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PLANEJAMENTO DA LAVRA DOS PILARES DO PAINEL E5D DA MINA SUBTERRÂNEADE POTÁSSIO DE TAQUARÍ-VASSOURAS – CVRD.

Sandro Lima Fontes, CVRD, Engenheiro de Minas, sandro.lima.fontes@cvrd.com.brCláudio Lúcio Lopes Pinto, Prof. EEUFMG, cpinto@demin.ufmg.br

RESUMO

Está em desenvolvimento atualmente, um estudo conceitual para a disposição derejeitos/estéreis oriundos da mineração (rockfill, pastefill ou backfill) para preenchimento dascâmaras de um painel experimental (painel E5D), com o objetivo de recuperação dos pilaresdeste painel. Este estudo representa uma primeira etapa para decisões futuras sobrerecuperação de pilares em toda a mina de Taquari-Vassouras. O planejamento da lavra dospilares é analisado neste trabalho por meio da verificação da viabilidade técnica deutilização 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/estériloriginated in the mining operations (rockfill, pastefill or backfill) for filling up the rooms of anexperimental panel (panel E5D), with the objective of recovering the pillars of this panel. Thisstudy 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 thetechnical viability of using of the equipments and the existent infrastructure already existentat 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 damineração, um “anseio” com grandes desafios intrínsecos, em face da certeza da presençado minério objeto e pelo custo de extração aparentemente baixo. No entanto, os riscosenvolvidos na lavra de pilares são consideráveis. Alguns problemas potenciais são asubsidência (algumas minas encontram-se em baixo de cidades, como na Europa, porexemplo) e o desabamento do teto de minas (provocando a perda de vidas humanas, deequipamentos e, algumas vezes, de toda a mina). Em minas de carvão e de evaporitos, aretirada descontrolada dos pilares pode provocar inundação e perda da mina por influxo daágua dos aqüíferos, normalmente existentes nas camadas superiores.

Com o desenvolvimento dos métodos de lavra e principalmente com o uso intensivoda mecanização nas minas subterrâneas, os custos envolvidos na lavra tornaram-seatraentes, mas foi com o progresso da ciência e tecnologia dos materiais que a recuperaçãodos pilares ganhou velocidade. Este progresso proporcionou um grande avanço nodesenvolvimento dos materiais para enchimento (Morrison,2000), usando-se os própriosmateriais descartados do processo, como o rejeito da usina (Andrade, 2000) ou o estéril damina. Mais recentemente, com o crescimento das exigências ambientais em quase todos ospaíses do mundo, as minas subterrâneas passaram a ser o destino natural dessesmateriais, propiciando uma economia na disposição normalmente realizada em barragensde rejeito ou em bota-fora, que requerem um alto custo de investimento, assim como demanutenção. Desta forma, em muitos casos, a recuperação de pilares foi tambémviabilizada.

A lavra de pilares é uma atividade específica para cada mineração, e não é diferentepara a mina subterrânea de Taquari-Vassouras. Para tanto, está sendo desenvolvido ummodelo conceitual para a disposição de rejeitos/estéril oriundos da mineração (rockfill,pastefill ou backfill) para preenchimento das câmaras de um painel experimental, e emseguida, a recuperação dos pilares. Desta forma, o planejamento antecipado da lavra se faznecessário, visto ser uma importante etapa na viabilidade técnica e econômica do projeto deaproveitamento 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 depotássio de Taquari-Vassouras, localizada na região centro-leste do Estado de Sergipe, nomunicípio de Rosário do Catete. Nesta época, o método de lavra era o de câmaras e pilareslongos com seção de 4m x 8m. O desmonte era realizado em cinco frentes de lavra, sendoquatro com mineradores contínuos de Tambor e uma frente, em áreas com alturas de lavrasuperiores a 4m, utilizando-se desmontes por explosivos com uma perfuratriz tipo Jumbo euso de carregadeiras rebaixadas (LHD). Após um processo de reestruturação, treinamentodo pessoal e modernização da mina, iniciado com a aquisição de sondas hidráulicas paraexecução de furos em subsolo com alcance de até 1000 metros, a produção de ROMevoluiu gradativamente de 621.814 t/ano em 1992 para 2.237.000 t/ano em 2002. Estaexpansão exigiu um novo planejamento incluindo modificações no método de lavra(utilizando-se pilares retangulares em lugar dos pilares longos), adequação dostransportadores de correias, aumento da capacidade de içamento do poço, sistema deventilação/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 SergipeAlagoas, ocupando uma área de aproximadamente 185km2, localizada entre os campospetrolíferos 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 depotássio (silvinita e carnalita) e de magnésio (carnalita).

Zona Potassífera

Na base do ciclo evaporítico VII localiza-se à zona potassífera com espessura médiade 20 metros. Sua característica principal é a ocorrência de duas camadas de Silvinita comespessura média de 5m e teor médio de 30% de KCl contido, denominadas respectivamentede Silvinita Basal Superior e Silvinita Basal Inferior, por estarem posicionadasestratigraficamente 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 najazida, realizada através de 23 marcos de correlação constituídos por camadas de halita finacom argila que balizam o posicionamento estratigráfico do minério.

