(Projeto de) Lavra Subterrânea

Escolha Acesso Principal

Sumário

• Introdução• Diretrizes• Seleção do Acesso Principal• Tipos, vantagens e desvantagens• Extensão do acesso• Casos• Referências

INTRODUÇÃO• Incertezas nas propriedades dos maciços rochosos

conduzem à flexibilidade e aos cuidados durante a construção de acessos às minas (escavação, sustentação e equipagem).

• Em média, minas subterrâneas de ouro no Brasil avançam 50-60m/ano, em profundidade (Nascimento, 2010; Netto, 2010).

• Custo: US$ 3,000.00/m para poço de 3 m de diâmetro, com revestimento simultâneo à escavação (Lack, 2005).

• Poço – vida útil mínima 2.000 dias de operação (Netto, 2010).

• Escavação e a sustentação podem variar de acordo com as condições encontradas.

• A finalidade, mais os aspectos geológico-geotécnicos, definem o método de construção.

• Dependendo da profundidade da mina, a escavação do poço pode consumir 60 % do tempo de desenvolvimento.

Acesso principal

• O planejamento do desenvolvimento primário de uma jazida é usualmente realizado apenas uma vez durante a vida da mina.

• Não otimizá-lo causa desvantagens ao longo de toda a vida útil e pode levar custos maiores (Moser, 1996).

• Tipo, número, forma e dimensão das aberturas principais são decididas ao tempo em que é escolhido o sistema de manuseio de materiais.

• Após decisão, mudanças são caras e destrutivas, principalmente em minas de vida útil pequena.

(Hartman e Mutmansky, 2002)

Sustentação, revestimento

A escavação em rocha sólida é uma operação comparativamente simples.

A maioria dos túneis e poços em rocha é provida de revestimento final, que pode ser:

• concreto projetado, • concreto reforçado com fibras de aço, • anéis de concreto, • associação de aço e concreto ou argamassa;• e ainda tubos de concreto com enchimento.

Acesso principal

Fatores de decisão: • profundidade, • forma e tamanho do depósito, • topografia de superfície, • condições geológicas e naturais do

minério e rocha encaixante, • método de lavra, • taxa de produção.

Taylor

Opção de acesso

shafts or declines?7 passos - presença de trilhos – não -> poço - qualidade do maciço – pior -> poço - capeamento aluvionar – maior -> poço - presença de céu aberto – não + profundidade

(máxima e mínima )– maior -> poço - produção – maior -> poço, menor -> rampa

(Mining Magazine, 1997).

ComparaçõesMina subterrânea• Plano inclinado + correia transportadora – mais

barato que poço + içamento• Rampa + equipamento móvel - mais barato que

poço + içamento• Túnel: adequado para região montanhosa.(Hartman e Mutmansky, 2002).

Maior poço vertical - África do Sul, alcançando 2991,5m de profundidade (Engineering & Mining Journal, 2008).

Maior número de poços, também, na Mina Impala (platina), com 24 poços.

Comparações

• Correia – a partir de 1.800 t/dia, até 800m profundidade, inclinação 30%;

• Poço – até 2.000 t/ dia, acima 250m profundidade, produções acima – maiores profundidades;

• Rampa - até 2.000 t/ dia, até 350m profundidade, maiores produções, menor profundidade.

(Taylor, 1972 ou De la Vergne, 2000)

Aberturas lineares inclinadas versus poço vertical

• Opção não tem uma regra governando o tipo mais adequado; cada um tem vantagens e desvantagens.

• Rampa: possibilita que a extração aconteça em paralelo com sua escavação, mas terá maior extensão de escavação que um poço vertical.

• Poço: necessita de ter concluídas sua escavação e equipagem para início da extração.

• Túnel, ádito (ou cabeceira): desenvolvimento mais econômico quando o material pode ser escoado aproveitando-se a topografia do terreno.

