivo proposto, s´:

2

2

)(1

pc

pe

2

222

)(

)´´´(1´

pch

pphhpe

h

hs

´

)´´´()(

´)(´´

2222

22

pphppch

ppchs

p = pilarc = câmarah = altura do pilarh” = altura de corte selectivo

p´ = pilar no centro selectivoh´ = altura ou potência do filão

Colheita de dados

Propriedade da empresa Beralt Tin & Wolfram (Portugal) S. A.

Produtora de Tungstênio de 320000 toneladas de minério e 1330 toneladas de WO3 por cada ano.

Está localizada a 250 km a noroeste de Lisboa

Colheita de dados – Tipo de jazida mineral

Norte Granito

Filões de W – Sn Falhas

Xistos

Zona mineralizada

Prof: 150 -800 mEstudo: 300 m

Colheita de dados – Fase de lavra escolhida para o estudo

Fases da lavra: 1ª Fase: Pilares de 11x11x2 m Câmaras de 5x2 m 2ª Fase: Pilares de 11x3x2 m Câmaras de 5x2 m 3ª Fase: Pilares de 3x3x2 m Câmaras de 5x2 m

3ª Fase

10

Colheita de dados – 3ª Fase de lavra para o estudo

Datos obtenidos mediante ensayos de laboratorio y otros estudios

Resistencia compresión Uniaxial c (MPa)

Densidad y módulo de Young E Tipo de esquisto

N ix x N ix x

Mosqueado 24 44 -115 75.5 20.7 (t/m3) 48 2.64 – 2.84 2.78 0.05

Normal 4 82 -127 106.5 18.7 E(GPa) 4 31,6 – 59,3 33,3 4,04

Adicionalmente, a resistência à tração é de 7.6 MPa, coeficiente de Poisson de 0.25, ângulo de fricção interna de 40º e ângulo de dilatância de 4º.

Modelação – Métodos de lavra atual e método seletivo

Atual Seletivo

Modelação – Método actual e método selectivo

O elementos foram gerados considerando 3 zonas: Zona superior: 0 a -300 m Zona de lavra: -300 a -302 m Zona inferior: -302 a -350 m Total: 3448

elementos

Modelação – Método de rotura Modelo plástico de rotura de Mohor-Coulomb usado por LFAC3D é baseado na tensão «cut off»:

NcNf s /231

sen

senN

1

1

σ1 ≤ σ2 ≤ σ3

Critério de rotura A-B

Critério rotura B-C

Resultados da simulaçãoTensões verticais – Corte vertical

FL AC3D 3.00

Itasca Consulting G roup, Inc .M inneapolis , M N USA

Step 5513 M odel Perspective16:03:56 Thu Jul 23 2009

Center: X: -7.272e+000 Y: 2.647e-001 Z: -2.987e+002

Rotation: X: 360.000 Y: 0.000 Z: 90.000

Dis t: 9.823e+002 M ag.: 12.3Ang.: 22.500

C o n to u r o f S Z Z M agfac = 0.000e+000 G radient Calculation

-9.5046e+007 to -9.5000e+007-9.0000e+007 to -8.9000e+007-8.4000e+007 to -8.3000e+007-7.8000e+007 to -7.7000e+007-7.2000e+007 to -7.1000e+007-6.6000e+007 to -6.5000e+007-6.0000e+007 to -5.9000e+007-5.4000e+007 to -5.3000e+007-4.8000e+007 to -4.7000e+007-4.2000e+007 to -4.1000e+007-3.6000e+007 to -3.5000e+007-3.0000e+007 to -2.9000e+007-2.4000e+007 to -2.3000e+007-1.8000e+007 to -1.7000e+007-1.2000e+007 to -1.1000e+007-6.0000e+006 to -5.0000e+006-3.0000e+006 to -2.8364e+006

Interval = 1.0e+006

FL AC3D 3.00


Step 5520 M odel Perspective17:55:39 Tue Jul 21 2009

Center: X: 5.988e+000 Y: -1.262e-001 Z: -3.020e+002

Rotation: X: 180.000 Y: 0.005 Z: 270.000

Dis t: 9.818e+002 M ag.: 12.7Ang.: 22.500


-6.7562e+007 to -6.7000e+007-6.3000e+007 to -6.2000e+007-5.8000e+007 to -5.7000e+007-5.3000e+007 to -5.2000e+007-4.8000e+007 to -4.7000e+007-4.3000e+007 to -4.2000e+007-3.8000e+007 to -3.7000e+007-3.3000e+007 to -3.2000e+007-2.8000e+007 to -2.7000e+007-2.3000e+007 to -2.2000e+007-1.8000e+007 to -1.7000e+007-1.3000e+007 to -1.2000e+007-8.0000e+006 to -7.0000e+006-5.0000e+006 to -4.5294e+006

