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PLANEJAMENTO DA LAVRA DOS PILARES DO PAINEL E5D DA MINA SUBTERRÂNEA DE POTÁSSIO DE TAQUARÍ-VASSOURAS – CVRD. Sandro Lima Fontes, CVRD, Engenheiro de Minas,
[email protected] Cláudio Lúcio Lopes Pinto, Prof. EEUFMG,
[email protected]
RESUMO Está em desenvolvimento atualmente, um estudo conceitual para a disposição de rejeitos/estéreis oriundos da mineração (rockfill, pastefill ou backfill) para preenchimento das câmaras de um painel experimental (painel E5D), com o objetivo de recuperação dos pilares deste painel. Este estudo representa uma primeira etapa para decisões futuras sobre recuperação de pilares em toda a mina de Taquari-Vassouras. O planejamento da lavra dos pilares é analisado neste trabalho por meio da verificação da viabilidade técnica de utilização dos equipamentos e da infra-estrutura existentes atualmente na mina. Palavras-chave: Planejamento de lavra, Enchimento, Recuperação de pilares. ABSTRACT It is, currently, in development a conceptual study on the disposition of waste/estéril originated in the mining operations (rockfill, pastefill or backfill) for filling up the rooms of an experimental panel (panel E5D), with the objective of recovering the pillars of this panel. This study represents the first step for future decisions on recovery of pillars in the entire mine. The pillars extraction planning is analyzed in this work through the verification of the technical viability of using of the equipments and the existent infrastructure already existent at the mine. Key word: Mining planning, Backfilling, Recovery of pillars.
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INTRODUÇÃO A recuperação de pilares em minas subterrâneas tem sido, desde o princípio da mineração, um “anseio” com grandes desafios intrínsecos, em face da certeza da presença do minério objeto e pelo custo de extração aparentemente baixo. No entanto, os riscos envolvidos na lavra de pilares são consideráveis. Alguns problemas potenciais são a subsidência (algumas minas encontram-se em baixo de cidades, como na Europa, por exemplo) e o desabamento do teto de minas (provocando a perda de vidas humanas, de equipamentos e, algumas vezes, de toda a mina). Em minas de carvão e de evaporitos, a retirada descontrolada dos pilares pode provocar inundação e perda da mina por influxo da água dos aqüíferos, normalmente existentes nas camadas superiores. Com o desenvolvimento dos métodos de lavra e principalmente com o uso intensivo da mecanização nas minas subterrâneas, os custos envolvidos na lavra tornaram-se atraentes, mas foi com o progresso da ciência e tecnologia dos materiais que a recuperação dos pilares ganhou velocidade. Este progresso proporcionou um grande avanço no desenvolvimento dos materiais para enchimento (Morrison,2000), usando-se os próprios materiais descartados do processo, como o rejeito da usina (Andrade, 2000) ou o estéril da mina. Mais recentemente, com o crescimento das exigências ambientais em quase todos os países do mundo, as minas subterrâneas passaram a ser o destino natural desses materiais, propiciando uma economia na disposição normalmente realizada em barragens de rejeito ou em bota-fora, que requerem um alto custo de investimento, assim como de manutenção. Desta forma, em muitos casos, a recuperação de pilares foi também viabilizada. A lavra de pilares é uma atividade específica para cada mineração, e não é diferente para a mina subterrânea de Taquari-Vassouras. Para tanto, está sendo desenvolvido um modelo conceitual para a disposição de rejeitos/estéril oriundos da mineração (rockfill, pastefill ou backfill) para preenchimento das câmaras de um painel experimental, e em seguida, a recuperação dos pilares. Desta forma, o planejamento antecipado da lavra se faz necessário, visto ser uma importante etapa na viabilidade técnica e econômica do projeto de aproveitamento das reservas de potássio existentes nos pilares de Taquari-Vassouras. A MINA SUBTERRÂNEA DE TAQUARI-VASSOURAS. Em dezembro de 1991 a CVRD assumiu a operação da mina subterrânea de potássio de Taquari-Vassouras, localizada na região centro-leste do Estado de Sergipe, no município de Rosário do Catete. Nesta época, o método de lavra era o de câmaras e pilares longos com seção de 4m x 8m. O desmonte era realizado em cinco frentes de lavra, sendo quatro com mineradores contínuos de Tambor e uma frente, em áreas com alturas de lavra superiores a 4m, utilizando-se desmontes por explosivos com uma perfuratriz tipo Jumbo e uso de carregadeiras rebaixadas (LHD). Após um processo de reestruturação, treinamento do pessoal e modernização da mina, iniciado com a aquisição de sondas hidráulicas para execução de furos em subsolo com alcance de até 1000 metros, a produção de ROM evoluiu gradativamente de 621.814 t/ano em 1992 para 2.237.000 t/ano em 2002. Esta expansão exigiu um novo planejamento incluindo modificações no método de lavra (utilizando-se pilares retangulares em lugar dos pilares longos), adequação dos transportadores de correias, aumento da capacidade de içamento do poço, sistema de ventilação/refrigeração e aquisição de mineradores Marietta-900. Geologia (Regional e Local). A sub-bacia de Taquari–Vassouras situa-se na porção sul da Bacia de Sergipe Alagoas, ocupando uma área de aproximadamente 185km2, localizada entre os campos petrolíferos de Carmópolis e Siririzinho. Este último campo separa as sub-bacias de Taquari-
