Lavra com pilares esbeltos em corpos sobrepostos previamente lavrados pelo método de Câmaras e Pilares Diogo Braga Brandani Mineração Serra Grande, Crixás, Brasil, dibrandani@serragrande.com.br Dr. Fernando C. Viera. Centro Técnico Operacional AnglGold Ashanti CETOP, Nova Lima, Brasil, fvieira@anglogoldashanti.com.br RESUMO: Os Corpos I e III da Mina Nova são lavrados pelo método de câmaras e pilares desde 1995, quando houve a abertura das escavações expondo o contato superior do minério. Mudanças ocorridas no cenário econômico mundial associado a resultados positivos durante campanhas de sondagem de curto prazo acarretaram em alterações significativas na geometria e reservas destes corpos. Inicialmente, o Corpo I foi exposto e teve seus pilares projetados para câmaras com 4 m de altura. As alterações do modelo do minério indicaram uma significativa região com potencia superior a 6 m podendo chegar a 18m de espessura. Esta área foi a partir daí chamada de Bacia do Corpo I. Os pilares já expostos apresentam forma, tamanho e estão dispostos em vãos irregulares. Além disto, imediatamente abaixo do Corpo I encontra-se o Corpo III parcialmente sobreposto a este e já exaurido. O desafio é lavrar a área da Bacia do Corpo I mantendo a estabilidade dos pilares esbeltos (razão W/H <1) já inicialmente modelados. Modelos numéricos e a experiência obtida durante a lavra similar executada em região de Bacia no Corpo III mostram que é possível a lavra embora seja necessário ter um acompanhamento sistemático e procedimentos especiais durante as operações. PALAVRAS CHAVE: Pilares esbeltos, Bacia, método de câmaras e pilares e lavra com furos longos. 1 INTRODUÇÃO A Nova Mina é uma mina superficial onde seus principais corpos mineralizados (1 e 3) localizam-se entre 100 e 150 m de profundidade da superfície. Estes corpos foram expostos pelo método de câmaras e pilares sem enchimento (open stope) a partir de seu contato superior (hangingwall). Essas jazidas estão dispostas em forma tabular e sub-horizontal (6º a 9 º ao longo do plunge) parcialmente sobrepostos entre si. Na região da Bacia do Corpo I foi escolhida uma área teste onde os pilares foram previamente modelados no topo e na base. O objetivo é recuperar a reserva remanescente no middling pillar (pilar entre a porção superior e inferior exposta na Bacia) mantendo a estabilidade dos pilares esbeltos modelados após o desmonte. Para isso, serão necessários vários controles além do enchimento imediato da área recém lavrada uma vez que os pilares da área foram projetados e modelados durante a exposição do corpo de minério para altura média de 4 metros. O preenchimento será executado com rockfill (enrocamento) reconformando o piso local. Serão chamada de Bacia todas as áreas onde a mineralização apresentar espessura superior a 6 metros. A região de Bacia no Corpo I apresenta espessura de até 18 metros ocupando uma área com cerca de 1000x100 metros. Modelos geológicos anteriores apresentados para os corpos (I e III) consideravam espessura inferior (cerca de 4m) a atualmente apresentadas (até 18m) e a existência de uma lente de estéril limitando estes corpos com espessura maior igual ou maior a 5m. A mineralização é caracterizada por pirrotita disseminada em xistos grafitosos associada a veios de quartzo. O contato entre o minério e o estéril é químico sendo, portanto, o hangingwall e footwall também compostos por xistos com 1
