Longwall - Guilherme Müller

Mecânica de Rochas Aplicado ao Longwall

Aluno: Guilherme Tweedie Müller

Prof. Jair Koppe

UFRGS – Universidade Federal do Rio Grande do SulDEMIN – Departamento de Engenharia de Minas

ENG 05527 – Mecânica de Rochas

Objetivos

• Apresentar o processo de funcionamento do

Longwall.

• Identificar os diferentes tipos de Longwall.

• Caracterizar aspectos relacionados a mecânica

de rochas.

• Apresentar o projeto e dimensionamento dos

pilares

Introdução ao Longwall• Método muito antigo, originado nas minas de

carvão da Europa no século XVII.

• Muito relacionado com a exploração do carvão.

• Muito usado nesses países:

– Estados Unidos

– Austrália

– China

• Pode ser aplicado tanto em rocha dura como em

rocha mole.

Condições de Aplicação

– Corpos estratiformes;

– Tabulares;

– Pouco espessos;

– Horizontalizados(<20°);

– Espessuras e Teores uniformes;

– Alta continuidade do corpo do minério;

– Poucas descontinuidades (Falhas);

Vantagens• Recuperação maior que no método de

C&P (+15%).

• Alta produtividade, acima de 100 t/homem

por turno.

• Menor custo entre os métodos

subterrâneos.

• Facilidade de capacitação da mão de

obra.

Vantagens• Adequado as más condições de teto.

• Pouca diluição.

• Boas condições de ventilação.

• Controle na eliminação de gases e poeiras

• Controle de subsidência.

• Método muito seguro, sempre se trabalha

sob escoramento.

Desvantagens

• Dificuldade em camadas com espessura irregular.

• Descontinuidades geram grandes paradas

• Em altas produções, controle difícil de gases e

poeiras.

• Grande impacto na superfície - Subsidência.

• Alto investimento inicial

• Demora na troca de painel.

Classificação do Teto

Longwall em Rochas Duras

• A capa e a lapa devem ser competentes.

• Nessa situação, busca-se a integridade do teto

e do piso.

• São aplicados suportes:– Temporários: próximos a face

– Permanentes: prumos de madeira ou concreto

• Os suportes são aplicados para evitar

descontinuidades.


• Geralmente usado em depósitos metalíferos.

• Muito diferente do Longwall aplicado ao carvão.

• A lavra avança em direção ao “Strike”(mergulho).

• São usados explosivos nas faces.

• O minério desmontado é recolhido por um

Scraper e levado até um Orepass.


Longwall em Carvão

• Não é mantida a integridade do teto recém

minerado.

• O teto deve desplacar, separando-se em blocos

e caindo no espaço vazio criado.

• O processo de desplacamento é acompanhado

pelo empolamento.

• Esse material empolado mantém a integridade

do teto principal.

Condições Favoráveis

• Teto principal competente, que possibilite a deformação

sem romper sobre o teto imediato já desabado.

• Piso competente

para suportar o

esforço dos

macacos

hidráulicos.

Tipos de Longwall

• Longwall em Avanço

Tipos de Longwall• Longwall em Recuo

Operação• A lavra é feita

com cortadores giratórios que fragmentam o carvão.

• O carvão cai sobre uma calha de transporte e é transferido para o transporte contínuo.

Operação• Possui um sistema

de proteção do teto que proporciona alta segurança aos operadores.

• Os macacos avançam a medida que o carvão é lavrado, criando um espaço sem sustentação atrás que cai, aliviando os esforços.

Desplacamento e Empolamento

Movimentação entre Painéis• Após a

exploração de um painel, é necessário movimentar todo o equipamnto.

• Essa mudança leva de 10 a 30 dias, geralmente é feita 2 ou 3 movimentações por ano.

Comparação com Camaras e Pilares

• No Longwall, o teto é frágil, inviabilizando o

parafusamento de teto.

• Pode ser aplicado em grandes profundidades

(>500m).

• Maior recuperação devido a menor necessidade

de pilares.

• Pode minerar camadas pouco espessas.

Dimensões Típicas• Comprimeto de painel: 900 – 2700m;

• Largura das galerias: 2,4 – 3,6m;

• Comprimento da face: 100 – 300m ;

• Altura: 0,9 – 4,5m;

Subsidência• O deslocamento vertical em qualquer ponto

da superfície é chamado de subsidência.

Fatores que Influenciam o Layout do Longwall

• Profundidade

• Espessura da camada

• Geologia local

• Água

• Gás

• Restrições na superfície

Mecânica de Rochas Aplicada ao Longwall

• O objetivo principal é dimensionar os sistemas

de suporte para preservar a continuidade do

depósito

• A continuidade dependerá de dois fatores:

– Das descontinuidades naturais e induzidas

presentes no depósito

– Da ocorrência do fenômeno de rockburst,

presentes em áreas com altas tensões

Distribuição do Stress Vertical• A concepção mais aceita diz que a distribuição do

stress vertical na face e no “rib side” é zero.