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Vassouras e Sta. Rosa de Lima, que se destacam pelo potencial econômico de sais de potássio (silvinita e carnalita) e de magnésio (carnalita). Zona Potassífera Na base do ciclo evaporítico VII localiza-se à zona potassífera com espessura média de 20 metros. Sua característica principal é a ocorrência de duas camadas de Silvinita com espessura média de 5m e teor médio de 30% de KCl contido, denominadas respectivamente de Silvinita Basal Superior e Silvinita Basal Inferior, por estarem posicionadas estratigraficamente na base do ciclo. A mineralização é irregular, apresentando variações laterais da silvinita para halita. Torna-se, então, necessário estabelecer uma correlação entre os corpos mineralizados na jazida, realizada através de 23 marcos de correlação constituídos por camadas de halita fina com argila que balizam o posicionamento estratigráfico do minério. Método de Lavra O método de lavra utilizado na mina subterrânea de Taquari-Vassouras é o de câmaras e pilares retangulares, com o uso de mineradores contínuos de rotores (Marietta 900), equipamentos de transporte elétrico (shuttle-cars) e quebrador-alimentador (feederbraker) que descarrega o minério diretamente na correia transportadora, atualmente com cerca de 9 Km em operação na mina subterrânea. O minerador escava o maciço descarregando o minério nos shuttle-cars, com capacidade de 15 toneladas, que transportam o material a uma distância máxima de 150 metros entre o minerador e o feeder-braker. Este equipamento faz a britagem primária do minério com uma cabeça de corte e alimenta o transportador de correias. A tonelagem desmontada em cada painel varia de acordo com o número de cortes (verticais) e passes (horizontais) escavados em cada câmara de lavra. As câmaras têm altura variável entre 2,7 e 10,3 metros e largura máxima de 14,0 metros. Os pilares são retangulares com área variando de 21,0 x 64,0 m2 (para largura da câmara com 10,9m) a 27,0 x 54,0m2 (para largura da câmara com 14,0 metros). A taxa de extração, considerando a área lavrada, varia de 43% a 49%. Planejamento de Lavra O planejamento da lavra é composto de diversas etapas, incluindo a sondagem subhorizontal em subsolo, o desenvolvimento, o tratamento dos dados geológicos com elaboração de mapas e seções geológicas, o dimensionamento dos painéis de lavra com estabelecimento de um layout, e a lavra propriamente dita. Na mina de Taquari-Vassouras, o planejamento de lavra feito para curto, médio e longo prazo utiliza ferramentas como programas para modelagem e projeto da lavra (Autocad, VULCAN) e ventilação (VNETPC 2000). Os mapas de isolinhas (isólitas) da mineralização e os mapas estruturais, conjuntamente com as plantas do subsolo são utilizados para dimensionamento dos painéis de lavra e determinação do melhor arranjo para aproveitamento das reservas. O dimensionamento geomecânico dos painéis de lavra é realizado através do método de deslocamentos descontínuos, suplementado também por análises pelo Método de Elementos Finitos. Os painéis são dimensionados após análises das seções e mapas geológicos, detalhando-se os principais fatores que influenciam as estruturas de lavra, respectivamente; à distância entre o piso e a camada de Taquidrita, a temperatura da rocha, a distância do teto da galeria ao aqüífero, a profundidade das galerias e a espessura do corpo de minério. Além destas observações são analisadas as rochas de cobertura, a
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presença de anomalias geológicas na área de lavra e, principalmente, a segurança do pessoal envolvido nas operações de lavra (Carvalho, 1999). PLANEJAMENTO DE LAVRA DOS PILARES DO PAINEL E5D. Plano de Lavra. Para esse trabalho experimental, o painel escolhido para recuperação dos pilares foi o painel E5D por apresentar características e condições favoráveis e não apresentar risco para a estabilidade de toda a mina. A sua localização em relação aos outros painéis da mina permite, em caso de alguma eventualidade, o seu isolamento de maneira fácil e rápida. O painel E5D da Mina Taquari-Vassouras, como mostra a Figura 01 abaixo, está localizado na área nordeste da mina, a uma profundidade média de 625 metros.
