Capitulo1 Lavra Ceu Aberto

Universidade Federal do Rio Grande do Sul Departamento de Engenharia de Minas ENG05007 - Lavra a Céu Aberto

Lavra a céu aberto – ENG05007 Teoria e prática Versão 1.0

Prof. Rodrigo Peroni 2007/01


Índice CAPÍTULO 1.

Introdução à lavra a céu aberto aberto ________________ ________________________ ________________ ________________ __________ 8

1.1. Histórico _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ _______________ _______________ _______________ _______ 8 1.2. Métodos de lavra a céu aberto _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ____________ ____ 8 1.2.1. Lavra em cava (open pit mining)___________ mining)___________________ ________________ ________________ ________________ _____________ _____ 9 1.2.1.1. Vantagens Vantagens e desvantagens do método _______________ _______________________ ________________ ____________ ____ 11 1.2.2. Lavra Lavra de rocha ornamental ornamental (quarry mining) mining) _______________ _______________________ ________________ _______________ _______ 12 1.2.2.2. Técnicas Técnicas de corte _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ____________ ____ 14 1.2.2.2.1. 1.2.2.2.1. Métodos cíclicos_____________________ cíclicos_____________________________ ________________ ________________ ____________ ____ 14 1.2.2.2.2. 1.2.2.2.2. Métodos continuos _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ________ 15 1.2.3. Lavra Lavra por lançamento ou lavra em tiras (Open (Open Cast Mining or Strip Mining)_____________ Mining)_____________ 16 1.2.3.1. Mineração Mineração por área (Area mining)_____________________ mining)_____________________________ _______________ __________ ___ 19 1.2.3.1.1. 1.2.3.1.1. Regulamentações Regulamentações _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ________ 19 1.2.3.1.2. 1.2.3.1.2. Operação ________________ ________________________ ________________ ________________ _______________ ______________ _______ 20 1.2.3.1.3. 1.2.3.1.3. Problemas Problemas ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ _____________ _____ 20 1.2.3.1.4. 1.2.3.1.4. Planejamento, Planejamento, mobilizaç mobilização ão e corte corte pioneiro pioneiro - Fase Fase 1 ________________ ____________________ ____ 21 1.2.3.1.5. 1.2.3.1.5. Descrição Descrição da Operação _______________ _______________________ ________________ ________________ ____________ ____ 22 1.2.3.1.6. 1.2.3.1.6. Operações modificadoras modificadoras do meio ambiente_______________ ambiente_______________________ ____________ ____ 23 1.2.3.1.7. 1.2.3.1.7. Operações Operações de mineração mineração e recuperação recuperação simultânea simultânea - Fase 2 _____________ _____________ 23 1.2.3.1.8. 1.2.3.1.8. Descrição Descrição da Operação _______________ _______________________ ________________ ________________ ____________ ____ 24 1.2.3.1.9. 1.2.3.1.9. Recuperação Recuperação Final e Período de responsabilidade responsabilidade - Fase 3 _______________ _______________ 25 1.2.3.1.10. 1.2.3.1.10. Descrição Descrição da Operação ________________ ________________________ _______________ _______________ ___________ ___ 26 1.2.4. Mineração Mineração de Contorno ________________ ________________________ ________________ _______________ _______________ ______________ ______ 27 1.2.4.1. Pré-Regulamentaçã Pré-Regulamentação_____________ o_____________________ ________________ ________________ ________________ ____________ ____ 27 1.2.4.2. Operação________ Operação ________________ ________________ ________________ ________________ _______________ _______________ ___________ ___ 28 1.2.4.3. Problemas Problemas ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ ________________ __________ 28 1.2.4.4. Recuperaçã Recuperaçãoo final e período de responsabiildad responsabiildades es – Fase 3 _______________ __________________ ___ 29 1.2.4.5. Descrição Descrição da d a Operação _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ________ 30 1.2.5. Lavra de topo ________________ ________________________ ________________ ________________ _______________ _______________ ______________ ______ 31 1.2.5.1. Operação Operação e recuperação recuperação concomitante concomitante – Fases Fases 1 e 2 _______________ _______________________ ________ 31 1.2.5.2. Descriç Descrição ão da operação _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ________ 31 1.2.5.3. Recuperação Recuperação final e período período de responsabilidade responsabilidade – Fase 3 _______________ ___________________ ____ 32 1.2.5.4. Descriç Descrição ão da operação _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ________ 33 1.2.5.5. Vantagens Vantagens e desvantagens do método _______________ _______________________ ________________ ____________ ____ 33 1.2.6. Métodos Métodos de lavra com água água _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ___________ ___ 34 CAPÍTULO 2.

Planejamento de Lavra Lavra a Céu Aberto Aberto ________________ ________________________ ________________ ___________ ___ 35

2.1. Otimização de cava a céu aberto ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ ________ 35 2.1.1. Relação Relação estéril-minério estéril-minério (REM) ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ ________ 36 2.1.2. Exercícios Exercícios propostos____________ propostos____________________ ________________ ________________ ________________ ________________ ____________ ____ 39 2.1.3. Definição Definição de teor de corte___________________ corte___________________________ ________________ _______________ _______________ __________ __ 39 2.1.3.6. Exercícios Exercícios propostos ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ __________ 39 2.1.4. Definição de teor de corte segundo algoritmo de Lane (texto traduzido de (Hustrulid and Kuchta 1995)______________________ 1995)______________________________ ________________ ________________ _______________ _______________ ______________ ______ 40 2.1.4.7. Definição do Modelo ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ __________ 40 2.1.4.8. Equações Equações básicas _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ____________ ____ 41 2.1.5. Definição Definição de vida útil útil do projeto projeto (Regra (Regra de Taylor) Taylor) ________________ ________________________ ________________ ________ 42 2.1.5.9. Exercícios Exercícios propostos ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ __________ 42 2.1.6. Definição Definição de valor valor econômico econômico de um bloco bloco _______________ _______________________ ________________ _______________ _______ 42 2.1.7. Principais Principais algoritmos algoritmos ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ ________________ ________ 43 2.1.7.10. 2.1.7.10. Cones Flutuantes__________ Flutuantes__________________ ________________ ________________ ________________ ________________ __________ 43 2.1.7.11. 2.1.7.11. Korobov ________________ ________________________ ________________ ________________ _______________ _______________ ___________ ___ 45 2.1.7.12. 2.1.7.12. Lerchs-Grossmann Lerchs-Grossmann – 2D ________________ ________________________ ________________ ________________ _____________ _____ 47 2.1.7.13. 2.1.7.13. Exercícios Exercícios propostos _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ __________ 51 2.2. Operacionalização de cava a céu céu aberto _______________ _______________________ ________________ ________________ ___________ ___ 55 Prof. Rodrigo Peroni

2


Índice CAPÍTULO 1.

Introdução à lavra a céu aberto aberto ________________ ________________________ ________________ ________________ __________ 8

1.1. Histórico _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ _______________ _______________ _______________ _______ 8 1.2. Métodos de lavra a céu aberto _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ____________ ____ 8 1.2.1. Lavra em cava (open pit mining)___________ mining)___________________ ________________ ________________ ________________ _____________ _____ 9 1.2.1.1. Vantagens Vantagens e desvantagens do método _______________ _______________________ ________________ ____________ ____ 11 1.2.2. Lavra Lavra de rocha ornamental ornamental (quarry mining) mining) _______________ _______________________ ________________ _______________ _______ 12 1.2.2.2. Técnicas Técnicas de corte _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ____________ ____ 14 1.2.2.2.1. 1.2.2.2.1. Métodos cíclicos_____________________ cíclicos_____________________________ ________________ ________________ ____________ ____ 14 1.2.2.2.2. 1.2.2.2.2. Métodos continuos _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ________ 15 1.2.3. Lavra Lavra por lançamento ou lavra em tiras (Open (Open Cast Mining or Strip Mining)_____________ Mining)_____________ 16 1.2.3.1. Mineração Mineração por área (Area mining)_____________________ mining)_____________________________ _______________ __________ ___ 19 1.2.3.1.1. 1.2.3.1.1. Regulamentações Regulamentações _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ________ 19 1.2.3.1.2. 1.2.3.1.2. Operação ________________ ________________________ ________________ ________________ _______________ ______________ _______ 20 1.2.3.1.3. 1.2.3.1.3. Problemas Problemas ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ _____________ _____ 20 1.2.3.1.4. 1.2.3.1.4. Planejamento, Planejamento, mobilizaç mobilização ão e corte corte pioneiro pioneiro - Fase Fase 1 ________________ ____________________ ____ 21 1.2.3.1.5. 1.2.3.1.5. Descrição Descrição da Operação _______________ _______________________ ________________ ________________ ____________ ____ 22 1.2.3.1.6. 1.2.3.1.6. Operações modificadoras modificadoras do meio ambiente_______________ ambiente_______________________ ____________ ____ 23 1.2.3.1.7. 1.2.3.1.7. Operações Operações de mineração mineração e recuperação recuperação simultânea simultânea - Fase 2 _____________ _____________ 23 1.2.3.1.8. 1.2.3.1.8. Descrição Descrição da Operação _______________ _______________________ ________________ ________________ ____________ ____ 24 1.2.3.1.9. 1.2.3.1.9. Recuperação Recuperação Final e Período de responsabilidade responsabilidade - Fase 3 _______________ _______________ 25 1.2.3.1.10. 1.2.3.1.10. Descrição Descrição da Operação ________________ ________________________ _______________ _______________ ___________ ___ 26 1.2.4. Mineração Mineração de Contorno ________________ ________________________ ________________ _______________ _______________ ______________ ______ 27 1.2.4.1. Pré-Regulamentaçã Pré-Regulamentação_____________ o_____________________ ________________ ________________ ________________ ____________ ____ 27 1.2.4.2. Operação________ Operação ________________ ________________ ________________ ________________ _______________ _______________ ___________ ___ 28 1.2.4.3. Problemas Problemas ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ ________________ __________ 28 1.2.4.4. Recuperaçã Recuperaçãoo final e período de responsabiildad responsabiildades es – Fase 3 _______________ __________________ ___ 29 1.2.4.5. Descrição Descrição da d a Operação _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ________ 30 1.2.5. Lavra de topo ________________ ________________________ ________________ ________________ _______________ _______________ ______________ ______ 31 1.2.5.1. Operação Operação e recuperação recuperação concomitante concomitante – Fases Fases 1 e 2 _______________ _______________________ ________ 31 1.2.5.2. Descriç Descrição ão da operação _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ________ 31 1.2.5.3. Recuperação Recuperação final e período período de responsabilidade responsabilidade – Fase 3 _______________ ___________________ ____ 32 1.2.5.4. Descriç Descrição ão da operação _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ________ 33 1.2.5.5. Vantagens Vantagens e desvantagens do método _______________ _______________________ ________________ ____________ ____ 33 1.2.6. Métodos Métodos de lavra com água água _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ___________ ___ 34 CAPÍTULO 2.

