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Método de lavra:
Longwall
(UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)
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Longwall
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Longwall
• O Longwall é um método muito antigo, originado em minas de carvão da Europa no século XVII;
•A aplicação mais importante do Longwall relaciona-se à mineração de carvão;
•Boa parte da produção de carvão de países como USA, Austrália e China são obtidas por Longwall.
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Longwall• Condições de aplicabilidade do método:
Corpos estratiformes tabulares, pouco espessos, horizontalizados (inclinação
até 20°);
Distribuição uniforme de espessuras/teores;
Alto grau de continuidade do corpo de minério;
Descontinuidades geológicas (p.ex. falhas) são altamente prejudiciais ao método;
Aplicável em rochas duras (minas metalíferas) e frágeis (carvão).
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Longwall
• Longwall em rochas duras:
neste caso, o método deve manter a integridade do piso e do teto; capa e lapa devem ser compostas por rocha dura e competente. Suporte temporário (próximo à face) e permanente (p.ex. prumos de madeira e/ou pilares de concreto) são usados para prevenir descontinuidades no stope.
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Longwall em carvão“No longwall aplicado à mineração de
carvão, não é mantida a integridade do teto imediato acima do carvão recém-minerado. Este teto deve desplacar do teto principal, separando-se em blocos e caindo no vazio deixado atrás da linha de suportes automarchantes. O processo de desplacamento é acompanhado por empolamento (aprox. 50%) e o teto imediato ocupa o vazio deixado pelo carvão minerado, atuando como um leito natural contra o qual o teto principal converge. O maior papel do teto imediato é desplacar e empolar, preenchendo o vazio minerado e retendo a convergência do teto principal, mantendo sua integridade.”
Ref.: Brady & Brown, 1993, Rock mechanics for underground mining, cap.12.4.6.
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LW em carvão
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Longwall em carvão
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Longwall em carvão
• Condições preferidas (além das já citadas):
-teto imediato do carvão constituído de folhelhos, siltitos ou outras rochas frágeis, com fraturamento suficiente para produzir desplacamento;
-teto principal competente, que possa deformar sem romper sobre o teto imediato já desabado.
-piso competente para suportar o esforço produzido pelos macacos;
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Longwall em carvão
• Situações em que há vantagem na aplicação do LW em relação ao C&P:
-teto ruim (frágil), inviabilizando parafusamento de teto;
-grandes profundidades (p.ex. além dos 500m), provocando muita perda de carvão em pilares;
-espessura reduzida de camadas de carvão.
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Tipos de Longwall
•Longwall em avanço
•Longwall em recuo
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Longwall em avanço
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Longwall em recuo
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Longwall em recuo
Setup room: local onde a face de longwall inicia a operação;
Recovery room: local onde o longwall finaliza e os equipamentos são removidos do painel;
Barrier pillar: pilares para proteger eixo principal e galerias de bleeder.
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Vantagens do LW em carvão
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Vantagens ...
• Melhores condições de ventilação e controle na eliminação de gases e poeiras; •Bom controle de subsidência. •É mais seguro - os trabalhadores ficam todo o tempo sob escoramento do teto.
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Desvantagens
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Desvantagens
•Impacto nas construções da superfície (subsidência);•Alto investimento inicial em equipamentos;•Significativo desenvolvimento na preparação dos painéis de lavra; •Necessidade de um teto imediato que desabe após a retirada dos macacos de sustentação;•Grande demora para troca de painel;•Rock burst: problema em grande profundidade p.ex. além dos 750m.
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Equipamentos básicos do Longwall (carvão)
AFC = Armored Face Conveyor
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Equipamentos do método LONGWALL em carvão
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Equipamentos do método LONGWALL em carvão
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Equipamentos do método LONGWALL em carvão (shearer)
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A lavra é feita com o auxílio de cortadores giratórios que vão fragmentando a camada de carvão.O carvão cai sobre uma calha de transporte e é transferido para um transporte contínuo.
Longwall em Carvão: operação
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• Uma característica muito atraente deste método é o sistema de proteção de teto que proporciona total segurança aos operadores.
• Os macacos hidráulicos avançam à medida que a camada de carvão é lavrada, criando um espaço sem sustentação na parte de trás que cai aliviando os esforços sobre o sistema.