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PAINEL E5D
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PAINEL K4B
Figura 01 - Planta geral da Mina Subterrânea da UOTV.
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Durante a lavra do painel E5D foram desmontadas 120.125,85t de Silvinita com teor médio de 31%, equivalentes a 56.931,68 m3 (Figura 02). O eixo principal do painel possui inclinação descendente de 14%. A largura das câmaras de lavra é de 13,95m e as alturas de lavra variam de 2,74m a 7,82m;
Figura 02 – Planta do Painel E5D.
As dimensões dos pilares do painel E5D, definidas em função dos limites de mineralização e de escavação do painel, são apresentadas na Tabela 01 abaixo.
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Tabela 01 - Pilares do Painel E5D.
Considerações Gerais para a Lavra de Pilares: 1. O planejamento de lavra tem como base os dados geológicos, topográficos e operacionais existentes na mina; 2. Os equipamentos para escavação do painel experimental serão os existentes na mina. Equipamentos de lavra: mineradores contínuos, shuttle-cars, feeder-brakers; equipamentos de apoio e infra-estrutura: correias transportadoras, exaustores e ventiladores, cubículos, subestações, plataformas getman, LHD’s. Desta maneira, os custos com investimentos para a aquisição de equipamentos são quase nulos, além de já existirem a cultura e o conhecimento das suas utilizações por parte dos operadores, não exigindo maiores adaptações; 3. Dentro do planejamento bi-anual da mina é factível a programação do painel stand-by para a execução da lavra dos pilares do painel E5D; 4. Atualmente, o planejamento de médio prazo contempla o enchimento do painel E5D com estéril oriundo do desenvolvimento. Para tanto, foi confeccionado um tripper (transferência entre correias) para descarregar o material escavado na
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galeria RNE1/2 diretamente no painel. Tal situação pode ser abortada sem prejuízo de custo, desde que seja definido um outro tipo de enchimento para o local; 5. Na análise do comportamento geomecânico, todas as câmaras do painel serão consideradas, inicialmente lavradas e preenchidas com material (rocha vinda do desenvolvimento ou pasta de rejeito). Os parâmetros geomecânicos de resistência e de fluência da rocha envolvida na lavra de pilares, as características das rochas de cobertura e a existência de aqüífero para avaliação das deformações que ocorrerão após a lavra, serão abordados no estudo desenvolvido por uma equipe de especialistas em mecânica de rochas. Também serão definidas as condições de estabilidade do maciço rochoso na mina, evitando que ocorra descompressão na área de lavra e infiltrações de água proveniente do aqüífero sobreposto. Devese garantir, também, que a subsidência na superfície se limite a valores aceitáveis. Influência do Tipo de Minerador na Escavação dos Pilares. Neste trabalho são considerados os dois tipos de mineradores contínuos utilizados na mina de Taquari-Vassouras e que podem executar a lavra de pilares. Cada minerador possui características próprias que proporcionam resultados diferentes de performance e recuperação das reservas existentes nos pilares. Algumas características importantes são: Minerador Alpine (AM-85): este equipamento é utilizado atualmente na escavação das galerias de desenvolvimento e possui boa flexibilidade para escavar galerias que necessitam de maior atenção com as dimensões (infra-estrutura de painel, pontes e varações entre galerias de reconhecimento) e que normalmente requerem maior tempo de escavação (Foto 01). As principais características que influenciam de maneira mais significativa a operacionalidade da lavra são: • • • •
Altura de corte: Mínima 3,5 metros, máxima 5,5 metros, por avanço (sem considerar rebaixo do piso de escavação); Largura de corte (para um avanço): Mínima 6,5 metros, máxima 8,0 metros; Produtividade com 1 shuttle-car, 85 toneladas/hora; Produtividade com 2 shuttle-cars, 125 toneladas/hora.