Planejamento de Lavra Lavra a Céu Aberto Aberto ________________ ________________________ ________________ ___________ ___ 35

2.1. Otimização de cava a céu aberto ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ ________ 35 2.1.1. Relação Relação estéril-minério estéril-minério (REM) ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ ________ 36 2.1.2. Exercícios Exercícios propostos____________ propostos____________________ ________________ ________________ ________________ ________________ ____________ ____ 39 2.1.3. Definição Definição de teor de corte___________________ corte___________________________ ________________ _______________ _______________ __________ __ 39 2.1.3.6. Exercícios Exercícios propostos ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ __________ 39 2.1.4. Definição de teor de corte segundo algoritmo de Lane (texto traduzido de (Hustrulid and Kuchta 1995)______________________ 1995)______________________________ ________________ ________________ _______________ _______________ ______________ ______ 40 2.1.4.7. Definição do Modelo ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ __________ 40 2.1.4.8. Equações Equações básicas _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ____________ ____ 41 2.1.5. Definição Definição de vida útil útil do projeto projeto (Regra (Regra de Taylor) Taylor) ________________ ________________________ ________________ ________ 42 2.1.5.9. Exercícios Exercícios propostos ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ __________ 42 2.1.6. Definição Definição de valor valor econômico econômico de um bloco bloco _______________ _______________________ ________________ _______________ _______ 42 2.1.7. Principais Principais algoritmos algoritmos ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ ________________ ________ 43 2.1.7.10. 2.1.7.10. Cones Flutuantes__________ Flutuantes__________________ ________________ ________________ ________________ ________________ __________ 43 2.1.7.11. 2.1.7.11. Korobov ________________ ________________________ ________________ ________________ _______________ _______________ ___________ ___ 45 2.1.7.12. 2.1.7.12. Lerchs-Grossmann Lerchs-Grossmann – 2D ________________ ________________________ ________________ ________________ _____________ _____ 47 2.1.7.13. 2.1.7.13. Exercícios Exercícios propostos _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ __________ 51 2.2. Operacionalização de cava a céu céu aberto _______________ _______________________ ________________ ________________ ___________ ___ 55 Prof. Rodrigo Peroni

2


2.2.8. Exercícios Exercícios propostos____________ propostos____________________ ________________ ________________ ________________ ________________ ____________ ____ 56 2.3. Sequenciamento de lavra _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ _______________ _______ 56 CAPÍTULO 3.

Operação de lavra e dimensionamento dimensionamento de equipamentos _______________ __________________ ___ 61

3.1. Projeto e Configuração de acessos e rampas a céu aberto _______________ _______________________ ___________ ___ 61 3.2. Dimensionamento de equipamentos de carregamento e transporte ________________ ___________________ ___ 64 3.2.1. Unidade discreta de carregamento_____________ carregamento_____________________ ________________ ________________ ________________ ________ 67 3.3. Tempo Tempo de ciclo de caminhões _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ___________ ___ 69 3.4. Posicionamento e carregamento ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ ________ 70 3.4.2. Tempo de viagem ________________ _______________________ _______________ ________________ ________________ ________________ ___________ ___ 73 3.4.3. Tempo Tempo de manobra manobra e descarga descarga _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ________ 74 3.4.4. Esperas______________________ Esperas______________________________ ________________ ________________ ________________ ________________ ____________ ____ 74 3.4.5. Atrasos Atrasos ________________ _______________________ _______________ ________________ ________________ ________________ ________________ ___________ ___ 75 3.4.6. Tempo Tempo de ciclo ciclo total ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ ________________ ________ 75 3.5. Taxa de produção e dimensionamento de frota ________________ ________________________ ________________ ____________ ____ 75 3.5.7. Combinação Combinação de caminhões e equipamento equipamento de carregamento carregamento ________________ ________________________ ________ 75 3.5.8. Disponibilidade e utilização___________ utilização___________________ ________________ ________________ ________________ ________________ ________ 76 3.5.9. Produção_________________ Produção_________________________ ________________ ________________ ________________ ________________ ________________ ________ 78 3.6. Número de caminhões necessários _______________ _______________________ ________________ ________________ _______________ _______ 80 3.7. Caminhões fora de estrada estrada (off road truck) ________________ ________________________ ________________ _______________ _______ 83 3.8. Escavadeiras Escavadeiras (shovel) ________________ ________________________ ________________ ________________ _______________ _______________ __________ __ 83 3.9. Retroescavadeira (excavator) _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ____________ ____ 83 3.10. Carregadeiras (front end end loader) loader) _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ________ 84 3.11. Perfuratrizes (drill) _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ________________ ____________ ____ 86 3.12. Trator de esteira (bulldozer) _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ____________ ____ 86 3.13. Dragline _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ _______________ _______________ ______________ ______ 93 3.14. Equipamentos auxiliares _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ _______________ _______ 93 3.15. Fabricantes (supplier) ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ ________________ ________ 94 CAPÍTULO 4.

Projeto e dimensionamento de pilha de estéril ________________ ________________________ ___________ ___ 95

4.1. Estimativa de volume de material estéril estéril _______________ _______________________ ________________ ________________ ___________ ___ 95 4.2. Estudo locacional_____________ locacional_____________________ ________________ ________________ ________________ ________________ ________________ ________ 95 4.3. Estimativa de distribuição granulométrica ________________ ________________________ ________________ ________________ ________ 95 4.4. Caracterização geoquímica do material estéril estéril________ ________________ _______________ _______________ ______________ ______ 95 4.5. Estratégia de gerenciamento gerenciamento do material estéril ________________ ________________________ ________________ ___________ ___ 95 4.6. Configuração e drenagem das pilhas ________________ ________________________ ________________ ________________ ____________ ____ 95 4.7. Análise de estabilidade ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ ________________ ________ 95 CAPÍTULO 5.

Sistema Sistema de transporte transporte contínuo ________ ____________ ________ ________ ________ ________ ________ ________ ______ __ 106

5.1. Introdução _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ________________ ________________ ___________ ___ 106 5.2. Tipos de transportadores _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ______________ ______ 106 5.3. Correias transportadoras _______________ _______________________ ________________ ________________ ________________ ______________ ______ 106 5.4. Componentes ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ ________________ _______________ _______ 106 5.5. Acessórios ________________ _______________________ _______________ ________________ ________________ ________________ ________________ __________ __ 108 5.6. Tipos e usos ________________ ________________________ ________________ ________________ ________________ _______________ _______________ __________ 109 Prof. Rodrigo Peroni

3


5.7. Dimensionamento ___________________________________________________________ 109 5.8. Exercício ___________________________________________________________________ 109 CAPÍTULO 6.

Projeto de cava a céu aberto usando DATAMINE Studio __________________ 114

6.1. Exercícios genéricos _________________________________________________________ 114 6.2. Elementos para execução dos exercícios usando o DATAMINE Studio v2.0 ___________ 115 6.2.1. Comandos de visualização __________________________________________________ 115 6.2.2. Criação de string__________________________________________________________ 116 6.2.3. Definição de atributos (COLOUR) ____________________________________________ 116 6.2.4. Clique com botão esquerdo x clique com botão direito ____________________________ 117 6.2.5. Definição de ângulo de face de talude _________________________________________ 117 6.2.6. Definição de largura de berma _______________________________________________ 118 6.2.7. Definição de cota da string de fundo de cava____________________________________ 119 6.2.8. Projeção da string de crista _________________________________________________ 119 6.2.9. Projeção da string de pé ____________________________________________________ 120 6.3. Exercício respeitando definições de cava ótima e geometria de cava_________________ 123 CAPÍTULO 7. Referências _______________________________________________________ 130

Prof. Rodrigo Peroni

4


Lista de figuras Figura 1 – Sequência de evolução dos métodos de lavra a céu aberto. ___________________ 11 Figura 2 – Lavra de rocha ornamental em bancadas altas. _____________________________ 12 Figura 3 – Lavra de rocha ornamental em bancadas baixas. ____________________________ 13 Figura 4 – Métodos de avanço de lavra em rocha ornamental. __________________________ 13 Figura 5 – Disposição típica de equipamentos e frentes de lavra em pedreira de rocha ornamental. _______________________________________________________ 14 Figura 6 – Configuração típica de lavra por lançamento usando uma bucket whell excavator._________________________________________________________ 16 Figura 7 – Configuração típica de lavra por lançamento usando dragline para remoção de material de cobertura. _______________________________________________ 17 Figura 8 - Configuração típica de lavra por lançamento usando dragline para remoção de material de cobertura. _______________________________________________ 17 Figura 9 – Configuração típica de lavra por lançamento usando dragline para remoção de material de cobertura. _______________________________________________ 18 Figura 10 – Configuração típica da fase de operação de um depósito lavrado pelo método de mineração por área. ________________________________________ 20 Figura 11 – Configuração típica de um depósito em fase de planejamento e abertura do corte pioneiro em mineração por área. __________________________________ 22 Figura 12 – Cofiguração típica de mineração por área em sua fase recuperação e lavra simultânea. ________________________________________________________ 24 Figura 13 – Configuração típca de mineração por área em seu estágio de recuperação final. _____________________________________________________________ 26 Figura 14 – Configuração típica de lavra em contorno em fase de desenvolvimento e operação. _________________________________________________________ 28 Figura 15 – Configuração típica de lavra em contorno em sua fase de recuperação final. _____ 30 Figura 16 – Configuração típica de lavra em topo em fase de desenvolvimento e operação. _________________________________________________________ 31 Figura 17 – Configuração final do terreno após reabilitação da lavra de topo._______________ 33 Figura 18 – Modelo de blocos conceitual. ___________________________________________ 35 Figura 19 – Relação estéril minério ________________________________________________ 36 Figura 20 – Incremento na escavação de estéril para aprofundamento da cava. ____________ 37 Figura 21 – Cavas incrementais com o aprofundamento do minério.______________________ 37 Figura 22 – Representação da REM decrescente ____________________________________ 38 Figura 23 – Representação da REM crescente. ______________________________________ 38 Figura 24 – Método da REM constante. ____________________________________________ 39 Figura 25 – Remoção do primeiro cone positivo. _____________________________________ 43 Figura 26 – Remoção do segundo cone positivo. _____________________________________ 43 Figura 27 – Remoção do terceiro cone positivo.______________________________________ 44 Figura 28 – Cava final otimizada pelo método dos cones flutuantes. ______________________ 44 Figura 29 – Cone individual 1 não lucrativo. _________________________________________ 44 Figura 30 – Cone individual 2 não lucrativo. _________________________________________ 44 Figura 31 – Superposição de cones não lucrativos tornando-se uma cava lucrativa. _________ 44 Figura 32 – Seqüência de otimização mostrando a obtenção da cava com maior retorno financeiro._________________________________________________________ 45 Figura 33 – Resolução do problema de otimização de cava pelo método de Korobov. ________ 45 Figura 34 – Adição dos primeiros blocos ao conjunto de soluções. _______________________ 45 Figura 35 – Atualização dos blocos da segunda linha. _________________________________ 45 Figura 36 - Atualização dos blocos do segundo nível. _________________________________ 45 Figura 37 - Atualização dos blocos do terceiro nível___________________________________ 46 Figura 38 - Atualização dos blocos do quarto nível. ___________________________________ 46 Figura 39 – Inclusão dos blocos do quarto nível. _____________________________________ 46 Figura 40 - Cava final para o método de Korobov. ____________________________________ 47 Figura 41 – Configuração Geometria do corpo mineral. ________________________________ 47 Figura 42 - Modelo de blocos inicial valorizado economicamente.________________________ 48 Figura 43 - Modelo de blocos econômico final. _______________________________________ 48 Figura 44 - Soma cumulativa por colunas. __________________________________________ 48 Prof. Rodrigo Peroni