Acessos principais• Planos inclinados: usualmente limitados a minas

relativamente rasas (em dada profundidade vertical, requerem cerca de 4 vezes a distância requerida para um poço vertical). Apesar do custo unitário para uma rampa ser menor, o custo global usualmente é maior se uma grande distância é requerida. A profundidade limite (crítica) é cerca de 300 a 450m, dependendo das condições.

Vantagens do plano inclinado: • taxa de produção alta e consistente (se uma correia traz o

material até uma central, transferindo continuamente para a superfície);

• acesso mais fácil à mina de equipamentos móveis; • melhor controle de movimentação do terreno (se

pequenos deslocamentos forem problema).

Acessos Principais

Apesar de minas não carvoeiras lavradas por câmaras e pilares serem razoavelmente rasas, poços verticais são usados no desenvolvimento, com poucas exceções.

Outra opção: poço de transição capa-lapa (Maia, 1980).

Custos de desenvolvimento são da ordem de:• US$ 1.000 a 1.200/m escavado (galeria de 4,5 x 4,7m), • US$3.000/m para um poço vertical de 3m de diâmetro,

com revestimento simultâneo à escavação (Lack, 2005);• Cerca de US$ 1.850/m - galeria (Cotica, 2009).

• Edwards (1988, em Fujimura et al., 2001): poços servem para produção, serviço, avaliação/desenvolvimento, saída de emergência. A finalidade, mais os aspectos geológico-geotécnicos definem o método de construção.

Aplicações• poço vertical: Lepanto (ouro, Filipinas), Palabora (cobre, África do

Sul), Raposos (ouro, Brasil), Cuiabá (ouro, Brasil), São Bento (ouro, Brasil), Morro Agudo (zinco, Brasil), Caraíba (cobre, Brasil), Fazenda Brasileiro (ouro, Brasil), Crixás (ouro, Brasil), Taquari-Vassouras (potássio, Brasil), Tara (Irlanda), Pyhasalmi (Finlândia), Tsumeb (Namíbia), Kiruna (Suécia), Mount Isa (chumbo, zinco, Austrália), Olympic Dam (cobre e urânio, Austrália), Jeffrey (asbesto, Canadá), San Manuel (cobre, EUA), Lower K (cobre, EUA), Miami (cobre, EUA), Kelly (cobre, EUA);

• túnel ou ádito: Climax (molibdênio, EUA), Henderson (molibdênio, EUA), Portrerillos (cobre, Chile), El Teniente (cobre, Chile), El Salvador (cobre, Chile), Andina/Rio Blanco (cobre, Chile), Santo Thomas (cobre, Filipinas), Lutopal (cobre, Filipinas), Carman (cobre, Filipinas), São Bento (ouro, Brasil), Urucum (manganês, Brasil),El Soldado;

• rampa ou plano inclinado: White Pine (cobre, EUA), Montanore (cobre e ouro, EUA), Questa (molibdênio, EUA), El Peñon (ouro e prata, Chile), Cuiabá (Ouro, Brasil), Vazante (zinco, Brasil). Fazenda Brasileiro (ouro, Brasil), Morro Agudo (zinco, Brasil), Crixás (ouro, Brasil), Pyhasalmi (Finlândia), Dartbrook (carvão, Alemanha), Ipueira (cromita, Brasil).

Escolha do acesso• Unrug (1992): poços são aberturas de investimento mais

importante em minas profundas, provendo todos os serviços para operações subterrâneas (ar fresco, transporte de minério e de suprimentos, tráfego de pessoal, suprimento de água e drenagem).

• Dependendo da profundidade da mina, a escavação do poço pode consumir 60% do tempo de desenvolvimento. Por causa disso, a escolha adequada de um método para minimizar tempo de escavação do poço e assegurar uma operação ininterrupta é de grande importância.

• Na determinação do diâmetro do poço e profundidades de içamento, uma futura mina tem de ser avaliada acerca do primeiro estágio do projeto.