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Após o término da mineração no painel, é necessário fazer a mudança do equipamento.
Esta mudança leva de 10 a 30 dias para ser efetuada e é feita, em média de 1 a 3 vezes por ano.
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Equipamentos do método LONGWALL em carvão (plough)
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Dimensões típicas de um painel de Longwall:
Extensão de painel: 900 – 5300m ;
Larg. da gal. da face: 2,4 – 3,6m ;
Comprimento da face: 200 – 360m ;
Altura: 0,9 – 4,5m ;
Espessura de corte: 80 – 800mm ;
Profundidade: 60 – 800m .
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Capital p/longwall:US$ 30 milhões para
equipamentos de uma face;
Necessidade de grandes reservas mínimo de 50 milhões de
toneladas;
Produção de uma frente2 – 6 milhões de ton / ano;
Regime de trabalho de uma shearer200 - 500 minutos/dia.
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Comparação com uma frente operando com continuous miner ...
Capital de US$ 3 – 5 milhões;Produção de 0.3-0.8 milhões de
t/ano;3 continuous miners são
necessários no desenvolvimento de uma frente LW;
Continuous miner é flexível, podendo ser facilmente aproveitado em outras reservas.
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• A mina de Kuhntown (Pensilvânia) alcança uma produção de até 46.000t/d de minério, lavrando uma camada de 900mm de carvão, cortando a uma taxa de 2.700t/h.
Longwall: exemplos
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Mina no Colorado opera com produção de até 4.500t/h, atingindo 22.700t/dia em uma camada de carvão de 1,07m de espessura.
A cortadeira possui potência de corte de 1.100kW, movendo-se de 8 a 12m/min ao longo da face.
Longwall: exemplos
![Page 32: Método de lavra: Longwall (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061518/552fc12c497959413d8d1a49/html5/thumbnails/32.jpg)
Longwall experimental na Mina Leão I – Rio Grande do Sul, década de 80.
-extensão do painel = 800m-largura da face = 70m-altura de camada = 2m
Longwall: exemplos
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Equipamentos na Mina do Leão I:- 1 cortadeira de duplo tambor (300 hp),
diâmetro de 1,09m;- 54 macacos hidráulicos automarchantes
tipo “chock” (6 pernas, 240t de capacidade)
- 1 panzer de frente 65hp, com 64m de comprimento e capac. 600t/h;
- galerias laterais do painel desenvolvidas por Roadheader;
- produção diária da ordem de 800t.
Longwall: exemplos
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Longwall: Leão I
![Page 35: Método de lavra: Longwall (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061518/552fc12c497959413d8d1a49/html5/thumbnails/35.jpg)
Longwall: Leão I
![Page 36: Método de lavra: Longwall (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061518/552fc12c497959413d8d1a49/html5/thumbnails/36.jpg)
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Longwall em Rocha Dura
Neste caso, o método deve manter a integridade do piso e do teto; capa e lapa devem ser compostas por rocha dura e competente. Suporte temporário (próximo à face) e permanente (p.ex. prumos de madeira e/ou pilares de concreto) são usados para prevenir descontinuidades no stope.
Utilizado em depósitos metalíferos; difere bastante do Longwall para carvão.
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Longwall em Rocha Dura
• A lavra avança ao longo do strike, com o desmonte da face feito com o auxílio de explosivos. O minério desmontado é recolhido com um scraper e levado até um orepass.
![Page 39: Método de lavra: Longwall (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061518/552fc12c497959413d8d1a49/html5/thumbnails/39.jpg)
Longwall em Rocha Dura
• Durante o trabalho do scraper, o teto é escorado com suportes provisórios que são posteriormente substituídos por suportes permanentes de concreto.
![Page 40: Método de lavra: Longwall (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061518/552fc12c497959413d8d1a49/html5/thumbnails/40.jpg)
Informações adicionais sobre o método LW
em carvão na internet ...