5


Figura 45 - Procedimento para definir o máximo valor cumulativo e maximizar a direção. _____ 49 Figura 46 - Progressão do processo de soma até a coluna 7. ___________________________ 49 Figura 47 - O processo de soma se estende para toda a seção. _________________________ 50 Figura 48 - Determinação da cava ótima. ___________________________________________ 50 Figura 49 - Limite otimizado superposto ao modelo de blocos. __________________________ 50 Figura 50 – Elementos geométricos de uma cava a céu aberto. _________________________ 55 Figura 51 – Geometria de cava operacional com rampas. ______________________________ 56 Figura 52 – Ângulos de talude atenuados até a interceptação do limite de cava. ____________ 59 Figura 53 – Intervalo de distância de transporte tipica para diferentes equipamentos de transporte aplicados em movimentação de material a céu aberto. _____________ 70 Figura 54 – Layout de janelas da interface do DATAMINE Studio v2.0.____________________ 115 Figura 55 – Barra de ferramentas de controle de visualização (view control) _______________ 116 Figura 56 – Acesso ao menu e barra de ferramentas de edição de pontos e strings. _________ 116 Figura 57 – Acesso ao menu de edição de atributos de strings. _________________________ 117 Figura 58 – Acesso ao menu de definição de ângulo de projeção de strings. _______________ 117 Figura 59 – Acesso ao menu de projeção de strings via ferramentas de design de cava.______ 118 Figura 60 – Acesso ao menu de controle de visualização de barras de ferramentas. _________ 118 Figura 61 – Acesso ao menu de contrle e definição de largura de berma.__________________ 118 Figura 62 – Barra de ferramentas “open pit” para definição de largura de berma.____________ 119 Figura 63 – Janela de interação para definição da largura de berma. _____________________ 119 Figura 64 – Alternativa para definição de plano de digitalização e “snap” ao ponto definida nas coordenadas digitadas. ____________________________________ 119 Figura 65 – Acesso à ferramenta de “Road Contour” via menu e/ou via barra de ferramentas open pit. ________________________________________________ 120 Figura 66 – Janela de interação para definição do nível em que o contour será criado. _______ 120 Figura 67 – Acesso à criação de berma via barra de ferramentas “open pit”. _______________ 120 Figura 68 – Aspecto visual de string original, string projetada na bancada definida e berma. ___________________________________________________________ 121 Figura 69 – Prejeção de strings com diferentes ângulos em diferentes setores da cava. ______ 122 Figura 70 – Menu de acesso à projeção de string. ____________________________________ 122 Figura 71 – Janela1 de output com interação com o usuário. ___________________________ 123 Figura 72 - Janela1 de output com interação com o usuário. ____________________________ 123 Figura 73 – Menu de contexto ao clicar com o botão direito do mouse na janela de design. ___________________________________________________________ 123 Figura 74 124 Figura 75 124 Figura 76 125 Figura 77 – Janela de interação para definição do novo ângulo de projeção. _______________ 125 Figura 78 – Acesso ao menu para conversão de corte do wireframe para string. ____________ 125 Figura 79 – Eliminação de cruzamentos dentro de strings. _____________________________ 125 Figura 80 – Menu de controle de barra de ferramentas.________________________________ 126 Figura 81 – Janela de interação para definição da elevação de criação do contour. __________ 126 Figura 82 126 Figura 83 127 Figura 84 127 Figura 85 128


6


Lista de tabelas Tabela 1 – Métodos de lavra a céu aberto. __________________________________________ 9 Tabela 2 – Cálculo das somas cumulativas para a coluna 6. ____________________________ 48 Tabela 3 – Comparação entre cenários ____________________________________________ 58 Tabela 4 – Fator de enchimento de concha conforme o tipo de material ___________________ 67 Tabela 5 – Tempos parcias do ciclo de carregamento para carregadeira frontal. ____________ 68 Tabela 6 – Ciclos de trabalho típicos para carregadeiras frontais. ________________________ 71 Tabela 7 – Fatores de enchimento de concha típicos para diferentes materiais._____________ 72 Tabela 8 – Tempo de ciclo típico para escavadeira frontal em condições severas de trabalho. __________________________________________________________ 73 Tabela 9 – Tempo de ciclo baseado em caminhões de 109 t de carga real. ________________ 76 Tabela 10 – Distribuição de tempos de paradas programadas, sem esperas programadas. ___ 76 Tabela 11 – Distribuição real de tempos de caminhões sem esperas programadas. _________ 76 Tabela 12 - Dados de produção da frota de caminhões. _______________________________ 78 Tabela 13 – Produção da frota para o caso C baseado em probabilidade de 0.9606._________ 79 Tabela 14 – Distribuição real de tempos da frota de caminhões para uma produção de 9072t por turno. _________________________________________________________ 79 Tabela 15 – Produção do sistema de carregamento e transporte. ________________________ 80


7


CAPÍTULO 1.

I NTRODUÇÃO À LAVRA A CÉU ABERTO

A evolução dos métodos de mineração tem feito com que cada vez mais a da extração se torne mais eficiente e teores cada vez mais baixos tornem-se aproveitáveis do ponto de vista econômico. A evolução das tecnologias está vinculada a dois aspectos principais, a capacidade de fragmentação de rochas e a movimentação do material fragmentado. A redução de custos na fragmentação está em muito relacionada à introdução de explosivos para fragmentação de rochas, que até o presente momento não possui substituto à altura quando falamos em custos por tonelada, é claro reservadas as situações onde os explosivos possuem suas limitações (principalmente do ponto de vista ambiental). Do ponto de vista de movimentação de material, a tendência tem sido a produção de equipamentos cada vez maiores e mais eficientes, o que permite pela regra geral da economia de escala que sejam lavrados minérios com custos de produção mais baixos, o que significa lavrar depósitos ou painéis de lavra ou mesmo blocos com menores teores. Além disso depósitos que em épocas passadas eram somente passíveis de explotação econômica via métodos subterrâneos, passam a ser viáveis economicamente por métodos de lavra a céu aberto.

1.1. Histórico A mineração ao lado da agricultura tem sido a atividade de empenho desde os primórdios da humanidade, sendo classificadas como atividades primárias da civilização humana. Para expressar a importância fundamental da mineração tanto na cultura antiga como moderna podemos relembrar que a natureza provê fontes limitadas de recursos para geração de riqueza. Desde a pré história a mineração tem estado presente e tem sido essencial para a existência do homem, aqui o termo mineração é utilizado no seu contexto mais amplo englobando a extração de todas as ocorrências naturais de substâncias minerais sejam sólidas, líquidas ou gasosas para uso e satisfação de necessidades e desejos dos seres humanos. De fato muitas das idades culturais do ser humano estão vinculadas e associadas por minerais ou seus derivados. Por exemplo a referência da Idade da Pedra (anterior a 4000 A.C.), Idade do Bronze (4000 a 1500 A.C), a Idade do Ferro (1500 A.C a 1780 D.C.). Além do fato de que as grandes descobertas da Idade Média, Moderna e Contemporânea foram motivadas por interesses econômicos e domínio de territórios com a finalidade de novas descobertas minerais.

1.2. Métodos de lavra a céu aberto A lavra de depósitos de minerais metálicos, industriais e agregado para a construção civil onde os operários não são expostos ao ambiente subterrâneo com enclausuramento das operações, é denominada de lavra a céu aberto. As técnicas de lavra a céu aberto podem ser subdivididas em duas grandes classes e subdivididos em métodos específicos conforme apresentado na Tabela 1. Prof. Rodrigo Peroni


Tabela 1 – Métodos de lavra a céu aberto. Classe Método Mecânica Lavra em cava Lavra por lançamento Lavra de rocha ornamental Lavra de encosta Em presença de água Desmonte hidráulico Dragagem Lixiviação Dissolução

Dentre os métodos citados os métodos da classe mecânica respondem por mais de 90% da produção mundial de minério e ainda dentre esses os dois primeiros têm um significado especial pela importância e variedade de aplicações em que podem ser empregados. Amplamente aplicados a lavra em cava e a lavra por lançamento aplicam o ciclo convencional de operações para extrair minério, onde a fragmentação é usualmente executada por perfuração e desmonte com explosivos, seguido pelo manuseio do material com as operações de escavação e transporte. 1.2.1. LAVRA EM CAVA ( OPEN PIT MINING ) Na lavra em cava todo material de cobertura é removido e transportado para uma área de depósito, de maneira a descobrir o minério. Ambos, remoção do material de cobertura e minério de interesse são conduzidos na forma de forma de bancadas. Um depósito profundo ou espesso, típico de minérios metálicos requerem diversas bancadas e assemelha-se (grosseiramente) a um formato piramidal ou cônico invertido, onde cada aprofundamento de bancada possui um raio menor pois devem ser considerados fatores de estabilidade de taludes que impõem condições de segurança para que haja o aprofundamento da cava. De outra maneira, uma única bancada pode ser suficiente para lavrar um depósito de carvão por exemplo e seu material de recobrimento. O fato de termos diversas bancadas expostas garante também a existência de diversas frentes de lavra permitindo que seja feita uma operação contínua e sustentável, além de permitir flexibilidade de operações. Após o avanço da descobertura para exposição do minério, as operações de remoção de estéril e lavra de minério são coordenadas de maneira que os lucros irão pagar pelos custos, ao mesmo tempo que os objetivos de longo prazo são respeitados. As bancadas individuais são projetadas de maneira a acomodar os equipamentos de movimentação de material utilizados para lavrar o depósito. A altura da bancada é limitada pelo alcance da escavadeira. A largura de bancada deve ser suficiente para acomodar o material fragmentado a partir do desmonte além de possuir espaço de manobra suficiente para equipamento de escavação e transporte. Os ângulos de talude são determinados por características intrínsecas do material escavado (mecânica de rochas e mecânica de solos) Pela sua própria natureza, a operação em cava envolve o transporte de quantidades moderadas a grandes de material estéril e minério para fora da cava, a distâncias relativamente longas e a declividades elevadas. Esses requerimentos afetam a configuração da cava, a seleção dos equipamentos e as razões de produção requeridas. Devido ao fato de teores de minério serem normalmente baixos, a produtividade de equipamentos deve ser elevada e as razões de descobertura devem ser mantidas a níveis modestos (normalmente de 0 a 5 m3 /t), assim os limites de profundidade são intermediários, geralmente não ultrapassando 300 m (Atkinson 1983). O constante desenvolvimento tecnológico dos equipamentos com a redução progressiva dos custos operacionais tem permitido que esse limite tenha sido ultrapassado e cada vez maiores profundidades têm sido atingidas em lavra a céu aberto. • • •