• De uma forma geral, é melhor sobre-estimar o poço nesse estágio do que ter posteriormente um gargalo, prevendo um aumento exeqüível de produção ou requerendo a escavação de um segundo poço.

Extensão do acesso• Torres e Gama (2005): minas pouco profundas - até 850m.

• Se extensão do poço é inevitável, parte da área na seção do poço pode ser usada para isso sem afetar a operação no poço, servindo a produção de quaisquer níveis superiores.

• Fiscor (2009): à medida que os corpos de minério se tornam mais profundos, o trabalho do engenheiro é encontrar novas formas de efetivar escavações.

• Estudos da São Bento Mineração: para diminuir o custo operacional e aumentar a segurança foram realizados, com intervenções no horário de operação, equipamentos e dispositivos de segurança (câmara de refúgio, breaker, material de segurança)

Tabela - Valor presente líquido por opção no estudo do transporte na Mina São Bento (Silva e Santiago, 2006).

Opção de transporte Valor presente líquido (US$) x 106

Caminhões antigos - 3,35 Adquirir novos no início de 2006 -3,34

Adquirir novos no início de 2007 - 3,49 Adquirir novos no início de 2008 - 3,33

Estudos de caso

Fujimura et al. (2001): • aprofundamento do poço da Mina Fazenda

Brasileiro (inicial 320m);• decisão entre poço e rampa (aumento da frota,

tipo de caminhão), com base no NPV e custos unitários de manuseio.

• Opção pelo poço levou em conta flexibilidade, vantagens operacionais, necessidade de 25 anos para amortização.

Caso Fazenda-Brasileiro

Opção pelo poço levou em conta flexibilidade, vantagens operacionais, necessidade de 25 anos para amortização.

• Estudo levou em conta rampa e, nessa opção, duas alternativas de porte de caminhões.

Tabela – Valor presente líquido e custos unitários por opção de transporte na

Mina Fazenda Brasileiro (Marques, 1979 citado por Fujimura et al., 2001).

Opção de transporte Valor presente líquido (US$) x 106

Custos de manuseio (US$/t)

Içamento em poço vertical 11,4 2,74 Caminhões 40 t, acionamento a

diesel 9,2 2,21

Caminhões 35 t, acionamento elétrico

11,5 2,78

Extensão do acesso

• Várias minas passam pela decisão do transporte abaixo do poço principal e a opção tem sido por caminhão até determinada distância de transporte e, acima desta, por prolongamento do poço vertical.

• Algumas minas subterrâneas ultrapassam a profundidade de algumas unidades de quilômetros. À medida desse avanço em profundidade, do maior conhecimento do corpo de minério, da descoberta de continuidade da jazida, das distâncias a serem vencidas até a superfície, a opção de transporte instalada no início de sua vida útil precisa ser reavaliada.

Extensão do acesso

• Rampas e poços verticais - principais técnicas de acesso utilizadas em minas subterrâneas; tanto para transporte de minério e estéril quanto para passagem de pessoal e equipamentos e suprimentos.

• Rampas inclinadas - uso de guinchos sendo reduzido pelo uso de caminhões (viabilidade mesmo em profundidades de 600 m e produção de 10.000 t/dia).

Poços verticais - ainda são solução:• empreendimentos de vida útil superior a 12 anos e

profundidades acima de 600 m; • evolução muito grande do ponto de vista da automação.

Extensão do acesso

• Parte da produção em minas brasileiras já é executada abaixo do nível do poço vertical inicialmente escavado até 500-1000m, o que implica possibilidade de uso de mais de um sistema de transferência na mesma mina.

• Exatamente nessa fronteira se situam a maioria dos poços conhecidos (800 a 1.000m de profundidade).

• Algumas minas subterrâneas no mundo ultrapassam a profundidade de algumas unidades de quilômetros.