Wollongong University-Austrália www.ouw.edu.au/eng/current/longwall
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![Page 41: Método de lavra: Longwall (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061518/552fc12c497959413d8d1a49/html5/thumbnails/41.jpg)
Método de lavra: Sublevel Caving
(UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)
![Page 42: Método de lavra: Longwall (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061518/552fc12c497959413d8d1a49/html5/thumbnails/42.jpg)
Sublevel Caving
![Page 43: Método de lavra: Longwall (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061518/552fc12c497959413d8d1a49/html5/thumbnails/43.jpg)
Tópicos
-Características do corpo mineral e do método de lavra
-Desenvolvimento
-Produção
-Equipamentos utilizados
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Características do método...
No Sublevel Caving o processo de fragmentação do minério é feito por explosivos (induced caving) e o minério é detonado com furação em leques ascendentes. O estéril sobrejacente deve desabar à medida que o minério é removido.
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Características do corpo mineral e da encaixante
•massivo e/ou tabular (inclinações variadas são permitidas);
•mergulho > 50º caso não seja espesso;
• corpo mineral competente com rocha encaixante (capa) fraturada ou fraturável;
• lapa estável para desenvolvimento dos acessos;
•o método requer uma estabilidade mínima para o corpo de minério, pois as galerias de subnível devem ser auto-suportantes, podendo receber atirantamento rotineiro;
• significativa diluição, muito sensível à pouca fragmentação;
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Características do corpo mineral e da encaixante
• superfície passível de subsidência;
•a rocha da capa deve acompanhar o minério numa derrubada contínua, produzindo subsidência na superfície. A condição ideal é que a encaixante fragmente-se em blocos maiores que o minério desmontado, para facilitar a separação no fluxo ao drift de extração.
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Alternativas de design para mergulhos e espessuras variadas do corpo de minério
Corpo de minério tabular e espesso faz com que todas asgalerias de produção estejam sempre no minério, evitando lequesde perfuração incompletos (perda de minério), galerias abertas noestéril (problemas no suporte do teto e gastos), perdas junto à la-pa.
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Alternativas de design para mergulhos e espessuras variadas do corpo de minério
Perdas de minério
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Design: transverse sublevel caving – para corpos espessos
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Design: transverse sublevel caving - neste caso, as galerias de produção (drifts) são perpendiculares ao strike do minério; - as recuperações de lavra são maiores que no layout longitudinal.
![Page 51: Método de lavra: Longwall (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061518/552fc12c497959413d8d1a49/html5/thumbnails/51.jpg)
Design: longitudinal sublevel caving – para corpos estreitos e com mergulho acentuado
![Page 52: Método de lavra: Longwall (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061518/552fc12c497959413d8d1a49/html5/thumbnails/52.jpg)
Desenvolvimento no Sublevel Caving
O método exige significativo desenvolvimento, sendo parte em minério (em minas de alta produção, 6% do minério total extraído vem do desenvolvimento).
O custo/ton de minério no desenvolvimento é várias vezes maior que na produção. Deve-se maximizar produção e minimizar desenvolvimento.
O corpo de minério é dividido em painéis cuja altura varia de 50 a 250 m de altura, dependendo da escala de produção e da reserva por metro vertical.
Cada painel é dividido em subníveis espaçados de 20 a 30 m (aumentando o espaçamento entre subníveis minimiza-se o desenvolvimento), que serão lavrados sucessivamente no sentido descendente.
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O nível inferior do painel é caracterizado por uma galeria principal de transporte, que serve a todos os “orepasses”, ligando-se às instalações do poço de extração.
O acesso aos subníveis é feito por uma rampa situada entre as extremidades do corpo de minério. A rampa é ligada à galeria de transporte de cada subnível. Esta galeria de transporte de cada subnível deve acompanhar o contato da lapa a uma distância de 15 a 20 m.
Desenvolvimento no Sublevel Caving
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No transverse sublevel, crosscuts atravessam o depósito, indo até o hanging wall; o desenvolvimento fica no footwall. Iniciando-se na galeria de transporte, são abertas galerias de produção distantes centro-a-centro de 15 a 25 m, paralelas entre si, estendendo-se até o contato com a lapa. Possuem dimensões (larg x altura) 5x4 m; 6x5 m; 7x5 m.
Das galerias de subnível, o minério logo acima é perfurado com longholes e furação em leque.
Desenvolvimento no Sublevel Caving
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Produção no Sublevel Caving
A produção tem início quando as galerias de um subnível alcançam o contato posterior.