• •

Os maiores passos no desenvolvimento do método são os seguintes: Limpeza do terreno; Locação de pilhas de estéril e barragens de rejeito; Estrutura de apoio deve estar locada nas proximidades da cava (ponto de descarga, pilhas de estoque, planta de beneficiamento, etc); Seleção e aquisição de equipamentos conforme a necessidade; Descobertura inicial para exposição do minério;

Combinação de descobertura com lavra propriamente dita do minério de acordo com os planos de custo e longo prazos definidos; Prof. Rodrigo Peroni

9


O estabelecimento da primeira bancada e de cada bancada posterior no estéril ou no minério é sempre uma operação crítica. O ponto de entrada, ou o corte inicial é chamado de corte pioneiro ou corte caixão (do inglês box cut). Em termos de consumo de explosivos, se esse for necessário, o rebaixamento da superfície demanda sempre uma quantidade maior de explosivos do que as quantidades e razões de carga utilizadas para a operação normal de desmonte de rocha em bancada. Dentro do ciclo de operações podemos distinguir três principais: Remoção de estéril – o processo de remoção de estéril envolve a movimentação de material para exposição do corpo mineralizado bem como a moviemntação de material com teores abaixo do teor econômico (teor de corte). As operações unitárias envolvem perfuração e desmonte (se for necessário o uso de explosivos, senão desmonte mecânico pode ser uma alternativa), escavação e carregamento. Lavra do minério (ou material de interesse) – o ciclo de operações é muito semelhante ao ciclo de operações empregado no processo de remoção de estéril. Quanto mais semelhante for a rocha estéril da rocha hospedeira da mineralização mair será a similaridade das operações de remoção de estéril e lavra de minério, de maneira que possa ser empregada a mesma frota de equipamentos e técnicas de desmonte, escavação e transporte para ambos. Adiciona-se a esta operação, para casos onde a produndidade da cava torna-se fator significativo o transporte vertical ou içamento, para vencer com maior eficiência a grande diferença de nível entre os níveis inferiores da cava e a superfície, onde está instalada a planta de beneficiamento, evitando custos excessivos com a aquisição de equipamentos de transporte (caminhões por exemplo) em excesso para suprir a elevada distância de transporte existente. Operações auxiliares – dentre as operações auxiliares estão envolvidas uma extensa gama de áreas que demonstram a interação entre as diversas áreas da empresa na complementação das operações de lavra propriamente ditas, conforme apresentadas no itens anteriores: Saúde e segurança; Controle e monitoramento do meio ambiente; Controle de terreno; Abastecimento de energia e água; Gerenciamento de águas superficiais e subterrâneas; Disposição de estéril; Suprimento de material de operação; Manutenção e reparo; Iluminação; Sistema de comunicação e despacho; Construção e manutenção de acessos e estradas; Transporte de pessoal. • • • • • • • • • • • •

Dependendo da natureza do corpo mineralizado, condições geológicas e geotécnicas e fatores tecnológicos, variações do método são possíveis, com as diferenças sendo principalmente associadas com o projeto de cava e equipamentos de lavra, pois a sequência básica de desenvolvimento e ciclo de operações são muito similares (Figura 1)


10


Figura 1 – Sequência de evolução dos métodos de l avra a céu aberto. Figura 6.3 pag 185 – Hartman.

1.2.1.1. V ANTAGENS E DESVANTAGENS DO MÉTODO Entre as principais vantagens, podemos citar que é um método de lavra que pode ser aplicado a praticamente qualquer tipo de mineralização e corpo mineral, é um método que permite elevado nível de mecanização e portanto produtividades elevadas podem ser obtidas, principalmente pela escala de produção, apesar do método ser empregado também em operações de pequeno porte. O método é relativamente flexível, podendo variar a escala de produção conforme demanda, ainda que incorra em variação de investimentos no caso de aumento ou imobilização de capital em caso de redução de produção. Em termos de aproveitamento do depósito praticamente a recuperação fica próxima de 100%, à excessão das áreas vizinhas aos limites de cava econômica, com baixa diluição. É um método que pela sua natureza, é menos agreesivo que qualquer método subterrâneo evitando a exposição aos riscos inerentes à esse tipo de operações. Como desvantagens do método, podemos citar que é limitado pela profundidade, onde o limite tecnológico estabelece a limitação do equipamento e limites econômicos determinam a relação estéril-minério máxima. Pela característica de mecanização e razão de produção elevada, é um método que exige elevados investimentos de capital. O fato de ser uma operação a céu aberto exige Prof. Rodrigo Peroni

11


que seja feita uma recuperação da área degradada, o que incide em aumento dos custos operacionais. Para que se justifiquem os baixos custos de produção pelo efeito escala, deve se tratar de depósitos de grandes dimensões ou de elevados teores. A estabilidade de taludes é fundamental para a continuidade das operações ao longo da vida útil da mina, assim manutenção de bancadas e monitoramento periódico dos taludes deve ser uma constante ao longo do projeto. O gerenciamento de águas e drenagem da cava são essenciais para o avanço em profundidade, principalmente em regiões de alta precipitação ou de lavra abaixo do nível freático. Deve ter disponibilidade de áreas para disposição de estéril. 1.2.2. LAVRA DE ROCHA ORNAMENTAL ( QUARRY MINING ) Lavra de rocha ornamental consiste na produção de blocos prismáticos que são grosseiramente de dimensões e formas regulares. Esse tipo de lavra se assemelha ao método de lavra em cava, porém as bancadas (também chamadas de faces) são menores e aproximadamente verticais. O método é extremamente restrito à rochas com aplicação para pisos, revestimentos e decorativo na indústria civil, rochas ornamentais típicas são granitos, gneisses, gabros, mármores, calcáreos, arenitos, ardósias. A ordem listada está aproximadamente relacionada com a dificuldade de cortar a rocha e consequentemente com os custos associados no corte desse tipo de rocha. Pela dificuldade de corte e custos associados com essa operação, lavra de rocha ornamental é extremamente dispendiosa (custo por tonelada em média 30 a 50 vezes maior do que o custo por tonelada de lavra em cava) , sendo o método de lavra a céu aberto de maior custo unitário. É também um método altamente seletivo e de escala reduzida com baixas produtividade. As propriedades que tornam um depósito de rocha ornamental econômico são referentes muitos mais às propriedades físicas do que químicas do material. Entre as propriedades físicas estão incluídas cor e aparência, competência, uniformidade, textura, resistência, ausência de defeitos, fraturas e descontinuidades. A sequência de desenvolvimento também é extremamente particular desse tipo de depósito. Primeiramente é feita uma limpeza da área a ser lavrada, instalação das estruturas físicas de apoio necessárias à lavra. A geração de material estéril é substancial, portanto a disponibilidade de áreas de disposição de estéril próximas à área de lavra é importante. A remoção do material estéril de cobertura para exposição do maciço rochoso além da porção intemperizada da rocha, com o uso de explosivos se necessário. Em termos de lavra as variações do método estão vinculadas ao tipo de afloramento e ao tipo de corte empregado para seccionamento dos blocos. Dentre as variações e casos particulares de lavra de rochas ornamentais destaca-se os seguintes: Lavra por bancadas Bancadas altas

Figura 2 – Lavra de rocha ornamental em bancadas altas.

Bancadas baixas


12


Figura 3 – Lavra de rocha ornamental em bancadas baixas.

Lavra por painéis verticais Lavra por desmoronamento Lavra em cava Lavra de matacos

Figura 4 – Métodos de avanço de lavra em rocha ornamental.


13


Figura 5 – Disposição típica de equipamentos e frentes de lavra em pedreira de rocha ornamental. figura 6.5 pag 190 Hartman 1987

1.2.2.2. T ÉCNICAS DE CORTE Existem basicamente dois grupos de técnicas de corte, a saber (Mata 2003): 1.2.2.2.1. Métodos cíclicos As tecnologias de cortes cíclicos exigem a execução de furos na rocha para o desmonte. Alguns com utilização de explosivos de baixa velocidade de choque. Já as tecnologias de corte contínuo não realizam furação. Abaixo definiremos os principais tipos de cortes usados para desmonte. Perfuração e explosivo Consiste em perfurar a rocha com martelete pneumático em furos coplanares e paralelos com espaçamento correspondente entre 8 e 20 vezes o diâmetro dos furos. Nos furos podem ser colocados explosivos tipo pólvora negra, nitrato de amônia, cordel detonante e cartuchos explosivos de baixa velocidade de choque. Os furos de diâmetros entre 3,2 cm e 3,4cm devem ficar espaçados de 26 a 70cm, e receber a carga de explosivo adequada, de forma que o plano de fogo seja suficiente para isolar uma fatia de rocha, visando o esquadrejamento ou novas subdivisões sem danificar o material. Os cálculos devem considerar as características físicas e mecânicas das rochas para evitar maiores perdas no fogo, podendo usar, inclusive, software específicos que simulem um desmonte eficaz. Perfuração contínua - Trata-se da realização de várias perfuração bastante próximas ou adjacentes uma da outra, por equipamentos conhecidos como corta blocos (slot drill), onde são acoplados um ou mais marteletes pneumáticos que executam a operação simultânea, ao deslocar-se sobre uma espécie de trilho. A operação é conduzida através de rotação contínua e reversível com percussões sobre a broca promovendo uma fenda contínua por toda a linha de furo. Logo, aqui não se utiliza explosivos. Esta técnica provoca menos perda de material que a anterior, mas é muito custosa por causa da grande quantidade de brocas utilizadas. Divisão mecânica por cunhas - Consiste na perfuração da rocha por diversos furos separados linearmente em espaços curtos e posterior divisão com aplicação de cunhas, que posicionando-se entre palmetas (linguetas de metal), efetua-se percussão manualmente com a ajuda de uma marreta, até criar fissura e partir a rocha. Esta técnica causa atraso na produção já que pode durar muitas horas para partir determinadas rochas, diminuindo, assim, a produtividade da lavra. O custo da Prof. Rodrigo Peroni