características geomecânicas semelhantes. Os pilares foram projetados e executados na porção superior do corpo I com seções que variam de 4x4 a 7x7 metros, para o vãos entre 8 e 14 metros. Além disso, houve uma exposição parcial da porção inferior da Bacia do Corpo I, anteriormente considerada como outro corpo de minério. O desafio para a equipe Mecânica de Rochas é viabilizar a lavra do minério remanescente no middling pillar sem comprometer a estabilidade dos pilares esbeltos e consequentemente a possibilidade de recuperação da reserva local. 2 CARACTERIZAÇÃO DO MACIÇO ROCHOSO O maciço rochoso foi caracterizada como uma única unidade geotécnica com os seguintes parâmetros: 2.1 Resistência a compressão não confinada De um total de 14 amostras, duas foram separadas de acordo com a foliação e as outras, aparentemente, de acordo com o fraturamento, aos quais foram submetidas a ensaios para o cálculo da resistência a compressão uniaxial não confinada (UCS). A UCS resultante média das amostras apresentaram estar acima 106.02 MPa com desvio padrão de 42.67 MPa. 2.2 Classificação do Maciço Rochoso A resistência ao cisalhamento do maciço rochoso foi estimada usando o índice GSI, onde podemos utilizar para obter parâmetros do critério de ruptura de Hoek-Brown. Este índice pode ser calculado diretamente em campo ou a partir do método de classificação RMR (Rockmass rating) de Bieniawski. Nesta estimativa, foi utilizado Bieniawski 1989 (RMR 89 ) pressupondo que GSI = RMR 89 5 (Tabela 1). 2.3 Resistência do Maciço Rochoso A Tabela 2 mostra uma compilação dos resultados calculados na Nota Técnica emitida pela Itasca (jan/09) sobre a resistência do maciço rochoso. Tabela 1. Parâmetros do maciço rochoso da Mina Nova conforme sistema de classificação segundo Bieniawski s 1989 Parâmetro Valor Nota UCS 106 MPa 10 RQD 90% to 100% 20 Espaçamento das juntas Condição das juntas > 3 m 20 Ligeiramente áspero 20 Presença de água Seco (*) 15 Nota total RMR = 85 GSI = RMR - 5 = 80 Nota: (*). Ao aplicar o sistema de classificação de maciços rochosos de Bieniawski s para derivar as propriedades de resistência ao cisalhamento, é habitual negligenciar as reduções de pontuação, devido à presença de água, como na análise posterior, onde essas propriedades são usadas, normalmente. Devem ser incluídas explicitamente as condições de pressão de poros que afetam o maciço. Em outras palavras, as estimativas RMR pela presença de água teriam seu resultado afetado duas vezes pela presença de água nos cálculos o que provavelmente daria resultados mais conservadores no final. Tabela 2. Parâmetros de resistência do maciço na Mina Nova Parâmetro Valor Parâmetro Valor Coesão 3 MPa a 0.5 Atrito 50º S ci 63 MPa E m 44 MPa m i 10 (xisto) 0.20 D 0 m b 4.9 m i 10 (xisto) s 0.1 3 LAVRA EXPERIMENTAL Em ocasião anterior, com geometria e espessura de corpo de minério similar a área de Bacia, houve a realização de uma lavra experimental em uma região do Corpo 3 onde foram modelados pilares com seções 6x5 a 4x4 m em câmaras de até 20,5 m de altura (Figura 1). A lavra nessa área realizou-se pelo método de levantamento de piso ou bancadas (footwall lift) com até 4 m de altura por corte. O controle de desmonte de rocha nos limites dos pilares foi realizado a partir do uso de pós-corte, apresentando furos espaçados cerca de 30 cm 2
entre si e uso de explosivos de baixa energia (encartuchado). Na ocasião deixaram-se superfícies estreitas de rocha (skin surfaces) entre as câmaras a fim de conter o enchimento utilizado em uma frente durante a lavra da adjacente. O enchimento com rockfill foi realizado de forma a cobrir toda a área até a altura do piso antes da lavra de forma a confinar toda região recentemente exposta do pilar. Durante as operações não foram registrados sinais de abatimento nem variações significativas do monitoramento geomecânico local que é composto por seções de convergenciometria e extensometria. A cada exposição dos pilares pelo desmonte das bancadas foi realizado o tratamento de suas faces expostas com chumbadores e tela do tipo alambrado para conter pequenos blocos evitando aceleração na perda de massa dos