Essas galerias não entram em produção em geral ao mesmo tempo, mas não devem recuar de forma desordenada. Em algumas minas adota-se o recúo de modo que as suas extremidades estejam grosseiramente contidas em um plano.
Em outros casos,o recúo é feito de forma que as galerias de produção mais distantes dos “orepasses” sejam as primeiras a chegarem a galeria principal.
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Uma das maneiras de iniciar o desmonte é criar uma face livre (slot de alívio) com um padrão de furação ascendente até uma inclinação de aprox. 80º a 90º. Outra maneira é abrir o slot a partir de um raise.
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Equipamentos utilizados para perfuração de produção (ascendente): carretas com 2 lanças, com hastes seccionadas e coroas de até 115 mm. Atualmente, as perfuratrizes utilizadas são eletro-hidráulicas e DTH’s.
A furação visando a produção é efetuada na forma de leques irradiados das galerias do subnível. Os furos feitos são longos (até 50 m de comprimento) e utiliza-se neste processo perfuratrizes “longholes”.
O carregamento é feito por dispositivos pneumáticos. ANFO é o explosivo mais comum. No caso de explosivos encartuchados, utiliza-se um dispositivo semelhante, dotado de lâminas para romper o cartucho.
Produção no Sublevel Caving (...continuação)
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LHD’s realizam o carregamento, transporte e descarga final do minério nos “orepasses”, sendo os subníveis projetados para a melhor eficiência das carregadeiras.
As operações de perfuração e de carregamento são executadas independentemente e em níveis diferentes.
Devido ao grande número de galerias de subnível há muitas frentes de produção
O consumo de explosivo é alto, devido ao fato do desmonte ser realizado contra a massa de rocha fragmentada.
Produção
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Equipamentos de desenvolvimento e produção
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Deve-se ter cuidado na retirada do minério dos drawpoints (é preciso controlar teores nos pontos de carga):
-retirada de pouco material provoca baixa recuperação;
-retirada de muito material provoca diluição excessiva.
Há um teor de corte determinado abaixo do qual não se remove mais minério no crosscut e deve-se detonar novo leque.
Produção
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No projeto dos drifts de produção, o Sublevel Caving utiliza os princípios do “escoamento gravitacional” do minério desmontado, com subseqüente desabamento das rochas encaixantes.
Abordagens usadas para a questão de escoamento gravitacional:
A-modelos físicos em escalaB-experimentos de campo em escala realC-modelos matemáticos/numéricos.
As soluções encontradas até o momento não são totalmente satisfatórias do ponto de vista da otimização do escoamento gravitacional do minério.
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A-Exemplo de teste com modelos físicos em escala:Estes modelos são os mais antigos, feitos com
partículas (p.ex. areia), escoando em recipientes de pequeno tamanho.
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Dois fatores importantes relacionados com diluição e recuperação de minério (*) : - Largura (c) da galeria de extração;- Afastamento (V) entre leques de produção.
(*) Ver artigo: Theory and pratice of very-large-scale Sublevel Caving. Underground Min. Methods: Eng. Fundamentals and International Case Studies, 2001, W.A.Hustrulid & R.Bullock. Chapter 46, p.381-384.
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Largura (c):
- A galeria de produção deve ser tão larga quanto possível;
- Quando o teto da galeria é côncavo, o escoamento de minério é bastante centralizado e ineficiente nas laterais, exigindo galerias mais próximas.
- A quantia de minério fora do alcance das LHD’s aumenta com o acréscimo da altura da galeria de produção. Portanto, a altura deve ser tão baixa quanto possível.
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Exemplos de configurações antigas de galerias de produção ...
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B-Experimentos em escala real:
São executados diretamente em minas subterrâneas, onde colocam-se marcadores (markers) numerados, para serem recuperados e contados após a detonação.
Um experimento recente mostra que o fluxo de minério é formado principalmente pelo material acima do drawpoint, mas ele não é muito previsível.
(Quinteiro, C R, Larsson, L and Hustrulid, W A., 2001. Theory and practice of very large scale Sublevel caving. Underground Min. Methods- Eng. fundam. andIntern. Case Studies SME)
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Experimentos em escala real:
Recentemente, minas de Sublevel Caving têm aumentado o espaçamento lateral entre drifts e o intervalo entre subníveis.