• Enquanto que rapidamente cresce em direção a

área de produção, ainda não minerada.

Distribuição do Stress Vertical

• A distância do pico de stress varia de acordo com algumas propriedades do depósito.

• O pico produzido é da ordem de 4 a 5 vezes o stress provocado pelo overburden.

p = α.hOnde;

p: Stressα: peso específico do overburdenh: profundidade



Longwall no Carvão

• Esses requisitos estão presentes nas

seguintes categorias:

– Face Supports – Suportes de Face

– Roadways - Estradas

– Rib Pillars – Pilares de Reforço

– Rockbolts - Parafusamento

Suportes de Face

• Previne a queda de blocos imediatamente atrás da face.

• Mantendo a área de trabalho limpa e segura.

Suportes de Face

• De maneira prática, no dimensionamento do sistema de suporte utiliza-se a seguinte equação:

SW = 2.H

onde:

SW: peso suportado pelo sistema

H: altura da camada minerada

Suportes de Face

Roadways

• Permite o acesso a face para os operadores assim como todo o material usado na frente de lavra.

Parafusamento

• Usado para reforçar poços, estradas, faces.

Pilares de Reforço• Ficam situados entre painéis, protegendo as

estradas e acessos, dos deslocamentos.

• Também serve para isolar lugares desfavoráveis,

geologia, água, gases.

Dimensionamento de Painéis

• Choi & McMcain sugeriram a seguinte fórmula para o dimensionamento do painel;

Onde:

L = largura do painel

H = altura do overburden

A = área do pilar de proteção

S = Largura da entrada

C = crosscut

W = comprimento do pilar de proteção

SF= Fator de segurança

Dimensionamento dos Pilares• O dimensionamento, é tradicionalmente

baseada em precedentes práticos.• Devido a sua história de carregamento, torna o

dimensionamento mais complicado que no método de camaras e pilares.

Dimensionamento dos Pilares

• Existem três conceitos básicos no

dimensionamento dos pilares:

– Manter as condições de serviço, para não

afetar a produção.

– Minimizar as estradas desde que não afete a

continuidade de exploração.

– Maximize a recuperação do carvão.


• Podem variar de 20 a 100 metros de

extensão, dependendo da:

– Profundidade minerada

– Nível de Stress

– Geometria do Corpo

– Estruturas Geológicas

– Propriedades Geotécnicas


• Em profundidades superiores a 500m, os pilares

começam a ficar grandes, reduzindo a

recuperação.

• Além disso também há redução da segurança,

pois são fontes potenciais para rompimentos.

• Assim pilares grandes não são economicamente

viáveis.

Método Gráfico

Método Gráfico

• Exmplo: Para um painel a 100 metros de largura e a 120 metros de profundidade.

• W=100

• h=120

• Então:– m=10 metros

m: largura do pilar

Outro Método Gráfico

• Usa os Seguintes Parâmetros:

• Wpc=Largura do pilar quadrado• Et,Ec,Em,Ef = módulo de young para teto imediato, carvão, teto principal e

piso.• Ht,Hc,Hm = espessura do teto imediato, carvão e teto principal.• h = profundidade.• σc = Tensão de compressão uniaxial• d=w/2• L,W = comprimento e largura do painel• Wo = largura da entrada• σh = stress horizontal

Outro Método Gráfico• Exemplo: • σc = 1000psi

• L = 5000ft

• h = 500ft

• W = 400ft

• Em/Ec = 0

• Ei/Ec = 0

• Ef/Ec = 1

Então, Largura do Pilar = 20m

Através de Softwares• Ja existe no mercado softwares capazes de

dimensionar pilares para Longwall.• Um exemplo é o “ALPS” elaborado pela

empresa Niosh

• Basta adicionar os dados de entrada e o software faz o dimensionamento dos pilares.

É gerado um banco de dados com o dimensionamento

Bibliografia• Rock Mechanics for Underground Mining

• SME Handbook

• Increased Underground Extraction of Coal

• Perfil Analítico de Carvão – DNPM

• Z.T.Strata Control in Mineral Engineering• http://www.dbt.de/en/www-dbt-de/downloads/videos/videos.html

• www.ouw.edu.au/eng/current/longwall

• http://www.cdc.gov/niosh/mining/products/product56.ht• http://0-www.cdc.gov.mill1.sjlibrary.org/niosh/mining/products/product3.htm

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