aumento da recuperação de lavra na mineração

AUMENTO DA RECUPERAÇÃO DE LAVRA NA MINERAÇÃO CARAIBA S/A
JAGUARARI - BAHIA
Hugo Ribeiro de Andrade Filho, MCSA, Engenheiro de Planejamento de Lavra,
[email protected]
RESUMO
A utilização da tecnologia de preenchimento de realces (backfill), associada aos métodos de
lavra de realces mantidos abertos, vem nas últimas décadas, apresentando-se como uma
excelente alternativa para as empresas de mineração elevarem a sua recuperação de lavra.
Neste trabalho, será apresentado como a Mineração Caraíba S/A obteve um expressivo
aumento de sua recuperação de lavra, mediante a introdução da tecnologia de paste fill e do
método de lavra VRM – Vertical Retreat Mining, a partir de 1997. Este aumento deve-se
basicamente à possibilidade de lavra de pilares, que a priori deveriam ser abandonados de
forma sistemática, visando o controle da estabilidade regional da mina. Serão apresentadas
as principais condicionantes estratégicas envolvidas neste processo de mudança, bem
como os resultados obtidos da lavra desde o início da operação da planta de paste fill em
1998.
PALAVRAS-CHAVE: realce, VRM, paste fill, recuperação de lavra.
ABSTRACT
The paste fill utilization associated with open stopes mining methods has been in the last
decades one excellent alternative to increase ore resource recovery. This paper presents
how the Caraiba Mining S.A had an expressive ore resource recovery through the use of
paste fill since 1997. Basically, the increasing in ore resource recovery is because the
possibility of mining rib pillars and sill pillars that should be abandoned to allow the pillars to
work like mine support without the adjacent open stopes filling with paste. It will be presented
the main strategic aspects that gave support to implement the paste fill as well as the main
results got with this technology.
KEY WORDS: stope, VRM, paste fill, ore resource recovery
INTRODUÇÃO
A Mineração Caraíba S/A está localizada a nordeste do Estado da Bahia, aproximadamente
500 km da capital Salvador, sendo, atualmente, a única mineração subterrânea de cobre no
Brasil em atividade. Sua produção anual é de 1,1 milhão de toneladas de sulfeto e 70 mil
toneladas de concentrado com teor médio de 37% de Cobre. Seu minério é constituído
basicamente de calcopirita e bornita sendo o segundo o que apresenta maior concentração
de cobre. O acesso à mina é feito por uma rampa principal com seção de 5,5m x 4,0m e
20% de inclinação, e por um poço vertical de 640m de profundidade, por onde também
escoa toda a produção mediante a utilização de dois skips com capacidade para 15t cada.
A lavra de sua mina subterrânea pode ser dividida historicamente em duas fases. A primeira
corresponde ao início das suas operações em 1986, com a lavra dos painéis I e II. Neste
período, o método de lavra empregado foi o de realces mantidos abertos sem enchimento
posterior – sublevel stoping – onde a produção mensal girava em torno de 80 mil toneladas
anuais de sulfeto de cobre. Em 1996, a Empresa concluiu os trabalhos de pesquisa em
profundidade abaixo do painel II, que resultaram numa reserva geológica medida de 14,5
milhões de toneladas de minério com teor médio de 2,67% CuT. Ainda em 1996, o painel I já
estava totalmente exaurido e a previsão de exaustão do painel II era para 1998. Diante
disto, a MCSA desenvolveu um projeto de aprofundamento da mina para garantir a
continuidade das operações, dando início à segunda fase propriamente dita. A
concretização desta segunda fase ocorreu em 1997 com a entrada em lavra do painel III.
Contudo, o projeto inicial elaborado em 1996, que previa a manutenção de realces mantidos
abertos sem enchimento posterior, não apresentou resultados satisfatórios no que tange
principalmente à recuperação de lavra. Outros condicionantes estratégicos tais como
aumento das tensões induzidas pela lavra com implicações diretas nas condições
geomecânicas e a estabilidade geral do maciço corroboraram para que a MCSA modificasse
consideravelmente o projeto.
O objetivo deste trabalho é, inicialmente, contextualizar o ambiente em que o projeto de
aprofundamento da mina subterrânea foi analisado e alterado, culminando com a
implantação da tecnologia de paste fill para enchimento de realces. Também serão descritas
as metodologias empregadas na lavra dos pilares onde os pontos críticos são controle da
diluição com pasta e a maximização da recuperação de lavra.