14


perfuração é também alto em razão da quantidade de furos realizados e se a prancha rochosa for de grande tamanho, esses furos correm risco de sofrer desvios reduzindo a recuperação da mina. Divisão por agentes expansivos - O princípio é o mesmo da técnica anterior. Diferencia, entretanto, na substituição das cunhas por um tipo de massa auto expansiva (aplicadas nos furos) e no espaçamento que agora é ampliado (menos perfurações), resultando num melhor custo benefício durante a produção de blocos. O corte das pranchas não afetam a integridade física das rochas, gerando, assim, menos rejeito e aumentando a produção. 1.2.2.2.2. Métodos continuos Fio helicoidal e diamantado - Essas duas ferramentas de desmonte classificam-se entre aquelas de corte contínuo, cuja operação de desdobramento das pranchas não são interrompidas até atingir o ponto de alcance final do equipamento em determinado local do maciço. O fio helicoidal é composto de três fios de aço trançados em forma de helicóide, puxados por um motor e orientado por roldanas. Este é um equipamento usado normalmente para separar grandes pranchas de mármores, que são rochas relativamente macias, para após serem subdivididas com outras técnicas, até as dimensões de um bloco comercial. A operação de corte se faz em conjunto com uma lama abrasiva, composta de 70% de água e 30% de areia quartzosa. Esta lama é que corta o mármore, assim como também serve para resfriar o fio. A sua velocidade de corte é baixa (1 a 2 m2 / hora) e são necessários, no início do corte, 8 litros de água por minuto (Chiodi Filho, 1995). Atualmente este equipamento vem sendo substituído pelo fio diamantado que possui melhor desempenho. O fio diamantado é também tracionado por um motor com roldanas no sistema. Ele é composto por um fio de aço de 5mm de diâmetro, sobre o qual estão fixadas pérolas diamantadas de mais ou menos 10mm de diâmetro, responsáveis pelo corte da rocha. A quantidade de pérola depende da finalidade do fio: se for usado para mármore serão 30 a 32 pérolas por metro de fio; já no granito são comumente utilizadas 40 pérolas por metro de fio. A velocidade do fio diamantado é bastante superior ao do fio helicoidal, ou seja: nos travertinos 10 a 15m2 /h; nos Chama térmica (flame jet) - Trata-se de uma técnica que utiliza para desmonte de rochas um tipo de lança com bico que suporta a injeção de uma chama de até 2500°C. A chama é produzida por uma mistura de diesel e ar comprimido, aplicável em rochas silicatadas, de preferência naquelas que apresentam maior homogeneidade. O efeito do calor atinge principalmente o mineral de quartzo que possui 2 coeficientes distintos de dilatação. Simultaneamente ao corte utiliza-se água para resfriar a rocha e reduzir maiores perdas do material lapídeo. Esse tipo de técnica provoca cortes na rocha com espessuras de até 10 cm, sendo que a profundidade pode alcançar de 6 a 8m. O problema está nas laterais da rocha cortada, pois são normalmente danificadas por micro fraturas em até 30cm de cada lado, em razão do forte calor produzido pela chama. Isso faz aumentar as perdas de material durante o processo de extração. A velocidade do corte não é boa, ficando em torno de 1 m2 /h. A poluição sonora da operação é muito forte, atingindo até 130 decibéis. O consumo de diesel apresenta também desvantagem já que o aparelho precisa de 65 l/h, além de 10 m3 /h de ar comprimido a 0,7 MPa de pressões. Portanto, esta técnica leva desvantagem em relação ao custo operacional, a sua baixa produtividade e ao impacto gerado com a maior produção de rejeitos, além da forte poluição sonora. Apesar disso tudo, esta técnica é ainda aplicada com certa freqüência no Brasil. Cortador a corrente - A tecnologia usada com essa máquina consiste em efetuar cortes nas rochas estabelecendo uma sucessão de planos paralelos. Podem ser feitos planos de serragem verticais como também horizontais. Encontram-se dois tipos de equipamentos: - aqueles que operam sobre trilhos para pedreiras a céu aberto; - e aqueles que operam sobre colunas, muito utilizados nas lavras subterrâneas. Essas colunas funcionam como se fossem pequenos elevadores. Cujo objetivo é elevar o nível do corte na parede rochosa, com o deslocamento vertical da máquina sobre as colunas durante o seu funcionamento. O campo de ação dessas máquinas se estendem das pedras macias (carbonatadas) às pedras duras (silicatadas). Para as rochas macias as máquinas utilizam correntes providas de dentes de carbureto de tungstênio; já para as rochas duras os dentes dessas correntes contêm plaquetas de diamante. A máquina possui um braço que permite atingir até 4 metros de profundidade. O desempenho do cortador a corrente depende da rocha: se for de dureza alta o corte pode avançar em torno de 5 a 6 m2 /h, caso contrário o corte poderá atingir até 30 m2 /h. É uma técnica considerada limpa e produtiva em termos quantitativos e qualitativos. Jato d’água (waterjet) - Trata-se de uma técnica introduzida recentemente na extração de rochas ornamentais, funcionando por intermédio de um equipamento que através de uma bomba de alta pressão, ejeta um fio d’água a velocidades de 300 m/s a 500 m/s gerando pressões respectivas Prof. Rodrigo Peroni

15


entre 150 MPa a até 300 MPa, superior à maioria das resistências das rochas. Os parâmetros principais que influenciam na performance são: a pressão d’água, a sua vazão e a velocidade de corte. Essa técnica permite extrair blocos regulares com mais qualidade, aumentando bastante a recuperação ao contrário do que acontece com a maioria das explotações com explosivos. A erosão provocada pelo jato d’água está relacionada essencialmente com as micro descontinuidades das rochas, a saber: a porosidade, o tamanho dos grãos dos minerais constituintes, a composição mineralógica, o grau de meteorização e comportamento elástico. O consumo de água no pior dos casos fica em torno de 60 l/min (ref XXX do texto do DNPM SORIA e outros, 1995). 1.2.3. LAVRA POR LANÇAMENTO OU LAVRA EM TIRAS (O PEN C AST M INING OR S TRIP M INING ) A lavra por lançamento é um método de explotação de superfície usado essencialmente para carvão, que se assemelha ao método de lavra em cava porém difere em um único aspecto. O material de cobertura não é disposto para o depósito de estéril por meio de transporte por caminhões ou equipamentos que se deslocam por estradas e acessos e sim por lançamento direto seja por explosivos seja por equipamento de escavação (dragline). Dessa forma o manuseio de material consiste na escavação e transporte (por lançamento) geralmente combinados em uma única operação unitária e executada por um único equipamento. Por isso a diferenciação em um método único e o que faz do método uma técnica de alta produtividade e menor custo unitário dentre os métodos de ampla aplicação em lavra a céu aberto. Porém não é somente o fato de concentrar escavação e transporte em uma única operação que torna o método atrativo, o fato de permitir depositar o material estéril em áreas previamente mineradas significa que a taxa de exposição e prédescobertura em avanço é a mínima possível. Dessa maneira a operação de lavra propriamente dita, fica concentrada em uma área bastante restrita. Além disso, a deposição de material estéril na sua posição de destino final permite que seja feita a recomposição do terreno imediatamente após a lavra. Assim a produtividade da operação de lavra é determinada pelo equipamento de escavação de cobertura, pelo fato da utilização dos maiores equipamentos o número de frentes de lavra é extremamente limitada conferindo pouca flexibilidade para variações nos planos de lavra, bem como toda a produção é executada por um único equipamento, fragilizando a produção em casos de paradas, quebras e atrasos devido ao equipamento. Diferentemente do método em cava, o mesmo equipamento não pode ser utilizado para remoção de material estéril e lavra de minério. Como o processo de disposição por lançamento requer equipamentos específicos para a atividade que se propõem ao passo que a lavra propriamente dita do minério é executada por equipamentos convencionais de escavação e transporte usados na lavra em cava.

Figura 6 – Configuração típica de lavra por lançamento usando uma bucket whell excavator.


16


Figura 7 – Configuração típica de lavra por lançamento usando dragline para remoção de material de cobertura.

Figura 8 - Configuração típica de lavra por lançamento usando dragline para remoção de material de cobertura. Prof. Rodrigo Peroni

17


Figuras 6.9, 6.10 e 6.11 pag 196, 197 e 198 Hartman 1987 Pela característica dos depósitos onde são aplicados esse tipo de método (corpos planos, tabulares e extensos am área) e o padrão repetitivo, planos de lavra não necessitam ser tão elaborados quanto os planos de lavra em cava. Contudo em terrenos mais acidentados ou em situações de mergulho acentuado da camada mineralizada, o conhecimento do comportamento da relação estéril minério (REM) e a definição dos limites econômicos de lavra são fundamentais. Conforme comentado anteriormente o método de lavra determina seu desenvolvimento pela operação de descobertura, dessa forma a seleção do equipamento de remoção de estéril é uma decisão primordial, ficando a escolha dentre os seguintes equipamentos e provavelmente nessa ordem de preferência: •

Dragline

•

Cable Shovel (escavadeira frontal a cabo)

•

Bucket whell

Na medida que diversos fatores devem ser considerados na seleção e dimensionamento do equipamento (ex. Dificuldade de escavação favorece escavadeira, escavação profunda ou longo alcance favorece a dragline, alta capacidade favorece a bucket whell), a razão de produção do equipamento é o parâmetro de desempenho chave a ser considerado. Dentre as variações do método aplicado à depósitos de carvão podem ser citados “area mining”, onde a lavra é executada terreno plano e com camadas horizontais e planas em cortes retos e paralelos ao longo do depósito. O “contour mining” é executado em terreno acidentado com os cortes posicionados de maneira a rebaixar as elevações do terreno, avançando da borda aflorante do minério em direção ao centro da elevação até onde a REM permita a lavra econômica. A existência de múltiplas camadas sobrepostas exige uma abordagem especial, onde o sequenciamento deve ser muito bem planejado de maneira a evitar retomada excessiva de material. O corte inicial é executado conforme mostrado na Figura 9 (a). Assim a draga remove a cobertura da camada superior de carvão na primeira passada. A base da pilha de estéril toca a base da camada inferior de carvão, então a camada superior de carvão é lavrada e a pilha de estéril é nivelada, de maneira que permita a operação pela draga posicionada agora sobre a pilha de estéril que normalmente irá operar na direção oposta à da descobertura. A segunda passada é executada pela draga novamente no sentido de avanço, removendo a cobertura da segunda camada. A principal vantagem é o uso de um único equipamento para efetuar a descobertura e o mínimo de remanuseio de material, como desvantagem é que o alcance da lança da draga deve ser grande para executar a operação.