Interval = 1.0e+006

12

11

13 MPa

12 MPa

8 MPa

6 MPa

77 84

67 53

84

a) Atual

b) Seletivo

15

Resultados da simulaçãoTensões verticais – Corte horizontal no teto

FL AC3D 3.00



Center: X: -9.047e-001 Y: 2.647e-001 Z: -2.987e+002

Rotation: X: 90.000 Y: 0.000 Z: 90.000

Dis t: 9.823e+002 M ag.: 12.3Ang.: 22.500



Interval = 1.0e+006

FL AC3D 3 .00



Center: X: -1.558e-001 Y: -1.259e-001 Z: -2.989e+002

Rotation: X: 90.000 Y: 0.005 Z: 90.000

Dis t: 9.818e+002 M ag.: 12.7Ang.: 22.500



Interval = 1.0e+006

7784

95

12

6

3

13

12

8

4

a) Atual

b) Seletivo

16

Resultados da simulaçãoTensões verticais – Corte horizontal a meia altura do pilar

FL AC3D 3.00



Center: X: -1.558e-001 Y: -1.259e-001 Z: -2.989e+002

Rotation: X: 90.000 Y: 0.005 Z: 90.000

Dis t: 9.818e+002 M ag.: 12.7Ang.: 22.500



Interval = 1.0e+006

FL AC3D 3.00



Center: X: -9.047e-001 Y: 2.647e-001 Z: -2.987e+002

Rotation: X: 90.000 Y: 0.000 Z: 90.000

Dis t: 9.823e+002 M ag.: 12.3Ang.: 22.500



Interval = 1.0e+006

7784

95

12

6

3

13

12

8

4

67

53

b) Seletivo

a) Atual

Resultados da simulaçãoTensões horizontais – Corte vertical

FL AC3D 3.00



Center: X: 1.724e+000 Y: 1.504e+000 Z: -2.993e+002

Rotation: X: 360.000 Y: 0.000 Z: 90.000

Dis t: 9.818e+002 M ag.: 11.9Ang.: 22.500

C o n to u r o f S X X M agfac = 0.000e+000 G radient Calculation

-1.6386e+007 to -1.6300e+007-1.5400e+007 to -1.5300e+007-1.4400e+007 to -1.4300e+007-1.3400e+007 to -1.3300e+007-1.2400e+007 to -1.2300e+007-1.1400e+007 to -1.1300e+007-1.0400e+007 to -1.0300e+007-9.4000e+006 to -9.3000e+006-8.4000e+006 to -8.3000e+006-7.4000e+006 to -7.3000e+006-6.4000e+006 to -6.3000e+006-5.4000e+006 to -5.3000e+006-4.4000e+006 to -4.3000e+006-3.4000e+006 to -3.3000e+006-2.4000e+006 to -2.3000e+006-1.6000e+006 to -1.5688e+006

Interval = 1.0e+005

FL AC3D 3.00


Step 5513 M odel Perspective08:46:28 Tue Aug 04 2009

Center: X: -7.391e+000 Y: -6.044e-001 Z: -2.983e+002

Rotation: X: 0.000 Y: 0.000 Z: 90.000

Dis t: 9.823e+002 M ag.: 11.3Ang.: 22.500

C o n to u r o f S X X M agfac = 0.000e+000 G radient Calculation


Interval = 3.0e+005

-4

-1.5

-2.1

-25

-3.4

-1.6

-2.4

-16 -10

b) Seletivo

a) Atual

RESULTADOS ELEMNTOS FINITOSDesplazamientos – Corte vertical

FL AC3D 3.00



Center: X: -7.957e+000 Y: 2.162e-001 Z: -2.997e+002

Rotation: X: 0.000 Y: 0.000 Z: 90.000

Dis t: 9.818e+002 M ag.: 12.6Ang.: 22.500

C o n to u r o f Z -D isp la c e m e n t M agfac = 0.000e+000

-1.7836e-002 to -1.7800e-002-1.7200e-002 to -1.7100e-002-1.6500e-002 to -1.6400e-002-1.5800e-002 to -1.5700e-002-1.5100e-002 to -1.5000e-002-1.4400e-002 to -1.4300e-002-1.3700e-002 to -1.3600e-002-1.3000e-002 to -1.2900e-002-1.2300e-002 to -1.2200e-002-1.1600e-002 to -1.1500e-002-1.0900e-002 to -1.0800e-002-1.0200e-002 to -1.0100e-002-9.5000e-003 to -9.4000e-003-8.8000e-003 to -8.7000e-003-8.1000e-003 to -8.0000e-003-7.6000e-003 to -7.5867e-003