Isto tem aumentado a produção, mas também aumentado a diluição.
Existem ainda várias questões pendentes sobre qual o melhor design de produção neste método.
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C-Modelos matemáticos/numéricos:
Existem diversos modelos numéricos sendo pesquisados para explicar a influência das variáveis principais do método.
Entre os principais há o PFC – código numérico desenvolvido pelo grupo Itasca desde a década de 1990. PFC = Particle Flow Code.
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Princípios de escolha da configuração das galerias de produção:
-a idéia de minimização de custos de produção leva a empregar o máximo espaçamento vertical entre subníveis (atualmente em torno de 30m);
- fator fundamental para obter máximo espaçamento entre subníveis … capacidade de perfurar e carregar furos longos, retilíneos e de grande diâmetro;
- o maior diâmetro de furo possível, que permite perfuração e carregamento, é o ideal (o máximo hoje é 115mm);
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Princípios de escolha da configuração das galerias de produção:
-galerias grandes (7x5m, p.ex.) permitem o uso de hastes de perfuração longas e furos mais retilíneos (poucas hastes fornecem maior rigidez à coluna de perfuração). Há projetos de leques com furos de até 50m de comprimento;
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Princípios…
-distância entre planos de leques (B):
depende do diâmetro do furo (D) e do tipo de explosivo.
Estimativa inicial para ANFO … B = 20 D.
Para explosivos de maior energia … B = 25 D.
Assumindo D=115mm e emulsão como explosivo, tem-se B ≈ 3m.
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Princípios…
-Número de furos no leque:
deve-se seguir a relação S/B ≈ 1,3 ; onde S é a distância entre as extremidades de furos vizinhos em um mesmo leque.
No presente caso (B=3m), S é 4m.
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Princípios…
-Intervalo entre subníveis:
é escolhido baseado na máxima capacidade de perfuração e na capacidade de manter o alinhamento satisfatório dos furos.
Como exemplo, assume-se 25m.
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Princípios…
-Espaçamento lateral entre galerias de produção:
faz-se um ângulo de 70o entre o canto superior da galeria de referência e o ponto médio da galeria do subnível logo acima (este é o ângulo de mínima movimentação teórica esperada para o minério detonado). O espaçamento centro-a-centro resultante entre galerias laterais é aprox. 22m (ver figura A1 no próximo slide).
Esta configuração inicial (Figura A1) foi adaptada na década de 1990 para tornar-se mais prática do ponto de vista operacional (Figura A2).
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Figura A1 Figura A2
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Princípios…
-Para a adaptação:
efetuam-se furos laterais com 55o de inclinação. Função destes furos … fragmentar o minério que encontra-se na inclinação aproximada de 70o e reduzir o comprimento dos furos centrais (mais longos) do leque.
Furos com inclinação menor que 55o são difíceis de carregar com explosivos, devido ao ângulo de repouso do minério no drawpoint.
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Princípios…
-Os leques podem ser verticais ou inclinados
(geralmente usa-se α de 70 a 80o com a horizontal). A maior inclinação melhora a estabilidade do teto do drawpoint e facilita o acesso para carregamento dos furos com explosivo.
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-Alta taxa de produção;
-Muitas e eficientes frentes de lavra simultâneas;
-Possibilidade de alto grau de mecanização;
-Método seguro para operadores.
Vantagens
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Desvantagens
-diluição pode ser alta (15-30%) e recuperações moderadas (75-85%);
-subsidência na superfície;
-consumo elevado de explosivos;
-alto custo de desenvolvimento;
-grande intensidade de furação e desmonte para gerar um produto granular adequado para fazer fluir o minério;
-o controle do teor de cut-off pode resultar em baixa recuperação de minério.
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Método de lavra:Block Caving
(UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)
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Block Caving
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Block Caving*:
Método no qual volumes de rocha são deixados sem sustentação e sofrem abatimento sob o peso próprio; a rocha sobrejacente fragmenta-se juntamente com o minério. O fraturamento e o escoamento do minério são obtidos por ação da gravidade e por esforços resultantes de tensão tectônica e litostática.
* Tradução: Abatimento por blocos.