(a)

(b)

Figura 9 – Configuração típica de lavra por lançamento usando dragline para remoção de material de cobertura. (fig 6.14 pag 206 Hartman)


18


1.2.3.1. M INERAÇÃO POR ÁREA (AREA MINING ) Utilizando-se mineração por área , mais carvão é extraído do que por qualquer outra técnica. Entretanto, devido ao fator econômico, a maioria das operações é de larga escala. Grande parte do carvão explotável por mineração por área de superfície é encontrada nos estados a oeste do centésimo meridiano, mas grandes quantidades também são encontradas nos estados do meiooeste, frequentemente abaixo de solos férteis de fazendas. Pequenas operações preparam o terreno usando scrapers , tratores e/ou combinações carregadeira-caminhão ou escavadeira-caminhão; mas alguns irão usar draglines ou escavadeiras como seus principais removedores de cobertura. Aqui é mostrada uma dragline , trabalhando um local de camada única com razão de cobertura/carvão em 8:1 e fator de empolamento de 10%, ante os regulamentos que a recuperação requer. Para ser econômica, a mineração por área deve minimizar a dupla movimentação da cobertura. Dessa forma, uma pilha de armazenamento da cobertura é feita próxima ao corte inicial. A cobertura retirada dos cortes subseqüentes é depositada no corte anterior deixando uma série de montes e vales. Ao final das operações, conforme decreto das regulamentações o corte final permanece, frequentemente com lâmina d’água e com o talude de descobertura exposto. Dependendo do maquinário e métodos usados, o estéril geralmente é invertido, com a cobertura e o subsolo sendo enterrados e o estrato próximo ao carvão na parte superior. Isso geralmente resulta numa camada superficial inutilizável, química ou fisicamente, para suportar vida vegetal. Onde essa técnica é utilizada, os problemas de erosão do solo não são tão severos como no caso de mineração em terrenos montanhosos; ou drenagem ácida da mina, pois a água corrente é facilmente controlável. Todavia, onde grandes áreas são descobertas de uma vez, e nenhuma recuperação é implementada,o impacto da mineração por área em termos de perda de solo fértil, deterioração da qualidade e quantidade de água superficial e subterrânea, e outros valores ambientais podem ser graves. 1.2.3.1.1. Regulamentações As regulamentações requerem que todo terreno explorado por mineração de superfície seja restaurado ao seu “contorno original aproximado”. Isto significa que algum remanejo de estéril do corte inicial pode ser necessário. O talude de descobertura e todas as depressões devem ser eliminados e, para fazer isto, é necessário transportar boa parte do estéril do corte inicial. Todo o solo superior deve ser removido separadamente e colocado imediatamente em áreas de reaproveitamento quando possível. A regulamentação requer um retardo mínimo na restauração para que ela ocorra em conjunto com o trabalho. Estas operações requerem um planejamento cuidadoso para que o maquinário seja total e efetivamente utilizado em conformidade com as Regulamentações. Nos casos onde o terreno é classificado como “ solo fértil de primeira ” controles especiais de desempenho serão reforçados. Estes controles incluem a reconstrução de 4 polegadas de solo e material inconsolidado durante a recuperação. Se um operador está usando scrapers para remover o solo superior e a cobertura inconsolidada, e está repondo este material em áreas recuperadas imediatamente, esta operação não deverá aumentar muito os custos de movimentação de solo, se as operações forem cuidadosamente planejadas.


19


Figura 10 – Configuração típica da fase de operação de um depósito lavrado pelo método de mineração por área.

1.2.3.1.2. Operação 1 – Cobertura de um corte pioneiro é despejada em uma pilha de estéril (1) usando scrapers ou combinação carregadeira frontal/caminhão . 2 – escavação de trincheiras. 3 – Dragline (3) despeja a cobertura de cortes subseqüentes no anterior em uma operação de escavação contínua. 4 – Uma série de cumes e depressões (monte e vale) é o resultado disso. (4) 5 e 6– Retroescavadeira (5) cava um desvio para o riacho, cujo leito está em área a ser minerada. O tamanho do canal é baseado no julgamento do operador. 7 e 8 – Jumbo de perfuração (7) perfura e detona a cobertura. 9 – Água de rolamento coletada nas depressões (9) e infiltrada na cobertura inconsolidada. 10 – Despejo de rejeitos do pátio de manutenção (10). 11 – Terrenos não recuperados resultam em perda permanente de solo fértil (11 não mostrados). 1.2.3.1.3. Problemas Solo superior e subsolo não são retirados do corte pioneiro e armazenados, mas são descartados junto com a cobertura. Soterramento do solo superior na parte de inferior da pilha de material estéril. Cobertura na pilha de estéril é erodida imediatamente. Se há pirita presente no estéril, drenagem ácida pode ser um problema. Sedimentos resultantes de erosão causam poluição de águas superficiais e (neste caso) está obstruindo a drenagem da estrada (2). O solo superior é misturado com a cobertura. Prof. Rodrigo Peroni

20


Material acidificante, cobertura inconsolidada e cobertura sólida são depositados desordenadamente resultando em estéril de qualidade diversa, o que geralmente não é próprio para a sobrevivência e crescimento de vegetação. A forma física de montes e vales não permite nenhum uso econômico pós-mineração do terreno. Um afluente de um córrego já está sendo minerado (6) resultando em algum refluxo para dentro da lavra, tornando a secagem da lavra um grande problema. Desvios pobremente desenhados e construídos irão resultar em problemas de poluição de água, alagamentos e erosão de bancos. Provavelmente devido ao fraturamento do aqüífero, a água subterrânea no poço do fazendeiro (8) foi poluída e a produção tornou-se não-confiável. Onde a cobertura contém materiais piríticos, irá resultar em drenagem ácida. Isto pode contaminar os recursos de água subterrânea. Isto é desgradável e um incômodo para as propriedades próximas. Isto ainda pode causar um perigo de poluição para águas superficiais. Terrenos não-restaurados de minas podem continuar a erodir e contribuir com sedimentos e drenagem ácida para cursos d’água por anos após o encerramento da mineração. 1.2.3.1.4. Planejamento, mobilização e corte pioneiro - Fase 1 Se a mineração por área for cuidadosamente pré-planejada e executada de maneira ordenada, geralmente é praticável a restauração do terreno à sua produtividade original em um curto período de tempo e a minimização do impacto em águas superficiais e subterrâneas, durante e após o trabalho. Também é possível planejar operações de recuperação concomitantes para ocorrer juntamente com o avanço da mineração sem incorrer no aumento dos custos de movimentação de solo. É de reconhecida importância para a economia da mineração por área evitar o duplo manejo da cobertura. Entretanto, pode ser necessário remanejar muito da cobertura do corte pioneiro a fim de preencher o corte final e eliminar o talude de descobertura. Em casos em que há excesso de preenchimento no local (816.105) pode ser possível utilizar muito da cobertura do primeiro corte pioneiro permanentemente e evitar a necessidade de remanejar esta cobertura como preenchimento para o corte final. O controle de águas superficiais em locais com mineração por área é geralmente muito mais fácil em comparação com minas de contorno. Pontos onde a drenagem do local é descarregada podem ser minimizados. No exemplo ilustrado a drenagem e os cursos d’água são posicionados ao redor da área licenciada dirigidos a lagoas de sedimentação, antes de serem descarregados em águas receptoras. Provavelmente a maior dificuldade imposta pelas regulamentações ambientais e minerais para os operadores de minas de superfície seja a maior quantidade de maquinário necessária e a precisão com a qual a operação deve ser planejada para evitar atrasos. O requisito para a recuperação simultânea irá aumentar a importância dos scrapers na operação, e a necessidade de transportar o estéril do corte pioneiro (para eliminar depressões e o talude) precisará de um número maior de caminhões de transporte.


21


Figura 11 – Configuração típica de um depósito em fase de pl anejamento e abertura do corte pioneiro em mineração por área.

1.2.3.1.5. Descrição da Operação 1. Construção de desvios para transportar o fluxo superficial ao redor do local (1), para minimizar a interferência com a mineração e para reduzir a contaminação por água da chuva. 2,3,4,5,6 O fluxo destes desvios passam por três lagoas de sedimentação (2,3,4) antes de serem descarregadas da área licenciada (5,6). Estas lagoas devem ser construídas antes da perturbação do local. 7,8 Camada superficial de solo é removida por um scraper (7) e colocada em uma pilha (8). A camada superficial abaixo da pilha de estéril (14) também foi removida. 9,10 Cobertura inconsolidada é removida pelo scraper (9). A camada inferior de solo é armazenada (10) e o resto é usado para cobrir a cobertura inconsolidada na pilha de estéril (14). 11,12 O equipamento de perfuração (11) perfura o material consolidado que é então detonado. Residência com um poço de suprimento de água (12). 13,14 Escavadeira frontal escava o corte pioneiro (13). Estéril é transportado para a pilha de estéril por um caminhão (14). Esta pilha é feita com inclinação máxima de 1:2 e coberta com solo inferior. 15 Uma hidro-semeadeira (15) aplica sementes e fertilizante ao monte temporário de estéril (14) e as pilha de estocagem de solo superior e inferior (8,10). 16 A montagem da Dragline (16) está sendo feita. A construção do escritório e do pátio de manutenção está completa. 17 O córrego foi desviado permanentemente (17). O canal foi inclinado e construído para refletir sua característica natural. Os padrões para desvios permanentes são mais severos em relação aos desvios temporários, mas o anterior deve ser restaurado.


22


18, 19 O corte de árvores (18) está em progresso ao longo do antigo leito do córrego. Pedaços destas árvores estão sendo lascados (19) para ser usados como proteção de feno para as raízes das árvores. 20 Note que grande parte da área licenciada ainda está sendo usada na produção agrícola (20). Neste caso, uma parte desta proteção de feno está sendo colhida sob contrato para ser usada durante a restauração. Uma característica da mineração por área é que somente uma pequena parte do local é perturbada de cada vez. Enfatiza-se a importância de minimizar a área perturbada e da recuperação concomitante com o processo de lavra. 21 O operador plantou árvores (21) em algumas partes da área que não serão afetadas pelo processo de mineração. 1.2.3.1.6. Operações modificadoras do meio ambiente Desvios de córregos: Fluxo superficial e corrégos efêmeros. Lagoas de Sedimentação. Remoção de vegetação e remoção e armazenamento de solo superior. Solo temporário. Cortes de Cobertura. Estradas de transporte. Desvios de córregos: Córregos perenes e intermitentes. Remoção de vegetação e remoção e armazenamento de solo superior. Mobilização e operações de mineração: Geral. Reflorestamento: Árvores e arbustos. 1.2.3.1.7. Operações de mineração e recuperação simultânea - Fase 2 Recuperação simultânea demanda alocação muito cuidadosa de maquinário e préplanejamento, mas a viabilidade da recuperação contemporânea na mineração por área é uma característica que faz desta forma de minerar ambientalmente mais aceitável que a maioria das outras formas de extração de superfície. No exemplo mostrado, o operador colocou uma rampa temporária pela cava para reduzir o arrasto para os scrapers que carregam o stripping atual e a substituição por cobertura inconsolidada e solo superior. Recuperação simultânea assegura que uma parte mínima de área licenciada seja explorada por vez e então são minimizados os perigos de erosão e poluição de água. Note isso na ilustração a terra à esquerda do local já teve a topografia recuperada, o solo superior já foi reposto e houve reflorestamento. (Remoção da pilha de estéril temporária acontecerá a em data posterior). São protegidos a pilha de estéril temporário e os estoques de solo superior e subsolo da erosão através de vegetação, e eles permanecerão assim até que o backfilling do corte final comece. Os desvios que levam o fluxo por terra do local para as lagoas de sedimentação são mantidos aparados para que a resistência da grama à erosão não seja reduzida. Uma das lagoas de sedimentação mostrada aqui está sendo dragada. Isto é requerido quando os sedimentos acumulam a 60% do volume designado para armazenamento. Para melhor ilustrar o método de trabalho, algumas máquinas são mostradas mais de uma vez nesta ilustração. É por exemplo improvável que, em um local deste tamanho, poderia haver 4 scrapers. Exploração de carvão pode ser feita com uma pá carregadeira em lugar de uma escavadeira frontal como mostrado, e o operador poderá achar outros detalhes irreais neste exemplo


23


Figura 12 – Cofiguração típica de mineração por área em sua fase recuperação e lavra simultânea.