DESCRIÇÃO DO PROJETO INICIAL
Até 1996, a mina subterrânea da Mineração Caraíba era constituída de dois painéis
denominados Painel I e Painel II. Neste período, o método empregado foi o de realces
mantidos abertos por subnível (sublevel stoping). Entre a mina a céu aberto e o Painel I há
um crow pillar de 25m, e entre os painéis I e II também um sill pillar de 20m de altura foi
abandonado. A existência deste sill pillar era imposta pela necessidade de isolar os realces
dos dois painéis, uma vez que não havia nenhum tipo de preenchimento das escavações
existentes. Ainda 1996, um projeto de aprofundamento da mina foi elaborado visando
aumentar a sua vida útil.
Este projeto previa, originalmente, a aplicação do método de lavra de realces mantidos
abertos, sem enchimento posterior para a lavra dos painéis III, IV e V. Implicaria isto uma
produção baseada em realces entre os quais haveria pilares permanentes (rib pillars) dentro
de um mesmo painel, sendo os painéis intercalados também por pilares permanentes (sill
pillars). A lavra então ocorreria de forma descendente (top–down) tal como é mostrada na
figura 01. A reserva lavrável total para este projeto era de 6 milhões de toneladas.
Minério lavrável
Figura 01 – Concepção inicial para o projeto de aprofundamento da mina subterrânea
Contudo, tal concepção para o projeto de aprofundamento da mina apresentava uma série
de fatores cujos benefícios tornavam-no pouco atrativo. Pode-se citar como principais:
a) Com a imposição de se deixar pilares permanentes, a recuperação de lavra limitavase a apenas 50% da reserva geológica medida, reduzindo sobremaneira a vida útil
da mina;
b) Sabe-se que nos painéis I e II, acentuadas taxas de diluição já eram verificadas em
função da geometria dos realces e do método de lavra que permitiam a exposição de
suas paredes de forma permanente. Para os futuros painéis, haveria uma forte
tendência de elevação desta taxa, devido, principalmente, ao aumento das tensões
induzidas pela lavra com o seu aprofundamento;
c) Em adição aos problemas de diluição, a manutenção do método poderia contribuir
também para uma incidência maior de matacões nos braços dos realces,
aumentando o custo do desmonte, transporte, britagem e o risco de acidentes, além
de reduzir sobremaneira a produtividade na lavra.
d) A seqüência estabelecida para a lavra de forma descendente (top-down) em geral
oferecia condições menos favoráveis face à redistribuição das tensões se
comparada ao sistema bottom up.
e) A geometria dos realces em sua base era em formato tipo “calha”, o que implicava a
perda de reserva nas laterais dos realces.
OTIMIZAÇÃO DO PROJETO E AUMENTO DA RECUPERAÇÃO DE LAVRA
Visando reverter este quadro desfavorável apresentado no item anterior, a MCSA, em
parceria estabelecida em 1996 com a RedPath Mcintosh Engineering Limited e a Golder
Associates, iniciou uma série de estudos cujas premissas básicas, segundo Rappolt (1996)
eram:
•
•
•
•
Uma revisão dos aspectos geotécnicos e de mecânica de rochas visando otimizar a
recuperação de lavra;
Iniciar estudos para implantação da tecnologia de backfill; para otimizar a seqüência
de lavra e o controle das escavações subterrâneas;
Incrementar de forma substancial a reserva lavrável através do estabelecimento de
uma seqüência bottom-up, eliminando os pilares permanentes, recuperando os
pilares entre os painéis – realces terciários - (sill pillars) e criando pilares (rib pillars)
recuperáveis -realces secundários – entre os realces primários.
Otimizar a geometria dos realces proporcionando uma maior recuperação de lavra,
redução no risco de diluição e uma maior flexibilidade na seqüência de lavra, dentre
outras.
Como resultado deste trabalho, o projeto de aprofundamento assumiu uma nova concepção.
As principais alterações foram: introdução do método de lavra VRM – Vertical Retreat Mining
e a introdução da tecnologia de paste fill. A reserva lavrável passou de 6 milhões para 10
milhões de toneladas ou seja, um aumento de mais de 50%. A recuperação de lavra prevista
passou de 50% para os 75%.
Assim, um novo design foi estabelecido culminando com a eliminação dos pilares
permanentes, conforme mostrado na figura 02.
A tabela 01 mostra o resultado da reserva lavrável obtida com o novo projeto para cada
painel de lavra estabelecido.