pilares. Antes do início das detonações todo o teto e laterais também foram tratados com chumbadores e tela de forma a evitar queda de blocos durante as operações. Após a completa exposição do limite inferior do minério foi iniciado o enchimento e os pilares da área permaneceram em condições estáveis, apesar de serem expostos a um índice de esbeltez (W / H ratio) de até 0,28. As Figuras 1 e 2 e uma tabela com parâmetros comparativos entre a área experimental (Bacia do Corpo 3) e a região na Bacia do Corpo 1 são apresentados a seguir: Tabela 3. Comparação entre as áreas lavradas com pilares esbeltos Parâmetro Corpo 1 Corpo 3 3.1 Resultados da lavra experimental na Bacia do Corpo 3: Mesmo com o uso do desmonte por levantamento de piso (impactos pela detonação a cada corte) o modelamento dos pilares e skin surfaces ocorreu de forma satisfatória sem quebras inesperadas (Figura 3). A lavra experimental na Bacia do Corpo 3 apresenta condições geométricas de pilares e vãos similares a aquelas observadas na área a ser lavrada na Bacia do Corpo 1. A taxa de extração para ambas as áreas é aparentemente a mesma e está em torno de 70%. O coeficiente de esbeltez a que os pilares dos pilares na Bacia do Corpo 3 foram submetidos será igual a aquele projetado após a lavra na Bacia do Corpo 1. Ambas as áreas estão localizadas em profundidades semelhantes e seus pilares estão submetidos a um tensão com variação de apenas cerca de 3 MPa. Os pilares na Bacia do Corpo 3 encontram-se em boas condições, sem trincas ou sinais de reativação de estruturas, mostrando que o confinamento compactado associados ao telamento e tratamento com chumbadores auxilia no controle da perda de massa e, manutenção da resistência do pilar. Taxa de extração (%) Profundidade (m) Coeficiente de esbeltez Tensão sobre o Pilar (MPa) 78.7 72.5 111,42 125,80 mín. 0,28 máx. 1,00 mín. 0,28 máx. 0,61 21,27 24,60 3
A B a b Figura 1. Planta e seções longitudinal e transversal ilustrando a Bacia do Corpo 3 4
Figura 2. Planta e seção transversal ilustrando a região da Bacia do Corpo 1 5
COBRAMSEG 2010: ENGENHARIA GEOTÉCNICA PARA O DESENVOLVIMENTO, INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE. 2010 ABMS. Em janeiro de 2009 a Itasca, usando o software FLAC 3D e UDEC desenvolveu um estudo a partir de simulação numérica para avaliar as condições de lavra na região da Bacia do Corpo 1 onde foram feitas as seguintes conclusões: Não ocorreram diferenças significativas no comportamento geomecânico do maciço rochoso quando submetidos a lavra em diferentes direções para o aprofundamento da Bacia do Corpo 1. Do ponto de vista tensão no pilar, há apenas uma pequena diferença entre os modelos simulados na ordem de 1 ou 2 MPa. O desenvolvimento de uma campanha de caracterização geológica/geotécnica (mapeamentos e monitoramentos) será de grande importância com o objetivo de compreender a distribuição dos pontos resistentes ao longo do maciço. Esta informação seria útil para realizar calibrações detalhadas do comportamento dos pilares corrente e utilizá-lo como um guia para planejamento da lavra. Apesar do confinamento não auxiliar na melhorara da capacidade de carga do pilar, a utilização deste permanece como uma opção válida de segurança operacional, que deve ser considerado para a lavra da Bacia do Corpo 1, especialmente quando a lavra se aproximar da área do Bloco 5 onde a Bacia torna-se mais espessa. Ambas as alternativas de sentido de lavra sugeridas no escopo do trabalho mostram pouca diferença na variação de carga sobre os pilares (variação de 3MPa). A escolha de uma ou outro sentido deverá ser baseada em parâmetros operacionais ou considerações econômicas, porém é sugerido que também seja considerado durante o processo de decisão uma avaliação de riscos implícitos em cada sentido de lavra. 