1.2.3.1.8. Descrição da Operação 1,2 Scrapers removem solo superior (1) e redistribuem imediatamente na área que é restaurada (2). 3,4 Scrapers removem subsolo e sobrecarga de "corrente" não consolidada (3) redistribuindo imediatamente (4) seguindo classificação de aspereza do estéril. 5 Jumbo de Perfuração perfurando (5) furos de desmonte, e detonando cobertura não consolidada. 6 Dragline (6) cava e lança a cobertura sobre área previamente minerada. 7,8 Pá Carregadeira (7) retira carvão que é removido em caminhão de estrada que é pesado e limpo (8) antes de entrar na rodovia pública. 9 Tratores perfazem a deposição inclinada (9) da cobertura seguida por reposição de cobertura não consolidada através de scrapers (4). O ângulo de repouso deve se aproximar ao ângulo da topografia original. 10 Um escarificador (10) escarifica a área antes da reposição de solo superior (2) a fim de reduzir a consolidação do estéril re-depositado. Ao se inclinar locais, operações de re-deposição devem ser paralelas ao contorno. 11 Espalhador de sementes (11) em operação e os fertilizantes necessários também são colocados. 12 Cultivo e semeadura (12) acontecem. Estas operações devem ser cronometradas cuidadosamente e a mistura de sementes escolhida deve assegurar crescimento satisfatório. A área deve ser protegida, a menos que o RA suspenda os requisitos.


24


13 Uma rampa temporária (13) pela cava operacional reduz o transporte para scrapers envolvidos em separação e recolocação contemporâneas. O local será minerado e então preenchido pelo dragline. 14 Grama nas vias fluviais está sendo aparada (14) assim como os diques das lagoas de sedimentação para assegurar a resistência à erosão da vegetação. 15 Lagoa de sedimentação está sendo limpa (15) porque acúmulos de sedimento estão reduzindo sua eficácia. 1.2.3.1.9. Recuperação Final e Período de responsabilidade - Fase 3 As normas não só requerem restauração de terra a níveis de produtividade de pré-mineração, mas também exigem que as mudanças em qualidade e quantidade de água de superfície e subterrânea sejam minimizadas. Áreas destinadas para pasto devem que ter uma capacidade de pasto igual à de terras nãomineradas semelhantes. O "período de responsabilidade estendida" continua para um período de cinco anos. "Cobertura de solo e produtividade igualarão o padrão aprovado durante os últimos dois anos sucessivos do período de responsabilidade". Note isso no exemplo ilustrado, um lago de 5 hectares (1) foi proposto como uma lagoa de fazenda para gado. A proposta, porém, é bastante compatível com o uso pós-mineração proposto e provavelmente seria permitido. Isto desaprovaria qualquer do estéril do corte pioneiro que permanece no local do bota-fora temporário como foi mostrado (a rampa arborizada à esquerda permanecerá e o resto será graduado a um declive suave). Porém, pode-se estabelecer as providências finais pela disposição do corte-pioneiro e é sentido que, neste exemplo, é encorajada passagem de estéril do corte-pioneiro para o corte final para a eliminação de faces expostas, pilhas de estéril e depressões sejam satisfeitos a um grau razoável sem requerer remanejo de todo o estéril do corte-pioneiro. Declives não precisam ser uniformes, mas em geral deveriam se aproximar da topografia prémineira. Com um fator de empolamento menor que a relação de carvão/cobertura, a inclinação final deve ser menor do que em terreno pré-mineração. A consideração importante é ter certeza que aquela drenagem de superfície seja praticável através do local que faria necessário rebaixamento desigual do local necessário e ocasionalmente mudança de rampas convexas para côncavas assegurando assim a drenagem superficial.


25


Figura 13 – Configuração típca de mineração por área em seu estágio de recuperação final.

1.2.3.1.10. Descrição da Operação 1, 2, 3, 4 Tratores terminam o preenchimento da cava final (1) que esteve parcialmente cheia pela pilha-estoque do corte-pioneiro (2). Caminhões basculantes (2) trazem as cargas de cobertura armazenada, preenchendo parcialmente a cava final. O talude, que ainda está exposto (3), será completamente eliminado. A depressão (1.) permanecerá formar um lago de 2 acres para formar um viveiro, também incorporando a lagoa de sedimentação (4). 5, 6 O scraper remove subsolo armazenado (5) para espalhar no corte preenchido (6). A área desta pilha-estoque requererá emendas de terra, cultivo e semeadura. 7 Escarificador puxado por um trator de esteiras (7) escarifica a área restituída para reduzir a compactação do estéril re-depositado anteriormente a substituição de solo superior (9). Ao se inclinar locais todas as operações de re-graduação deve ser feito paralelo ao contorno. 8,9 Scraper volta à pilha de estoque de solo superior (8) depois de espalhar (9). Após a remoção, a área da pilha de estoque deve ser cultivada e semeada.

10 Após a graduação final e reposição do solo superior, esta área (10) foi semeado com uma cobertura temporária, pois a estação não era a correta para semear a espécie permanente. Está sendo cultivado agora. Cal e fertilizante foram utilizados antes de semear a espécie perene. 11 Cal e nutrientes foram aplicados nesta área (11) que está sendo cultivada e semeada. A área deve ser protegida após a semeadura. 12 Estas áreas (12) estão sendo administradas para virar pasto e solo fértil. “O período de responsabilidade estendida" dura por cinco anos e começa "quando cobertura de solo iguala o padrão aprovado depois do último ano em que se aumenta a semeadura, fertilização... ou outro trabalho...” Note que o período de 5 anos de responsabilidade é aplicável onde a precipitação anual é maior do que 650 mm. Em qualquer outro lugar o período é de 10 anos.


26


13, 14 Lagoas de sedimentação (4,13,14) ainda existem onde toda a recuperação em áreas escoadas por elas não foi completada. 1.2.4. M INERAÇÃO DE C ONTORNO 1.2.4.1. P RÉ -R EGULAMENTAÇÃO No século XVIII, foi descoberto carvão aflorando nas colinas da Virgínia. Os colonos começaram a cavar nestes afloramentos e remover o carvão até que a quantidade de cobertura sobre o carvão ficou muito grande. Então túneis de acesso foram feitos na jazida. Cobertura e escombros destas operações foram empurrados declive abaixo. Com mecanização, era possível remover muito mais cobertura de cima da jazida de carvão antes que ficasse pouco lucrativo. Como todo esse estéril, junto com árvores, vegetação e escombro era empurrado declive abaixo, estes bancos de estéril foram erodidos e depositaram volumes enormes de sedimento nos arroios. A cobertura que estava imediatamente acima do carvão normalmente era depositada no topo destes aterros de estéril, e, como esta continha freqüentemente pirita e outros minerais formadores de drenagem ácida, a drenagem proveniente do contato das chuvas com esse material exposto nestes bancos era freqüentemente bastante ácida. Estéril acomodado sobre declives íngremes era muito instável e deslocamentos de terra eram comuns. A alta quantidade de chuvas e o método de deposição resultaram em estéril não consolidado com baixa resistência à ruptura. Assim deslizamentos de bancos de estéril abandonados resultaram em exposição de estéril não-intemperizado que tendeu a prolongar o problema de drenagem ácida, e atrasou a colonização natural de vegetação. Mineração de perfuração helicoidal ajuda aumentar a recuperação de carvão quando deixa de ser econômico retirar a cobertura da jazida. Porém, mesmo a perfuração helicoidal aumentando a recuperação de carvão, tem baixa taxa percentual de recuperação e efetivamente torna impossível extrair carvão perto de minas profundas no futuro. Furos não conectados são fonte séria de drenagem ácida. Às vezes furos de perfuração helicoidal penetraram em minas profundas abandonadas e alagadas, liberando grandes quantidades de água poluída. Quando a extração estava completa, a mina era abandonada e a sucessão natural iniciava-se. Porém, os bancos de estéril nos declives eram íngremes e continuaram a erodir expondo minerais formadores de drenagem ácida sob as intempéries. Conseqüentemente o reflorestamento era muito lento e águas de superfície dos Appalaches continuavam levando cargas de sedimento pesado e quantias grandes de drenagem ácida. As regulamentações com respeito a mineração em terreno íngreme, especificamente, proíbem colocação de estéril, temporária ou permanentemente, nos declives. São definidos "declives íngremes" nas regulamentações como sendo declives de 20 graus ou mais e estão sujeitos aos controles de desempenho especial. Estes padrões de desempenho fazem necessário limpar a vegetação de todas as áreas a ser afetadas pela mineração, reter todo o estéril e escombro sobre a bancada, para eliminar o talude e para retornar o local ao seu contorno original aproximado, e para reflorestar a área. De fato, isto torna necessário empregar algum tipo de recuperação da mineração, aumentando substancialmente a quantia de material necessário, o que pode ser difícil para pequenas operações mineiras. Estas normas também fazem o planejamento operacional essencial, para satisfazer as exigências para recuperação simultânea.


27


Figura 14 – Configuração típica de lavra em contorno em fase de desenvolvimento e operação.

1.2.4.2. O PERAÇÃO Tratores de esteira empurram árvores, vegetação, solo fértil, subsolo, e cobertura não consolidada sobre o declive (1). O campo (2) foi afetado por um desabamento de terras. Equipamento de perfuração (3) perfura orifícios de desmonte e desmonta a cobertura consolidada. Esta fazenda (4), dentro de 1 km da área de licença, obtém água de um poço raso. Trator de esteira trabalha junto com a escavadeira frontal (5) removendo o resto da cobertura e expondo o carvão. Estéril é empurrado sobre o declive. A carregadeira frontal escava o carvão e carrega caminhão (6) que usa uma estrada de escoamento localizada na bancada previamente minerada. Operação de perfuração helicoidal (7) está removendo carvão a adicional da camada exposta. Abandono (8, não é mostrado). 1.2.4.3. P ROBLEMAS - Mistura de solo fértil, restos orgânicos, subsolo, e cobertura torna a utilização de solo fértil impossível. Destruição de árvores e vegetação no declive o torna altamente suscetível à erosão e os problemas de sedimentação são sérios. - Depósitos de estéril no declive são freqüentemente instáveis e desabamentos de terra são comuns. - Na maioria dos Appalachians há pouca água subterrânea disponível e aquela a qual está disponível normalmente é muito localizada. Fraturamento da cobertura devido a desmontes, escavação e perfuração helicoidal podem mudar a disponibilidade da água subterrânea e afetar o fluxo em córregos. Prof. Rodrigo Peroni

28


ácida.