Tabela 01 – Parametrização da reserva lavrável por painel
PAINEL
RESERVA (t)
TEOR (%)
SILL PILLAR PAINEL II – PAINEL III
1.040.000
2,50
PAINEL III
3.219.000
2,50
SILL PILLAR PAINEL III – PAINEL IV
845.000
2,50
PAINEL IV
2.175.000
2,50
PAINEL V
2.436.000
2,50
PAINEL VI
400.000
60.90
TOTAL
10.115.000
2,50
Figura 02 – Novo projeto de aprofundamento da mina, com a eliminação dos rib pillars e sill
pillars permanentes
MÉTODO DE LAVRA VRM - VERTICAL RETREAT MINING
O método conhecido como VRM – Vertical Retreat Mining oferecia uma gama de vantagens
que levaram a Mineração Caraíba optar por sua aplicação. Destaca-se o maior controle
geomecânico do maciço em zonas mais profundas, otimização da reserva lavrável e melhor
controle da diluição corroboram com tal mudança. Para entender o VRM, a figura 03 retrata
como um realce é desenvolvido e posteriormente lavrado. Basicamente, existem três zonas
distintas no realce a saber:
top sill
top sill
overcut
slot
raise
undercut
top sill
overcut
overcut
slot
raise
undercut
undercut
Bottom
sill
Bottom
sill
Bottom
sill
Figura 03 – Realce típico do método de lavra VRM
•
•
•
Face livre: é delimitada pelas travessas abertas no final da galeria, sendo geralmente
limitadas pelo contato geológico do minério. Nesta área é feita uma perfuração de
61/2” com furos paralelos tendo em seu centro uma chaminé (slot) com nove furos.
Under Cut: representa a porção inferior do realce cuja perfuração ascendente é
realizada com diâmetro de 31/2”
Over cut: representado pela porção superior do realce, cuja perfuração descendente
tem o diâmetro de 41/2 para furos de até 35m de comprimento, ou 61/2” para os de
maior comprimento.
Outros métodos de lavra também são empregados, dependendo basicamente da potência
do corpo mineralizado, sendo os mais comuns sublevel retreat e o VCR.
IMPLANTAÇÃO DO PASTE FILL
A decisão de se implantar a tecnologia de paste fill foi fortemente influenciada pelas
inúmeras vantagens que esta oferecia, tendo como referência às minas canadenses.
Obviamente que custos adicionais seriam incorporados na análise econômica, entretanto, tal
como será mostrado adiante, o custo-benefício mostrou-se bastante atraente.
As principais vantagens advindas do backfill foram amplamente discorridas por Jager
(1987), citado por Gürtunca (2001) destacando-se:
•
Um maior controle sobre a estabilidade do maciço através do preenchimento com
pasta dos vazios originados pela lavra, oferecendo um suporte permanente das
escavações. Isto ajuda a prevenir o relaxamento acelerado do maciço que
comumente está associado a eventos sísmicos e desplacamentos generalizados. O
backfill também oferece um suporte lateral para os vazios, proporcionando a
absorção de cargas resultantes das distribuições horizontal e vertical das tensões.
•
Aumento da reserva lavrável tendo como base as minas canadenses que já
operavam com esta tecnologia. Uma recuperação de até 80% da reserva geológica
pode ser obtida. Para tanto, é necessário estabelecer um design para a mina,
baseado em realces intercalados por pilares (rib pillars), ou realces secundários e
realces terciários (sill pillar). A tabela 02 indica valores médios previstos para os
painéis de lavra, obtidos nas principais minas que utilizam o backfill em seus
processos produtivos
TABELA 02 - RECUPERAÇÃO MÉDIA PREVISTA (Rappolt, 1996)
Tipos de Realces
Classificação
em Recuperação
de Taxa
média
função da seqüência lavra média
diluição
Realces
Realces Primários
90%
10%
Pilares temporários Rib Pillars
Realces Secundários
80%
15%
Pilares temporários –
Sill Pillar (também Realces terciários
70%
30%
divididos em realces
e pilares
de
Segundo Rappolt (1996), tanto a recuperação de lavra, quanto à diluição esperada são
substancialmente afetadas pelos seguintes fatores:
•
•
•
•
geometria e tamanho dos realces;
qualidade da perfuração (setup do equipamento, desvios e acurácia nos
procedimentos)
qualidade da pasta
ciclo de vida do realce
Figura 04 – Foto de um realce já preenchido por paste fill
As principais características da pasta produzida são:
Sólidos = 78 % (rejeito de usina + cimento)
Cimento = 4 %
Slump = 6 ½” (5,5” a 6,5”)
Tempo de cura = 28 dias (mínimo);
Resistência à Compressão Uniaxial (UCS-28 dias) = 0.50 MPa
A qualidade intrínseca da pasta está diretamente relacionada com a sua resistência à
compressão uniaxial. Por sua vez, o valor desta resistência depende principalmente do
percentual de cimento e do slump, além de outras tais como características do rejeito e
tempo de cura. Como o objetivo deste trabalho não trata de questões específicas sobre a
tecnologia de paste fill, este tema poderá ser melhor visitado através da ampla bibliografia
existente, a exemplo de Andrade (2000), Martyn & Marthew (2001) e Moermam et all (2001).