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Block caving
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Block caving
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Evolução histórica do método…
Final do séc. xix: block caving aplicado em minas de ferro em Michigan-USA;
Início do séc. xx: block caving aplicado nos USA para minério de ferro e cobre em estados do lado oeste;
Década de 20: block caving inicia no Canadá e Chile;
Década de 50: block caving inicia no sul da África, em minas de diamante e asbestos;
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Evolução histórica do método…
Início da década de 60: veículos LHD desenvolvidos para mineração subterrânea;
1970: LHD’s usadas com block caving na mina El Salvador, Chile;
1981: panel caving mecanizado introduzido no minério primário de El Teniente, Chile;
Anos 90: Planejamento de nova geração de minas com maior altura de bloco e corpos de minério mais resistentes (p.ex. Northparkes, Palabora).
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Minas em operação, fechadas e planejadas usando o método…
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Dados de algumas minas que usam block caving ...
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![Page 95: Método de lavra: Longwall (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061518/552fc12c497959413d8d1a49/html5/thumbnails/95.jpg)
Condições do depósito
-resistência do minério: fraca a moderada, preferivelmente minério macio ou friável com fraturamento intenso;
-resistência da encaixante: similar ao minério, interface distinta entre minério/estéril;
-mergulho: verticalizado é melhor, mas pode ser plano se o depósito for espesso;
-forma: grande extensão em área e grande espessura (>30 metros);
-distribuição uniforme e homogênea de teores (método adequado a baixos teores);
-profundidade: moderada (>500m e <1200m).
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Princípios do método…
No método block caving, o minério é movimentado por abatimento (caving) para uma cavidade formada quase sempre sem o emprego de perfuração e detonação. Furação e desmonte são usadas no estabelecimento do “realce” inicial.
A base do minério é escavada removendo sua sustentação, isto resulta no fraturamento do minério que migra para o vazio realçado e de onde é, a seguir, removido.
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Metodologia do block caving:
-desenvolver, abaixo do painel a ser minerado, um layout de extração de minério;
-acima do nível de extração, um horizonte de “undercut” (realce) vai proporcionar a face livre inferior ao corpo de minério, ocasionando o desabamento;
-pilares temporários no horizonte de “undercut” são removidos e o colapso do minério inicia;
-o minério abatido empola e preenche o vazio do “undercut”;
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-remove-se material fragmentado no horizonte de extração, induzindo fluxo de minério e perda de suporte do minério ainda não-abatido que também fica sujeita ao desabamento;
-progresso vertical do “caving” está relacionado com a extração de minério fragmentado e seu empolamento.
Durante o fluxo do minério fragmentado há redução do tamanho dos blocos.
Fragmentação primária é feita por processo mecânico natural, com vantagem em termos de custos. Às vezes usa-se explosivos na produção, fazendo furos longos e espaçados para induzir fraturamento.
![Page 99: Método de lavra: Longwall (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061518/552fc12c497959413d8d1a49/html5/thumbnails/99.jpg)
Questões básicas de geomecânica para o método:
1. caveability
2. mine design
3. fragmentação e controle de extração
4. subsidência associada
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1.Caveability:
O processo ainda não é muito bem entendido, mas sabe-se quais os principais fatores envolvidos.
O caving é definido principalmente pela qualidade da rocha (RMR, Q, etc.) e seu raio hidráulico – RH.
O requisito básico para o método funcionar é que o abatimento (caving) ocorra. O abatimento do minério é resultado da ação da força da gravidade, sendo influenciado por:
-padrão de fraturamento do meio...para bom fraturamento, pelo menos 2 famílias de
juntas sub-verticais cruzadas entre si e 1 família horizontal;
-distribuição de tensões no domínio a ser minerado.
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Não é fácil prever se ocorrerá abatimento, nem qual a fragmentação resultante.
Uma regra prática: para um corpo de minério ser passível de abatimento, aprox. 50% dos fragmentos devem ter dimensão máxima de 1,5m.
Há várias classificações geomecânicas para fazer a previsão de caving e fragmentação. As mais usadas: sistema RMR, sistema Q, classificação de Laubscher(1981) .
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Parâmetros geomecânicos verificados em algumas minas :
Palabora Mine (cobre) na África do Sul … MRMR entre 57-70, o qual está entre os mais altos valores para block caving (este método não é aconselhado quando MRMR > 50).