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Foto 01: Minerador Alpine (AM-85). Minerador Marietta (2 rotores): a Marietta é um minerador com características voltadas principalmente para a produção, apresentando uma produtividade nominal de cerca de 500 toneladas/hora. Para o tipo de transporte utilizado em Taquarí-Vassouras, estes mineradores conseguem produzir, em média, 215 toneladas/hora (Foto 02). A Marietta não possui muita flexibilidade para fazer escavações mais detalhadas, entretanto, apresenta um melhor desempenho quando está escavando uma seção plena. • •
• •
Altura de corte: 2,74 metros (sem considerar rebaixo do piso de escavação); Largura de corte (para um avanço): Mínima 4,80 metros (por avanço lateral). A largura máxima é definida por questões operacionais. A largura mínima necessária à escavação e ao avanço considerando a linha de exaustão e ventilação e o shuttlecar é 8,0 metros; Produtividade com 1 shuttle-car, 150 toneladas/hora; Produtividade com 2 shuttle-cars, 215 toneladas/hora
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Foto 02 - Minerador Marietta (dois rotores). Pelas características discutidas, os dois mineradores apresentam resultados distintos de performance na escavação. Contudo, para o caso de escavação dos pilares, algumas considerações influenciam positivamente cada tipo de equipamento, tais como: • Impossibilidade de rebaixo: por se tratar de área com enchimento, em muitos casos de lavra de pilares, evita-se o retorno em áreas já escavadas. Desta forma, o minerador Alpine conseguiria recuperar um volume maior de minério que a Marietta; • Possibilidade de rebaixo: neste caso, Marietta e Alpine apresentariam a mesma recuperação da reserva nos pilares; • Escavação no inicio do pilar e depois das travessas: para essa parte dos pilares, o minerador Alpine apresenta uma maior recuperação da reserva, pois consegue escavar a uma altura maior, não deixando minério no teto. A Marietta precisaria fazer a concordância entre as escavações para buscar o contato minério/estéril; • Largura das galerias escavadas dentro do pilar: como a largura escavada é diferente para cada minerador, o Alpine apresenta maior flexibilidade no avanço, já que necessita de menor apoio operacional (mobilização das linhas de dutos de ventilação e exaustão e cabos elétricos).
Sistema de Ventilação e Exaustão para Lavra de Pilares no Painel E5D. • Circuito Principal: o circuito de ventilação principal do painel E5D será o mesmo utilizado pelos painéis localizados na área nordeste da mina. O ar novo é insuflado pelos ventiladores Neus e Spray Chambers pela galeria RNE2 até à entrada do painel, percorrendo cerca de 2.300 metros numa galeria com 25m2 de seção média e retorna pela galeria RNE1 paralela a anterior. O fluxo de ar
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mínimo necessário para operar nesta profundidade, e, de acordo com a temperatura VRT local, é de 40m3/s; • Circuito Secundário: O ar novo entra pelo eixo principal do painel auxiliado pelo jato ventilador (vazão de 24m3/s) e o restante do ar novo segue pela própria galeria (16 m3/s), posicionado a 25 metros atrás do feeder-braker, evitando-se assim a recirculação de pó e atendendo a sua capacidade máxima de trabalho. A exaustão utiliza o exaustor de lavra com capacidade de 34m3/s, descarregando o pó e o ar viciado atrás do feeder-braker, que funcionará como o eixo de exaustão. Nesta posição será instalada uma cortina vinílica.
Equipamentos Elétricos e Correia Transportadora. Para o caso específico do painel E5D, a posição dos equipamentos elétricos (subestação, power-center e cubículos) não necessitará de mobilização posterior. É possível escavar todos os pilares com estes equipamentos de apoio em uma mesma posição, como mostra a Figura 03. A correia transportadora necessitará de desmontagem para concluir a escavação dos pilares, sendo necessário o re-posicionamento do feeder-braker e do ventilador de frente de lavra.
Recuperação dos pilares (escavação). A seqüência de escavação para os dois tipos de mineradores é a mesma, alterandose alguns parâmetros como os pontos de interseção (PI), as marcações do eixo de referência para escavação e a largura dos avanços de escavações. A escavação dos pilares será feita em recuo, do final do eixo central do painel para o ponto inicial, visando proteger equipamentos e pessoal de eventuais condições inseguras, ocasionadas pelo aparecimento de chocos no teto ou nas laterais das galerias. A seqüência de escavação é apresentada pela numeração em ordem crescente na figura 03 abaixo.
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PAINEL E5D 1 A 22 14
Figura 03 - Seqüência de escavação dos Pilares.