LAVRA DE PILARES SECUNDÁRIOS (RIB PILLARS)
A seqüência para a lavra de pilares é mostrada na figura 05, sendo esta um exemplo real da
mina subterrânea da Mineração Caraíba. Para possibilitar a lavra deste pilar, faz-se mister
primeiramente a lavra dos dois realces vicinais com o enchimento posterior.
Realces primários já
lavrados e preenchidos com
pasta.
Realce secundário,
ou pilar, ainda por
ser lavrado.
Realce secundário,
ou pilar, já
lavrado. Poderá
ser preenchido
com pasta sem
cimento ou estéril
proveniente do
desenvolvimento.
Figura 05 – seqüência para lavra de um Pilar (Rib Pillar)
Para otimizar a recuperação de lavra do pilar e reduzir os riscos de diluição é imprescindível
a utilização de instrumentos que possibilitem a leitura das condições das paredes
remanescentes das escavações laterais. No caso da Mineração Caraíba, utiliza-se o CMS –
Cavity Monitoring System.
As causas mais comuns de diluição com pasta durante a lavra do pilar são:
•
•
•
Baixa qualidade/resistência da pasta
Presença de material (mucking) na base dos realces localizados acima do pilar e
Planos de perfuração e desmonte inadequados.
Por sua vez, as conseqüências de uma diluição excessiva com pasta são as seguintes:
•
•
•
Perda de produtividade no transporte
Aumento do custo de transporte
Aumento do custo de tratamento do minério
•
Atraso na seqüência de lavra causando queda de produção e interrupção do ciclo de
enchimento dos realces.
A figura 06 mostra o resultado da lavra do pilar PE06-5P localizado entre os realces RE065P e RE07-5P. Observa-se que pelo lado esquerdo houve um resultado considerado ruim
em termos de diluição, ao passo que no lado direito, onde está o RE07-5P, o resultado pode
ser considerado bastante satisfatório.
Zona de diluição
com pasta
Realce
RE06-5p
60m
Pilar
PE06-5P
Realce
RE07/5P
45m
Figura 06 – Resultado da lavra do pilar PE06-5P, com diluição excessiva pelo lado do RE065P e resultado favorável pelo lado do RE07-5P
LAVRA DO SILL PILLAR
A lavra dos realces no SILL PILLAR localizado entre os painéis III e IV teve início em 2003.
Dentre os principais fatores críticos de sucesso na lavra dos realces localizados neste
painel, destaca-se a seqüência que deve ser seguida rigorosamente. A figura 07 mostra
simbolicamente, como é a seqüência de lavra dos realces.
ETAPA 01:
- Lavra e posterior preenchimento com
pasta dos realces nos painéis localizados
acima e abaixo do sill pillar. Observa-se
no detalhe que os realces do painel
inferior são preenchidos apenas até o
piso do nível superior, e os pilares no
painel superior possuem pasta com
cimento somente em suas bases;
Realces preenchidos com pasta Pilares com pasta
somente na base e
complementado com
estéril/pasta sem cimento
15m
- Reabertura de galeria em pasta no nível
superior (top sill) do SILL PILLAR,
coincidente com o nível de extração do
painel superior; esta galeria servirá para a
perfuração e desmonte do realce;
-Início da lavra do realce no sill pilar;
25m
Realce em lavra
ETAPA 02:
- O primeiro realce do sill pillar é lavrado
e em seguida, preenchido totalmente com
pasta (até o teto da escavação);
- Inicia-se o desenvolvimento das galerias
de perfuração, também em pasta, dos
outros dois realces;
- Lavra dos demais realces do sill pillar
ETAPA 03
- Os outros dois realces do sill pillar são
lavrados e preenchidos com pasta até o
teto;
-
- Inicia-se o desenvolvimento das galerias
de perfuração do pilares no nível inferior
do sill pillar – Lavra dos pilares do painel
inferior (Não concomitante)
Figura 07 – seqüência de lavra do SILL PILLAR
Antes de iniciar a lavra de um realce localizado no sill pillar, é necessário primeiramente a
reabertura da galeria em pasta, tal como mostra o exemplo da figura 08.