Henderson Mine (molibdênio) em Denver- USA … com RMR de 27 a 60.
Northparkes (cobre-ouro) na Austrália … apresenta RMR entre 33-54, para o Lift 1 (parte superior do corpo de minério).
El Teniente, Chile … MRMR entre 55-74, para várias litologias da área de lavra (andesitos, dioritos, brechas).
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Obs.:
Classificação RMR -Desenvolvida por Bieniawski-Varia de 0 – 100-Principais parâmetros:
RQD (Rock Quality Designation)Espaçamento entre descontinuidadesResistência à compressão uniaxial da rochaQualidade das descontinuidadesPresença de água no maciço rochosoOrientação das descontinuidades em relação a
orientação da escavação
Classificação MRMR (desenv. por Laubscher; pag. 413 SME book) Similar ao RMR, porém inclui stress induzido por mining and blasting no cálculo do parâmetro MRMR.
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2.Design de mina:
Elementos principais no estabelecimento do layout de mina …
2.1. Possível divisão da área a ser minerada
divisão em blocos separados por pilares de segurança, a serem minerados sequencialmente;
divisão em blocos sem pilares, com mineração contínua.
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2.2. Seleção do sistema de extração de minério
O sistema de extração é complexo, de preparação demorada e onerosa. Usualmente requer vários anos de trabalho até ser colocado em produção.
a)sistema tradicional por gravidade;
b)sistema por slusher;
c)sistema por LHD´s.
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a)sistema tradicional por gravidade - ideal para minérios muito fragmentados;
• sistema de carga e transporte desenvolvido sob cada bloco
• são abertos orepasses e finger raises com grelhas
•no nível das grelhas a fragmentação é controlada
•finalmente é feito o realce sob o bloco onde inicia a fragmentação e migração do minério através do undercut e grelhas até o nível de transporte.
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Sistemas de extração de minério por gravidade
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Sistemas de extração de minério por gravidade
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b)sistema por slusher - para minérios medianamente ou pouco fragmentados;
•o desenvolvimento é simplificado pela omissão do nível das grelhas. Os cones de migração de minério ligam-se diretamente aos pontos de descarga.
•o elevado desgaste nos pilares de descarga requer revestimento muito resistente em concreto.
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Sistemas de extração de minério
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c)sistema por lhd´s - sistema mais moderno, para minério pouco fragmentado.
Oferece maior produtividade, design mais simples do drawpoint, elimina a necessidade de um orepass para cada drawpoint, porém precisa de área de galeria maior (custos de escoramento!) devido ao tamanho dos equipamentos.
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Sistema de extração de minério por LHD’s
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Vista isométrica de um sistema de extração de minério por LHD`s :
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Vista em planta do nível de extração de minério para um sistema com LHD`s :
Drawpoints
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2.3. Localização das instalações permanentes
O block caving é usado geralmente em rochas de baixa resistência, mas os desenvolvimentos e aberturas de produção (drawpoints, etc.) devem ser mantidos em locais onde a rocha possui melhor qualidade.
2.4. Outros aspectos importantes …tamanho de drawpoint, espaçamento
(fragmentos pequenos implica em drawpoints mais próximos), geometria dos pilares, seqüência e direção de mineração.
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Parâmetros típicos de projeto …
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Parâmetros típicos de projeto …
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3.Fragmentação e controle de extração:
A fragmentação é difícil de prever e influi na escolha do sistema de extração de minério e no espaçamento entre drawpoints.
A taxa de extração de minério afeta a fragmentação:
extração muito rápida ...
extração muito lenta ...
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-extração muito rápida pode criar espaços vazios nas proximidades da superfície do realce; os fragmentos de minério tornam-se maiores pois sofrem menor carga imposta pela massa de material desabado sobrejacente; para melhor fragmentação a altura da pilha de minério desabado deve ser maximizada;
-extração muito lenta pode provocar compactação do minério e reestabelecer, localmente, estruturas estáveis.
Modos de observação de progresso do caving: ver SME Min.Eng. Handbook, 1992, pg.1820.Acidente em Northparkes (1999) por colapso repentino do minério em processo de abatimento.