- A qualidade da água subterrânea também pode ser afetada, normalmente por contaminação

- Mais estéril é despejado no declive piorando os problemas de estabilidade e a destruição da vegetação. - Erosão do talude, bancada, e estéril no declive causam problemas de sedimentação. - Estéreis ácidos despejados no topo dos bancos de estéril causam drenagem ácida. grave.

- Pirita, dentro e perto da jazida de carvão, é exposta às intempéries causando drenagem ácida

- Drenagem do banco acumula-se naturalmente e corta canais profundos vertendo sobre os planos inclinados. - Operações de perfuração helicoidal aumentam a recuperação de carvão onde este não pode ser extraído por outros métodos. Mas a taxa de recuperação alcançada através deste método é muito baixa e os seus furos impedem extração futura através de outros métodos. Este método, no passado, também levou a uma piora na situação de drenagem ácida. - Isto é devido ao aumento da oxidação de pirita através da admissão de oxigênio na jazida e também liberação de água contaminada das jazidas e de operações subterrâneas abandonadas. No futuro a exigência de recuperação contemporânea fará a programação da perfuração helicoidal muito difícil para operações pequenas. - Abandonadas, minas de superfícies subdrenadas continuam produzindo ácido e drenagem de sedimentos por muitos anos após a extração do carvão. - Problemas foram bem documentados particularmente nos Appalachians. A maior parte dos problemas relacionados a água é devido a erosão de bancos de estéril íngremes, instáveis, que continuamente expõem estéril novo às intempéries resultando em drenagem ácida e sedimentação, e impedindo a colonização vegetal que eventualmente daria proteção efetiva contra erosão adicional. 1.2.4.4. R ECUPERAÇÃO FINAL E PERÍODO DE RESPONSABIILDADES – F ASE 3 O que está apresentado na Figura 15 refere-se à recuperação e revegetação da área minerada apresentada nas duas figuras anteriores. Ao fundo (1) as operações de lavra ainda continuam. Note que o preenchimento do vale foi terminado e está sendo revegetado. Note que os terraços mostrados aqui devem ter aprovação dos órgões ambientaise devem ser compatíveis com o plano de fechamento da mina. O tanque de sedimentação (4) está sendo limpo. Nivelamento da área recuperada deve ter aproximadamente a topografia original do terrrenoe deve eliminar taludes elevados, pilhas de estéril e depressões. A importância no nivelamento e revegetação na conservação dos recursos hídricos pela minimização do efeito erosivo fica enfatizada. Para áreas que serão recuperadas para reflorestamento comercial, vegetação nativa para a vida selvagem, recreação ou uso não comercial da mata. O sucesso da revegetação é a comparação área de referência. Um inventário dessa área incluindo o que está sendo cultivado e os números devem estar disponíveis. Se aprovado o uso comercial da floresta pós-lavra, um período de responsabilidade de cinco anos inicia assim que a área tenha sido plantada e que existam pelo menos 450 árvores e arbustos na área recuperada em condições saudáveis por hectare por duas estações de cultivo. Para floresta comercial, 75% dessa deve ser composta de espécies comerciais. Deve have uma cobertura mínima do solo de 70% e deve ser adequada para o controle de erosão.


29


Figura 15 – Configuração típica de lavra em contorno em sua fase de recuperação final.

1.2.4.5. D ESCRIÇÃO DA O PERAÇÃO 1 Ao fundo (1), as operações de lavra ainda continuam, seguidas por preenchimento das cavas e nivelamento grosseiro 2 O preenchimento do vale (2) foi completado e revegetado. O tanque de sedimentação permanece ativo 3 e 4 A recuperação foi feita em terraços (mediante concordância do órgão ambiental) na área recuperada. O desvio acima do talude é o primeiro terraço. Esses terraços tem um gradiente suave para direcionar o fluxo de águas superficiais para um ponto seguro de descarga, nesse caso um canal com enrocamento conduzindo para o tanque de sedimentação (4). 4 O tanque de sedimentação (4) está sendo limpo. Isso deve ser feito se o acúmulo de sedimentos for maior do que 60% da capacidade de projeto do tanque de sedimentação e devem permanecer até que a área esteja revegetada. A retenção permanente pode ser discutida com os órgão ambientais. 5 As operações finais de nivelamento (5 não está mostrada), incluido escarificação deve ser feita ao longo da curva de nível a menos que seja uma operação arriscada para o operador do equipamento. 6 O solo orgânico deve ser distribuído como parte de uma operação concomitante com a remoção desse solo. O trator de esteira aparece espalhando o solo. A declividade é muito elevada para a operação de curvas de nível, mas o trilho do próprio trator auxilia no processo de prevenção da erosão. Calcáreo e fertilizante são aplicados para o processo de cultivo posterior. 7, 8 Semeadura, fertilizante e aglomerante são frequentemente aplicados para os taludes mais íngremes em uma mistura pelo hidrosemeadeira (8). Se a estação não for a ideal para revegetação permanete, uma manta orgânica pode ser usada para o recobrimento do terreno e prevenção da erosão. Prof. Rodrigo Peroni

30


9 Plantio manual (9) de árvores e espécies arbustivas está sendo conduzida. Deve-se estar atento para a competição entre espécies herbáceas pois elas propiciam que as espécies de maior porte (arvores e arbustos) se desenvolvam. 10 Sulco de erosão (10) que ocorreu aqui deve ser preenchido e resemeado. 1.2.5. LAVRA DE TOPO 1.2.5.1. O PERAÇÃO E RECUPERAÇÃO CONCOMITANTE – F ASES 1 E 2 O uso dessa variação do método tem o objetivo de incrementar a recuperação de carvão e devolver a área recuperada nas mesmas condições ou superiores à condição original após a lavra. No exemplo apresentado aqui, temos duas camadas de carvão, o afloramento da camada inferior foi lavrada em contorno vários anos atrás. Embora remoção de topo sejam operações geralmente muito maiores que lavra de contorno, é fácil manter toda a drenagem dentro da área de lavra e limitar a descarga em determinados pontos. Isso faz com que o controle de poluição da água, particularmente sedimentação e drenagem ácida, seja muito mais efetivo. O método requer uma escala de operação elevada e portanto equipamentos de grande porte e em grande número. O uso posterior do terreno pode ser aproveitado para agricultura ou mesmo desenvolvimento urbano.

Figura 16 – Configuração típica de lavra em topo em fase de desenvolvimento e operação.

1.2.5.2. D ESCRIÇÃO DA OPERAÇÃO 1 A bancada abandonada pela lavra de contorno está sendo modificada para agir como um desvio do escoamento de águas superficiais. Em alguns casos essa bancada pode ser usada como estrada de transporte.


31


2 Pilhas de estoque (2) de solo orgânico são recobertas e semeadas junto com manta orgânica. 3 Tanque de sedimentação (3) instalados em todos os pontos onde a água deixa a área de lavra. Os pontos de descarga devem ser protegidos por enrocamento. 4, 5 Equipes de desmatamento (4) avançam à frente da remoção de cobertura. Os galhos, ramos e restos vegetais são usados como adubo nas área de recuperação. Tratores afrouxam e scrapers removem os solos e subsolos para serem distribuídos nas áreas a serem recuperadas. 6, 7, 8 Tratores (6) empurram cobertura inconsolidada em direção à primeira bancada onde o material é carregado em caminões para as áreas que estão sendo recuperadas e posterior nivelamento grosseiro (7) ou para disposição na cabeceira de encosta. 9, 10 Perfuratriz (9), perfurando e desmontando o material de cobertura consolidado que é carregado por escavadeira frontal (10) e carregado para o bota-fora ou para a área em recuperação. 11, 12 Lavra do carvão da camada superior com carregadeira frontal e caminhões .O material de cobertura com potencial de geração de drenagem ácida é colocado na parte inferior do corte. 13 A remoção do estéril intemediário entre as camadas inferior e superior (13 não está mostrado) . Recuperação concomitante e nivelamento grosseiro continua. 14 A dragline está nivelando grosseiramente o estéril (14) que foi depositado na encosta durante a operação anterior de lavra em contorno. 15 Compactaçao excessiva do estéril está sendo quebrada com o escarificador (15) Essas operações devem ser executadas durante a criação das curvas de nível. 16 O scraper (16) substituindo o solo vegetal imediatamente seguido pela descobertura (5). A substituição de ser executada durante a criação das curvas de nível. 17 Operações de recuperação envolvendo espalhamento e incorporação de calcáreo e fertilizante, cultivo, semeadura e plantio (17 não mostrado). 1.2.5.3. R ECUPERAÇÃO FINAL E PERÍODO DE RESPONSABILIDADE – F ASE 3


32


Figura 17 – Configuração final do terreno após reabilitação da lavra de topo.

1.2.5.4. D ESCRIÇÃO DA OPERAÇÃO Embora não sejam especificados períodos, a recuperação deve ser conduzida o mais próximo possível da operação de lavra. 1 Observe a configuração de declividades suaves (1) da área recuperada. Isso evita a aparência de “montanha serrada”. 2 A drenagem da área renivelada deve drenar somente em pontos específicos (2). Drenagem interna dentro da área deve ser direcionada para esses pontos em solos estáveis e canais de drenagem (3). 4 Observe que o bota-fora de encosta está completo e que preenche desde o ponto inferior até a crista adjacente. 5,6 Os dois tanques de sedimentação (5, 6) foram removidos. Isso não deve ser feito enquanto que a área seja restaurada e os requisitos de revegetação tenham sido atingidos. O canal de drenagem contém enrocamento, quebras de fluxo para evitar erosão dos canais. 7 O sulco mostrado aqui é maior do que 3m de profundidade e deve ser preenchido e estabilizado. 8 O bota-fora da operação de lavra em contorno anterior foi recuperada como parte da operação. Algum subsolo emprestado da operação de remoção de estéril foi usado para cobrir o talude que foi então semeado. Toda a área perturbada, à excessão de áreas hídricas e estradas devem ser revegetadas. 1.2.5.5. V ANTAGENS E DESVANTAGENS DO MÉTODO Dentre as principais vantagens do método certamente deve ser destacada a alta produtividade atingida pelos equipamentos com pouca mão de obra (porém altamente especializada). Possui um desenvolvimento relativamente simples quando comparado com lavra em cava, com flexibilidade de Prof. Rodrigo Peroni

33

Capitulo1 Lavra Ceu Aberto

Recommend Documents