ANÁLISE DOS RESULTADOS: De acordo com o plano estabelecido para a lavra dos pilares, deverão permanecer alguns dos pilares no painel, por questões estruturais (em função da sua localização próxima aos eixos de desenvolvimento). Dessa forma, haverá uma diferença entre a tonelagem existente nos pilares (142.159 Toneladas) e a tonelagem recuperada (88.243 Toneladas), sendo possível recuperar cerca de 62%, (Gráfico 01).
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20.000 18.000 16.000 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0
P10A
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P7
P6A
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P5A
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P3
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Tonelagem do Pilar Tonelagem Recuperada
P1
Tonelagem
Tonelagem do Pilar X Recuperada
Pilares
Gráfico 01: Reserva recuperada dos pilares. O tempo de escavação será distinto para cada tipo de minerador, pois as produtividades são distintas, mas o rendimento total da mina é a mesma, em torno de 35%. Na Tabela 02, estão relacionadas às produções mensais dos mineradores para estas condições. Tabela 02 - Produção mensal por minerador*. Minerador Produtividade Rendimento do sistema (t/hora) mina - 35% no mês (horas trabalhadas) Marietta (c/ 1 shuttle-car) 150 252 Marietta (c/ 2 shuttle-car) 215 252 Alpine (c/ 1 shuttle-car) 85 252 Alpine (c/ 2 shuttle-car) 125 252 * Valores estimados em função dos dados históricos da mina.
Toneladas/mês 35280 47376 21420 31500
Importante ressaltar que nesta estrutura de lavra não haverá uma mudança significativa nos métodos e nos equipamentos utilizados não sendo necessário um novo aprendizado operacional (cultural) por parte da operação da mina (todas as atividades envolvidas), eliminando-se um grande fator de risco em minas subterrâneas que é a adaptação aos processos operacionais. De acordo com estas condições e com o respaldo dos estudos geomecânicos, a lavra dos pilares do painel experimental E5D poderá ocorrer dentro do planejamento de médio prazo, utilizando-se o conjunto minerador stand-by. Em uma perspectiva de longo prazo para recuperação de pilares de outros painéis, pode-se projetar a disponibilidade dos conjuntos mineradores Alpine a partir do ano de 2012, quando, pelo cronograma de exaustão da mina, será concluída a escavação dos eixos de desenvolvimento, incorporando, assim, mais uma frente de lavra com o aumento das reservas associadas ao pilares, sem a
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necessidade de investimento operacional. O método de enchimento, caso necessário, deverá ser definido posteriormente. 7. CONCLUSÃO E SUGESTÕES O planejamento de lavra dos pilares do painel E5D (painel experimental) mostra que é possível utilizar as condições operacionais e de infra-estrutura atualmente em uso na mina subterrânea de Taquari-Vassouras, para a recuperação do minério dos pilares. Utilizando-se o conjunto minerador stand-by, o que significa investimentos quase nulos, o planejamento da lavra dos pilares do painel E5D prevê a recuperação de aproximadamente oitenta e oito mil toneladas de silvinita ou 62% do volume dos pilares deixados neste painel. Finalmente, a lavra de pilares e o desenvolvimento de novos layouts são temas pertinentes à visão estratégica da Companhia Vale do Rio Doce – Taquari-Vassouras. Neste momento de expansão da unidade de produção, os resultados apresentados apresentam possibilidades reais de implementação para a ampliação da produção da mina. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS. Morrison, Douglas - Tecnologia de Pasta de Rejeito para Disposição de Rejeito em Subsolo e em Superfície. I Congresso Brasileiro de Lavra Subterrânea – Belo Horizonte – MG. Golder Associates Brasil, 2000. Andrade, Silvano -. A implementação da tecnologia de Pastefill na Mineração Caraíba. Mineração Caraíba S.A. I Congresso Brasileiro de Lavra Subterrânea – Belo Horizonte – MG, 2000. Fontes, Sandro Lima, Projeto Aplicativo do MBA em Mineração CVRD / USP - Planejamento da Lavra dos Pilares do Painel e5d e Desenvolvimento de Lay-outs alternativos para os painéis de lavra da Mina subterrânea de Potássio de Taquarí-Vassouras, Rio de Janeiro – RJ, 2003. FONTES, SANDRO LIMA, CVRD Sistema de Ventilação da Mina Subterrânea da UOTV – Gerência Geral de Fertilizantes CVRD – SE – I Congresso Brasileiro de Lavra Subterrânea – Belo Horizonte – MG, 2000. CARVALHO, AFONSO L - Planejamento de Lavra a Curto e Longo Prazo da mina de Taquari Vassouras, Relatório Interno - Rosário do Catete, SE: GEFEK,CVRD,1999.