2.8m Figura 3. Foto ilustrando a TR27N na Bacia do Corpo 3 durante a lavra 4 PROPOSTA DE LAVRA A lavra proposta apresenta um cenário semelhante ao desenvolvido no Corpo 3, porém, com exposição da porção inferior da Bacia do Corpo 1 e desmonte a partir de furos longos executados com o equipamento simba. Esperase que com a adoção desta técnica, haverá uma redução do tempo de exposição dos pilares com coeficiente de esbeltez inferior a 0,5 além da redução do próprio impacto do desmonte sobre o pilar (Figura 4). A exposição da parte inferior da Bacia ocorrerá de tal forma que haja coincidência entre os pilares. Alguns pilares serão modelados com sua porção inferior em forma trapezoidal (tipo pata de elefante) permitindo maior resistência em sua base. As figuras 4, 5 e 6 ilustram o projeto de exposição da base do minério em relação às escavações superiores: 6
A B Figura 4. Planta ilustrando a geometria dos pilares na área a ser lavrada (magenta) A B Figura 5. Seção transversal ilustrando o projeto de exposição das porções superior e inferior da Bacia do corpo 1 bem como a projeção dos pilares a serem modelados após a lavra (amarelo) Figura 6. Visão 3D da galeria de exposição da porção inferior da Bacia e da projeção dos pilares na área 7
5 PROCEDIMENTOS OPERACIONAIS A fim de garantir a estabilidade da mina, foram definidos os seguintes procedimentos operacionais que devem ser seguidas: A lavra deverá ser realizada em blocos com a exposição de cerca de 6 pilares por vez de forma a não criar grandes áreas desconfinadas, ou seja, com pilares esbeltos evitando concentrações de tensões excessivas; Cada pilar terá no máximo três de suas quatro faces expostas por vez na tentativa de evitar problemas relativos à excentricidade destes. A detonação de cada bloco de lavra é condicionada ao término do enchimento do bloco adjacente, já lavrado. A perfuração para desmonte deverá ter seu desvio controlado a partir de levantamento topográfico. Para isto é sugerido o levantamento dos furos na porção superior e inferior da Bacia exposta. As detonações no contorno do pilar deverão ocorrer a partir do uso de póscorte, com espaçamento máximo de 0,50m de forma a garantir a integridade dos pilares após a detonação. A qualidade das detonações será avaliada pela equipe da Mina e/ou da Mecânica de Rochas a cada corte. Alguns pilares esbeltos bem como o hangingwall deverão ser monitorados com uso de stress meters e smart cables. O enchimento em uma área lavrada deverá ocorrer, preferencialmente, imediatamente após a conclusão do transporte do minério. A remoção do minério será feita com uso de carregadeiras de controle remoto. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS C.D. Martin. and W.G. Maybee (2003) The Strength of hard-rock pillars. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 37 (2000) 1239-1246, Canada, April, 2000. C. Mark. (2006) The State-of-art- in Coal Pillar Design, Nioch, Pittisburgh PA, 8 p. Hoek, E., P.K. Kaiser and W. Bawden (1995) Support of Underground Excavations in Hard Rock. A.A.Balkema. Hoek, E., C. Carranza-Torres and B. Corkum (2002) Hoek-Brown Failure Criterion 2002 Edition. RocLab Documentation. Loren Lorig (2009), Geotechnical assessment of sequencing alternatives at MSG s Mina Nova, Techinical Note NT-522/2009-01 Rev. 0, ItascaHC Chile..S.A, p. 34. P.J. Lunder. and R.C. Pakalnis (1997) Determination of the Strength of hard-rock mine pillars. Rock Mechanics Comunite of CIM, p. 51-55,Vancouver, CA, September, 1997. 6 CONCLUSÃO Com base nos resultados obtidos durante a lavra da Bacia do Corpo 3 e da simulação numérica realizada para a região Bacia do Corpo 1, associado aos procedimentos operacionais propostos, espera-se que a lavra da Bacia do Corpo 1 ocorre em condições estáveis. 8