Área
preenchida com
pasta
Galeria a ser
desenvolvida
em pasta
Figura 08 – Planta do Nível N-155, mostrando a galeria do realce RE05 a ser desenvolvida
em pasta
Sistema de contenções das galerias em pasta
Devido às características intrínsecas da pasta, principalmente no que tange à resistência à
compressão uniaxial – cerca de 0,5MPa – um sistema rígido de contenções deve ser
estabelecido. Tal sistema tem por finalidade:
•
•
Garantir condições de segurança aceitáveis tanto para o pessoal que executa o
desenvolvimento, quanto para aqueles responsáveis pela perfuração e desmonte e;
Assegurar que o teto do realce, que consta de pasta dos realces já preenchidos, não
venha a entrar em colapso causando diluição e, conseqüentemente, grandes
prejuízos à Empresa.
Sendo, assim, o padrão de contenção estabelecido que teve como base os procedimentos
adotados por minas canadenses sendo, inclusive, validado por consultoria externa consta
de:
•
•
•
•
•
Avanço de 10m com instalação de tirantes de 2,40m de comprimento e diâmetro
7/8”, com malha de 1,20 x 1,20m.
Uma primeira camada de concreto projetado com espessura de 5 a 8 cm;
Instalação de telas com malha de 0,10 x 0,10cm;
Uma segunda camada de concreto projetado de igual espessura da primeira;
Instalação de cabos (cable bolting) com malha de 2,0 x 2,0m, Cabos com 7 fios e
15mm de diâmetros em furos de 2 ½” .
A figura 09 mostra o projeto e o resultado da lavra do RE05 do sill pillar. Os dados relativos
a este realce encontram-se na tabela 03.
Figura 9(a)
Figura 9(b)
Figura 09 – Mostra o projeto de lavra do realce RE05 9(a) e o levantamento com CMS após
a sua conclusão 9(b).
TABELA 03 – DADOS DA LAVRA DO REALCE RE05- SILL PILLAR
Desenvolvimento em pasta
28m
Projeção de concreto
84m³
Metragem de cabos instalados
716m
Perfuração da face livre 61/2”
360m
Perfuração dos leques 41/2”
691m
Tonelagem de projeto
14.284 t
Tonelagem lavrada
14.733 t
Diluição
nenhuma
Tonelagem de pasta colocada
13.400 t
Percentual de cimento na pasta (%)
4,5%
UCS (56 dias)
0,32 MPa
RESULTADOS
O gráfico 01 mostra a relação entre a tonelagem de realces primários e secundários,
incluindo os realces do sill pillar, desde 1997. Observa-se que a relação entre realce e pilar
reduziu significativamente entre 1998 e 2003.
1200000
SULFETO (t)
1000000
800000
INSERIR TABELA
REALCE
PILAR
600000
400000
200000
0
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
ANO
Gráfico 01 – Relação entre a tonelagem lavrada por realces e pilares
Observa-se pelo gráfico uma relação inversa entre a tonelagem lavrada por realces e aquela
oriunda de pilares. Com o aumento da lavra de pilares, o processo de planejamento passou
a ser cada vez mais crítico devido às observâncias que devem ser tomadas ao se elaborar
um projeto de lavra de cada pilar, conforme mostrado anteriormente.
A reserva lavrável medida para o sill pillar localizado entre o Painel III e o Painel IV é de
845.000 t, sendo que até o presente momento, já foram lavradas 200.400 t. Espera-se que
até meados de 2006 toda esta reserva já tenha sido lavrada.
CONCLUSÕES
A introdução da tecnologia de paste fill associada ao método de lavra de realces abertos
mostra-se, indubitavelmente, como um excelente instrumento de otimização da recuperação
de lavra. Tal assertiva foi amplamente discutida e evidenciada neste trabalho face aos
dados apresentados. Em adição ao benefício do aumento da recuperação de lavra, tem-se o
maior controle da estabilidade regional da mina e a redução dos impactos ambientais
mediante o retorno do rejeito da usina o qual é adicionado à pasta.
Os principais fatores críticos de sucesso para a Mineração Caraíba são o controle rigoroso
da qualidade in situ da pasta, elaboração de planos de perfuração e desmonte adequados à
lavra de pilares, o monitoramento constante das escavações através do CMS, e o
cumprimento da seqüência de lavra estabelecida. Estes fatores, quando controlados,
asseguram a otimização da recuperação de lavra e a previsibilidade dos resultados.
BIBLIOGRAFIA
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South African gold Mines. 6° International Congress on Rock Mechanics. Volume 2.
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