Aprofundamento de poços• atividade clássica em minas subterrâneas. • Poços de pequena seção: comum emprego de perfuratrizes

pneumáticas portáteis, desmonte com explosivo em cartuchos, dissipação de gases natural (ou sistema de dutos flexíveis com ventiladores axiais), remoção do material desmontado por paleamento em caçambas içáveis.

• Chapada (GO): sistema com poço retangular (3,7 m x 2,0 m), profundidade final 94 m, escavado visando à obtenção de amostras para ensaios tecnológicos de beneficiamento em escala piloto.

• Poço com de colar de concreto na boca e escorado por quadros de madeira espaçados de 1,5 m, mais pranchões laterais; escavado principalmente em xistos, depósito de cobre e ouro.

• Registraram-se, durante um mês, índices de operações: perfuração, carregamento, detonação, exaustão de gases, remoção de fragmentos, aparelhamento de paredes e frente de avanço, colocação de suporte; paradas.

• Estudo estatístico dos índices permitiu detecção de pontos críticos e estabelecimento de referências para trabalhos similares.

Poço de Chapada (GO)• Poço retangular: maior capacidade

de extração, largamente empregado em minas metálicas nos anos 80, século XX, suplantado posteriormente pela secção circular (revestida de concreto) (Maia, 1980).

teor médio 0,44% Cu; 0,35 g/t Au; depósito controlado por zonas de cisalhamento; densidade média do material 2,74t/m3.

O avanço total da metragem do poço foi de 20,8 m no período estudado (28 dias, com quatro domingos de folga).

A produtividade foi 0,25t/homem por hora (comparável à lavra por alargamentos abertos – open stoping, lavra manual; inferior à lavra por recalque – shrinkage stoping, lavra com perfuração manual, em desuso).

CONSTRUÇÃOPoço dividido em três secções:• central - cabos elétricos e dutos de

ventilação ar comprimido e água; • Uma secção lateral - percurso de

caçamba de içamento de material desmontado e descida de materiais, equipamentos e pessoal (4 trabalhadores na frente);

• terceira secção - escadas. • Reforço estrutural dos quadros - 8

tirantes de aço de 5/8” rosqueados, tensionamento por porcas e com ganchos para vinculação de quadros contíguos.

Trabalho: dois turnos de 12h

Parâmetros Estudados• Ventilação - dutos de lona plástica, sistema de exaustão

com ventiladores axiais; interligação dos tramos com anéis metálicos (abraçadeiras);

• Segurança - detecção de eventuais perfurações residuais com presenças de explosivos não detonados, batimento de chocos na parede e averiguação da integridade do escoramento;

• Produção (“limpeza”) – enchimento e içamento de balde (0,2m3; 1,0 m/s) cheio de material desmontado por cabo ligado ao guincho - > vagoneta - > basculador -> pátio de estocagem.

• inspeção geológica das paredes e medição dos avanços com trena de fibra de vidro;

• Drenagem: a intervalos verticais, tipicamente a cada 20m, eram escavados reservatórios na parede lateral do poço, com propósito de constituir estação intermediária de bombeamento.

• Escoramento.

Escoramento• a cada dois ciclos de

avanço do poço executava-se montagem dos quadros (vigotas de madeira secção transversal 0,2 m x 0,15 m) e pranchões laterais de madeira;

• defasado de cerca de 15 m do fundo do poço, de modo a evitar danos decorrentes de lançamento de fragmentos rochosos, quando da etapa de detonação.