Interval = 1.0e-004

-16.9

-17.7

-1,0

-13

-13.7

-15.8

-11

-1.0

b) Seletivo

a) Atual

Resultados da simulaçãoDeslocamentos – Corte horizontal no teto

-10

-11

-12

-10

-16

-10

-11

-11,4

-10

-13,7

b) Seletivo

a) Atual

Resultados da simulaçãoDesplazamientos – Corte horizontal a media altura del pilar

FL AC3D 3.00

Itasca Consulting G roup, Inc.M inneapolis , M N USA


Center: X: -4.361e-001 Y: 2.181e-001 Z: -1.750e+002

Rotation: X: 90.000 Y: 359.975 Z: 0.000

Dist: 9.823e+002 M ag.: 13.6Ang.: 22.500


-1.6070e-002 to -1.6050e-002-1.5600e-002 to -1.5550e-002-1.5100e-002 to -1.5050e-002-1.4600e-002 to -1.4550e-002-1.4100e-002 to -1.4050e-002-1.3600e-002 to -1.3550e-002-1.3100e-002 to -1.3050e-002-1.2600e-002 to -1.2550e-002-1.2100e-002 to -1.2050e-002-1.1600e-002 to -1.1550e-002-1.1100e-002 to -1.1050e-002-1.0600e-002 to -1.0550e-002-1.0100e-002 to -1.0050e-002-9.6000e-003 to -9.5500e-003-9.1000e-003 to -9.0500e-003-8.7000e-003 to -8.6710e-003

Interval = 5.0e-005

FL AC3D 3 .00

Itasca Consulting G roup, Inc.M inneapolis , M N USA


Center: X: -2.180e-001 Y: 4.359e-001 Z: -1.750e+002

Rotation: X: 90.000 Y: 359.987 Z: 0.000

Dis t: 9.818e+002 M ag.: 14.7Ang.: 22.500


-1.3715e-002 to -1.3700e-002-1.3400e-002 to -1.3350e-002-1.3050e-002 to -1.3000e-002-1.2700e-002 to -1.2650e-002-1.2350e-002 to -1.2300e-002-1.2000e-002 to -1.1950e-002-1.1650e-002 to -1.1600e-002-1.1300e-002 to -1.1250e-002-1.0950e-002 to -1.0900e-002-1.0600e-002 to -1.0550e-002-1.0250e-002 to -1.0200e-002-9.9000e-003 to -9.8500e-003-9.5500e-003 to -9.5000e-003-9.2000e-003 to -9.1500e-003-8.9500e-003 to -8.9002e-003

Interval = 5.0e-005

-15

-16

-12,7-12

-13,7

b) Seletivo

a) Atual

Discussão sobre os resultados obtidos

Localização no

pilar

Método atual (MPa) Método seletivo (MPa)

Modelação Convencional Modelação Convencional

Pilar central 77

59.29

53 - 67 45.41

Circundante ao

pilar

84 - 95 13 33.36

Comparação dos resultados da modelação e cálculo convencional

Predição do esforço nos pilares para o método actual e seletivo

Discussão sobre os resultados obtidos

Metodologia, segurança

e indicadores de

produção

Método atual(MPa) Método seletivo

(MPa)

Modelaçã

o

Convencio

-nal

Modelaç

ão

Convencio

-nal

Salmon&Munro,

Geenwald,

Holland&Graddy (medio)

1.1 1.6 4.3 2.5

Deslocamento

máximo(mm)

17.0 13.0

Razão de extracção (e,e

´)

0.86 0.72

Razão de seletividade (s,

s´)

0.25 0.29

Teor (kg de WO3/m3) 11.34 12.99

Comparação do factor de segurança e indicadores de produção

Medição de convergências no desmonte AW30 para o método actual

Con

verg

ênci

a ac

umul

ada

(mm

)

Conclusões

O fator de segurança nos pilares para a lavra seletiva resulta maior (4.3) do que a lavra atual (1.1); pelo que o método proposto é mais seguro.

A seletividade do método proposto é maior (0.29) comparado com o método atual (0.25); o que indica que no método eletivo extrai-se menos estéril.

A razão de extração do método atual é maior (0.86) comparado com o método seletivo (0.72); o que significa reduzir em 16.28% a extração da rocha estéril e consequentemente acresce o teor de 11.34 para 12.99 kg de WO3/m3 , quer dizer em 14.05%.

Estes resultados demonstram que o método seletivo é mais seguro, reduz a extração da rocha estéril, aumenta o teor do minério e contribui na proteção ambiental.

Muito ObrigadoMuchas gracias

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