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Exemplos de fragmentação obtida em algumas minas ...
Mina Tamanho do fragmento
médio D50mm
Espaçamento entre os pontos de
drenagem (m) Grace 1.500 6,0 x 9,0 Urad 700 9,0 x 9,0
Clímax 350 10 x 10 El Salvador Minério fino Bell Mine
Com rastelamento Com Trav Carregamento
7,6 x 7,6
12,2 x 12,2
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Exemplos de fragmentação inferida a partir de testemunhos de sondagem ...
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Tipos de fragmentação:
• In situ …In situ … representada pelos blocos que estão naturalmente presentes na rocha antes das atividades de mineração;
• Primária …Primária … representada por blocos na vizinhança da cavidade de abatimento e que separam-se do maciço intacto quando o abatimento é iniciado;
• Secundária …Secundária … ocorre quando os blocos de fragmentação primária movem-se para os drawpoints.
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Exemplos de fragmentação observada em drawpoints:
Northparkes E26, Austrália Esmeralda Sector, El Teniente Mine, Chile
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Distribuição cumulativa de fragmentação verificada em Premier Mine, South Africa:
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4.Subsidência associada:
-a subsidência é descontínua e afeta grandes áreas da superfície;
-a geometria final da área subsidente é bastante variada, dependendo de ...
resistência do minério;resistência do overburden;presença de feições estruturais
significativas (diques, falhas, p.ex.);profundidade da mineração;declividade natural da superfície.
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Exemplos de subsidência - kimberlitos na África
![Page 127: Método de lavra: Longwall (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061518/552fc12c497959413d8d1a49/html5/thumbnails/127.jpg)
Exemplos de subsidência – Mina El Salvador, Chile
![Page 128: Método de lavra: Longwall (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061518/552fc12c497959413d8d1a49/html5/thumbnails/128.jpg)
Exemplos de subsidência – San Manuel Mine, USA
![Page 129: Método de lavra: Longwall (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061518/552fc12c497959413d8d1a49/html5/thumbnails/129.jpg)
•taxa de produção maior que qualquer outro método subterrâneo ñ-carvão
• alta produtividade
• menor custo de produção dos métodos subterrâneos, ao lado do Longwall (p.ex. custos de produção de U$ 6.0/t na Premier Mine-South Africa)
•Alta recuperação ( 90% ou mais), mas com diluição significativa
• a produção (não o desenvolvimento!) é executado por abatimento; i.e. não há necessidade de furação e detonação
• pode ser altamente mecanizado
• boa ventilação e segurança para operários
Vantagens do Block Caving
![Page 130: Método de lavra: Longwall (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061518/552fc12c497959413d8d1a49/html5/thumbnails/130.jpg)
• desmoronamento e subsidência em larga escala
• alta diluição
•o controle da retomada é crítico para o sucesso do método
• o desenvolvimento é lento
• alto custo de operações de suporte
• abatimento e fragmentação difícil de predizer e controlar
• método com pouca flexibilidade e não seletivo
• possibilidade de oxidação do minério devido o longo tempo de percolação de água
Desvantagens
![Page 131: Método de lavra: Longwall (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061518/552fc12c497959413d8d1a49/html5/thumbnails/131.jpg)
-the International Caving Study (ICS) Stages I and II (ICS II sponsors: Codelco Chile, De Beers Consolidated Mines, LKAB, Newcrest Mining Limited, Northparkes Mines, Rio Tinto Technical Services, Sandvik Tamrock, WMC Resources Limited);
-the ICS I monograph, Block Caving Geomechanics, published by the JKMRC, 2003;
-Proceedings, MassMin 2000, Brisbane;
-Proceedings, MassMin 2004, Santiago, and PowerPoint presentations made to that conference;
-Rock Mechanics for Underground Mining, 3rd edition, by B H G Brady and E T Brown, 2004;
-Block Caving Geomechanics by E T Brown;
-trabalhos individuais de G P Chitombo, B A Eadie, G E Flores, N J Harries, E Hoek, A Karzulovic, D H Laubscher, A Logan, A Moss, I A Oñederra and I Ross.
Referências importantes …
![Page 132: Método de lavra: Longwall (UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061518/552fc12c497959413d8d1a49/html5/thumbnails/132.jpg)
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