RESULTADOS Tabela 1. Distribuição de tempos mensais das

atividades de aprofundamento do poço

Legenda Tempo

total (min)

Percentagem

1 Produção 13064 43,29 %

2 Preparação para produção 2177 7,21 %

3 Visitas de inspeção 160 0,53 %

4 Escoramento 4178 13,84 %

5 Preparação para perfuração 665 2,20 %

6 Perfuração 3524 11,68 %

7 Carregamento e detonação 2018 7,43 %

8 Almoço 820 2,72 % 9 Ventilação 986 3,27 %

10 Café 1080 3,58 %

11 Escavação de canaleta de drenagem

300 0,99 %

12 Esgotamento de água 716 2,37 %

13 Manutenção no guincho 270 0,89 %

Total trabalhado 30180 100,00 %

ResultadosTabela 2. Índices de desempenho

Rendimento médio 67,21 baldes/m de avanço Volume empolado 13,44 m3/m de avanço Volume in situ por avanço teórico

7,4 m3/m de avanço

Tempo de ciclo de produção

9,3 minutos por balde

Velocidade média de perfuração

0,247 m/minuto

Empolamento 1,82

produção preparação e operações ciclo produção 85,65%

operaçoes auxiliares manutenção, inspeção, operações auxiliares 8,05%

paradas paradas 6,30%

Chapada (GO) - Conclusões

• Poços servem para funções permanentes (produção, serviço, avaliação/desenvolvimento, saída de emergência); têm diâmetros úteis 5-10m.

• Escolha adequada de método pode minimizar tempo de escavação do poço e assegurar uma operação ininterrupta.

• Como a quantidade de desenvolvimento varia de mina para mina, os custos globais podem atingir somas diferenciadas.

• Poços de pequena secção são importantes, têm suscitado trabalhos para melhoria da forma de escavação.

• Tentativas de aumentar produtividade e condições de trabalho (mecanização) em escavações de poços são relatadas.

• Produtividade neste trabalho foi inferior à lavra manual (shrinkage stoping), comparável a open stoping: coerente com situação de trabalho de desenvolvimento e com número de pessoas envolvidas.

Estudos de caso

Mina Cuiabá- aprofundamento de 940m para 1.300m;- opção pelo transporte do minério por caminhões

em rampa até a câmara de britagem. - Daí acontece o içamento em esquipes. - A ventilação recebeu dois novos poços, de

diâmetros 4,8m (entrada de ar) e 5m (saída) e 737m de comprimento; a vazão passou a 745m3/s.

Estudos de caso

• Mina Iamgold, Quebec, Canadá - extensão do poço da profundidade 1.806m para 2.682m provocará aumento da dimensão dos pilares. Uso de enchimento aumentará a recuperação de 40% para 90% (Engineering and Mining Journal, 2008).

• Mina São Bento - usou caminhões (10t e 20t) no transporte por rampa abaixo do poço (Penna, 2007). Extração acontecia 95% nessa região, quando da decisão de fechamento em 2007.

Estudos de Caso

• Mina de Raposos (ouro, MG), fechada no início dos anos 90, tinha como acessos poço vertical principal (800m), a partir daí túnel-travessa (1500m), plano inclinado (650m, 23º); poço interno (330m). Ikeda et al, 1986: construção e equipagem do poço 4.

• Mina Morro Velho – Grande e Velha (ouro, Nova Lima-MG) - plano inclinado, 2.750m; paralisação ligada à grande distância da frente de lavra à superfície (operário gastava cerca de 1h entre superfície e posto de trabalho, em troca de turno).

Quantidade de desenvolvimento

• Wieliczka – 300km (poço 1.900m);• Diavik: 22km;• Obuasi: 5,1km;• Kopanang: 5,2km;• Mponeng: rampa de 3100m. • Morro (Tabiporã, ouro) - até 2005: 30km de

escavações;• Morro Agudo (zinco, Votorantim) – até 2007: 61 km, até

2009: 90km;• Passagem de Mariana – 30km;• Merkers – 4 mil km;• Apiaí – 700km (hoje: 1,7 km visitação);• Lincang – 17 escavações, entre áditos e poços

inclinados, 4 subidas (Xu et al, 2008).

EstudosMcCarthy e Livingstone (1993)•taxas de produção entre 0,25Mt/a e 1,5Mt/a;•caminhões de 40 e 50 toneladas a diesel, no caso de declive;•profundidades do corpo de minério até 1000 m;•custos reais das operações de mina;•estimativas de recente estudo de viabilidade.

Considerando média de avanço vertical 50m/ano, em nenhum caso poço foi a alternativa mais atraente até 1.000m.

Elevli, Demirci e Dayi (2002)

estudo em mina de cromita de pequena escala; compararam transporte por poço de içamento com transporte por caminhões a diesel em rampa. •VULCAN foi utilizado para projetar acesso principal ;•basearam na suposição que o corpo mineral se estende até 700 m;•admitiram que produção requerida em ambos os sistemas seria 60.000 t/ano. NPV do transporte em rampa foi maior em 15%.

EstudosWilson et al (2004)• Foco em lavra de veios estreitos;• Variedade grande de combinações que podem ser adequadas;• Lembra critérios não financeiros (normalmente ignorados, Santiago e

Silva, 2006): segurança, flexibilidade, tempo pré-produção, risco, no. trabalhadores, facilidade implementação;

• Pode ser econômico sistema caminhão-poço acima de 1000m por causa de caminhões elétricos com custos operacionais reduzidos.

Diretrizes

Fator/ Sistema Rampas Poços inclinados Poços verticais

Profundidade do depósito < 300-500m Depende do caimento 300-500m

Diretriz relevante Início mais cedo Reduz desenvolvimento secundário

Baixo custo operacional

Maior desvantagem Aumento de custos operacionais com a profundidade

Rico alto se geologia for mal conhecida

Alto custo de capital; produção leva tempo

Estudos

Pereira (2010): estudar fatores de escolha do acesso principal em minas subterrâneas, principalmente de MG.

• verificar quais características da mina são consideradas na escolha de acesso principal;

• verificar se a seleção do acesso é influenciada principalmente por aspectos naturais da jazida ou econômicos;

• estudar futuros projetos de aprofundamento das minas.

Companhia Mina Localização Método de Lavra Mineral, Substância Acesso Principal

AngloGold (Morro Velho) Cuiabá Sabará – MG Corte e enchimento Ouro Poço vertical e rampa

AngloGold (Morro Velho) Raposos Raposos-MG Corte e enchimento OuroPoço vertical, seguido de

túnel e outros

Companhia Minas da Passagem

Passagem Mariana-MG Câmaras e pilares Ouro Plano inclinado

Eldorado Gold São Bento Santa Bárbara - MG Corte e enchimento Ouro Poço vertical e Túnel

AngloGold (Morro Velho) Mina Grande Nova Lima-MGRecalque, Alargamentos

abertosOuro Plano inclinado

AngloGold (Morro Velho) Mina Velha Nova Lima-MG Alargamentos abertos Ouro Poço

Votorantim (CMM) Morro da Usina Vazante – MG Corte e enchimento e VRM Zinco Rampa

Votorantim Morro Agudo Paracatu – MG Câmaras e pilares Zinco e Calcário Poço vertical e Rampa

Votorantim Serra da Fortaleza Fortaleza de Minas-MG Variantes sublevel stoping níquel rampa

Belmont Mineração Belmont Itabira – MG Câmaras e pilares Esmeralda rampa

MSOL Santa Isabel Itabirito – MG Corte e enchimento Ouro rampa

AngloGold Ashanti Lamego Sabará – MG Corte e enchimento Ouro Rampa

Mineração Turmalina Turmalina Conceição do Pará – MG subniveis e corte e enchimento Ouro rampa

Mundo Minerals Engenho Rio Acima - MG Corte e enchimento Ouro rampa

AngloGold Córrego do Sítio I Santa Bárbara-MG Variantes sublevel stoping Ouro rampa

MSOL Palmital Itabirito-MG Recalque, câmaras e pilares ouro rampa

LAMIL Velha Várzea da Palma câmaras e pilares agalmatolito rampa

MSOL Pilar Santa Bárbara-MG Corte e enchimento ouro rampa

CBL Cachoeira Araçuaí-MG lítio rampa

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