Método de Lavra

O método de lavra utilizado na mina subterrânea de Taquari-Vassouras é o decâmaras e pilares retangulares, com o uso de mineradores contínuos de rotores (Marietta900), equipamentos de transporte elétrico (shuttle-cars) e quebrador-alimentador (feeder-braker) que descarrega o minério diretamente na correia transportadora, atualmente comcerca de 9 Km em operação na mina subterrânea.

O minerador escava o maciço descarregando o minério nos shuttle-cars, comcapacidade de 15 toneladas, que transportam o material a uma distância máxima de 150metros entre o minerador e o feeder-braker. Este equipamento faz a britagem primária dominério 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 têmaltura variável entre 2,7 e 10,3 metros e largura máxima de 14,0 metros. Os pilares sãoretangulares com área variando de 21,0 x 64,0 m2 (para largura da câmara com 10,9m) a27,0 x 54,0m2 (para largura da câmara com 14,0 metros). A taxa de extração, considerandoa área lavrada, varia de 43% a 49%.

Planejamento de Lavra

O planejamento da lavra é composto de diversas etapas, incluindo a sondagem sub-horizontal em subsolo, o desenvolvimento, o tratamento dos dados geológicos comelaboração de mapas e seções geológicas, o dimensionamento dos painéis de lavra comestabelecimento de um layout, e a lavra propriamente dita.

Na mina de Taquari-Vassouras, o planejamento de lavra feito para curto, médio elongo prazo utiliza ferramentas como programas para modelagem e projeto da lavra(Autocad, VULCAN) e ventilação (VNETPC 2000). Os mapas de isolinhas (isólitas) damineralização e os mapas estruturais, conjuntamente com as plantas do subsolo sãoutilizados para dimensionamento dos painéis de lavra e determinação do melhor arranjopara aproveitamento das reservas.

O dimensionamento geomecânico dos painéis de lavra é realizado através dométodo de deslocamentos descontínuos, suplementado também por análises pelo Métodode Elementos Finitos. Os painéis são dimensionados após análises das seções e mapasgeológicos, 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 docorpo 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 dopessoal 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 foio painel E5D por apresentar características e condições favoráveis e não apresentar riscopara a estabilidade de toda a mina. A sua localização em relação aos outros painéis da minapermite, em caso de alguma eventualidade, o seu isolamento de maneira fácil e rápida. Opainel E5D da Mina Taquari-Vassouras, como mostra a Figura 01 abaixo, está localizado naárea nordeste da mina, a uma profundidade média de 625 metros.

F u ji no r

S u b es t a çã o

PAINEL E5D

Η Η

19ΡΕ

ΒΑΙΞ

Ο

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 teormédio de 31%, equivalentes a 56.931,68 m3 (Figura 02). O eixo principal do painel possuiinclinação descendente de 14%. A largura das câmaras de lavra é de 13,95m e as alturasde 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 demineralização 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 eoperacionais existentes na mina;

2. Os equipamentos para escavação do painel experimental serão os existentes namina. Equipamentos de lavra: mineradores contínuos, shuttle-cars, feeder-brakers;equipamentos de apoio e infra-estrutura: correias transportadoras, exaustores eventiladores, 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 dosoperadores, não exigindo maiores adaptações;

3. Dentro do planejamento bi-anual da mina é factível a programação do painelstand-by para a execução da lavra dos pilares do painel E5D;

4. Atualmente, o planejamento de médio prazo contempla o enchimento do painelE5D com estéril oriundo do desenvolvimento. Para tanto, foi confeccionado umtripper (transferência entre correias) para descarregar o material escavado na

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galeria RNE1/2 diretamente no painel. Tal situação pode ser abortada semprejuízo de custo, desde que seja definido um outro tipo de enchimento para olocal;

5. Na análise do comportamento geomecânico, todas as câmaras do painel serãoconsideradas, inicialmente lavradas e preenchidas com material (rocha vinda dodesenvolvimento ou pasta de rejeito). Os parâmetros geomecânicos de resistênciae de fluência da rocha envolvida na lavra de pilares, as características das rochasde cobertura e a existência de aqüífero para avaliação das deformações queocorrerão após a lavra, serão abordados no estudo desenvolvido por uma equipede especialistas em mecânica de rochas. Também serão definidas as condiçõesde estabilidade do maciço rochoso na mina, evitando que ocorra descompressãona área de lavra e infiltrações de água proveniente do aqüífero sobreposto. Deve-se 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 utilizadosna mina de Taquari-Vassouras e que podem executar a lavra de pilares. Cada mineradorpossui características próprias que proporcionam resultados diferentes de performance erecuperação das reservas existentes nos pilares. Algumas características importantes são:

Minerador Alpine (AM-85): este equipamento é utilizado atualmente na escavação dasgalerias de desenvolvimento e possui boa flexibilidade para escavar galerias quenecessitam de maior atenção com as dimensões (infra-estrutura de painel, pontes evarações entre galerias de reconhecimento) e que normalmente requerem maior tempode escavação (Foto 01). As principais características que influenciam de maneira maissignificativa a operacionalidade da lavra são:

• Altura de corte: Mínima 3,5 metros, máxima 5,5 metros, por avanço (sem considerarrebaixo 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 voltadasprincipalmente para a produção, apresentando uma produtividade nominal de cerca de500 toneladas/hora. Para o tipo de transporte utilizado em Taquarí-Vassouras, estesmineradores conseguem produzir, em média, 215 toneladas/hora (Foto 02). A Mariettanão 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 àescavação e ao avanço considerando a linha de exaustão e ventilação e o shuttle-car 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 distintosde performance na escavação. Contudo, para o caso de escavação dos pilares, algumasconsiderações influenciam positivamente cada tipo de equipamento, tais como:

• Impossibilidade de rebaixo: por se tratar de área com enchimento, em muitoscasos 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 aMarietta;

• Possibilidade de rebaixo: neste caso, Marietta e Alpine apresentariam a mesmarecuperação da reserva nos pilares;

• Escavação no inicio do pilar e depois das travessas: para essa parte dos pilares, ominerador Alpine apresenta uma maior recuperação da reserva, pois consegueescavar a uma altura maior, não deixando minério no teto. A Marietta precisariafazer a concordância entre as escavações para buscar o contato minério/estéril;

• Largura das galerias escavadas dentro do pilar: como a largura escavada édiferente para cada minerador, o Alpine apresenta maior flexibilidade no avanço,já que necessita de menor apoio operacional (mobilização das linhas de dutos deventilação 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 mesmoutilizado pelos painéis localizados na área nordeste da mina. O ar novo éinsuflado pelos ventiladores Neus e Spray Chambers pela galeria RNE2 até àentrada do painel, percorrendo cerca de 2.300 metros numa galeria com 25m2 deseção 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 atemperatura VRT local, é de 40m3/s;

• Circuito Secundário: O ar novo entra pelo eixo principal do painel auxiliado pelojato ventilador (vazão de 24m3/s) e o restante do ar novo segue pela própriagaleria (16 m3/s), posicionado a 25 metros atrás do feeder-braker, evitando-seassim a recirculação de pó e atendendo a sua capacidade máxima de trabalho. Aexaustão utiliza o exaustor de lavra com capacidade de 34m3/s, descarregando opó 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 possívelescavar todos os pilares com estes equipamentos de apoio em uma mesma posição, comomostra a Figura 03.

A correia transportadora necessitará de desmontagem para concluir a escavação dospilares, sendo necessário o re-posicionamento do feeder-braker e do ventilador de frente delavra.

Recuperação dos pilares (escavação).

A seqüência de escavação para os dois tipos de mineradores é a mesma, alterando-se alguns parâmetros como os pontos de interseção (PI), as marcações do eixo dereferência 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 oponto inicial, visando proteger equipamentos e pessoal de eventuais condições inseguras,ocasionadas pelo aparecimento de chocos no teto ou nas laterais das galerias. A seqüênciade escavação é apresentada pela numeração em ordem crescente na figura 03 abaixo.

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PAINEL E5D

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1 22A

Figura 03 - Seqüência de escavação dos Pilares.

ANÁLISE DOS RESULTADOS:

De acordo com o plano estabelecido para a lavra dos pilares, deverão permaneceralguns dos pilares no painel, por questões estruturais (em função da sua localizaçãopróxima aos eixos de desenvolvimento). Dessa forma, haverá uma diferença entre atonelagem existente nos pilares (142.159 Toneladas) e a tonelagem recuperada (88.243Toneladas), sendo possível recuperar cerca de 62%, (Gráfico 01).

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Tonelagem do Pilar X Recuperada

02.0004.0006.0008.000

10.00012.00014.00016.00018.00020.000

P1

P2

P3

P4

P5

P5A P

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P6A P

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P7A P

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P8A P

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P9A P10

P10

A

Pilares

Tone

lage

m

Tonelagem do PilarTonelagem Recuperada

Gráfico 01: Reserva recuperada dos pilares.

O tempo de escavação será distinto para cada tipo de minerador, pois asprodutividades 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 estascondições.

Tabela 02 - Produção mensal por minerador*.Minerador Produtividade

(t/hora)Rendimento do sistema

mina - 35% no mês (horastrabalhadas)

Toneladas/mês

Marietta (c/ 1 shuttle-car) 150 252 35280Marietta (c/ 2 shuttle-car) 215 252 47376Alpine (c/ 1 shuttle-car) 85 252 21420Alpine (c/ 2 shuttle-car) 125 252 31500* Valores estimados em função dos dados históricos da mina.

Importante ressaltar que nesta estrutura de lavra não haverá uma mudançasignificativa nos métodos e nos equipamentos utilizados não sendo necessário um novoaprendizado operacional (cultural) por parte da operação da mina (todas as atividadesenvolvidas), eliminando-se um grande fator de risco em minas subterrâneas que é aadaptação aos processos operacionais.

De acordo com estas condições e com o respaldo dos estudos geomecânicos, alavra dos pilares do painel experimental E5D poderá ocorrer dentro do planejamento demédio prazo, utilizando-se o conjunto minerador stand-by. Em uma perspectiva de longoprazo para recuperação de pilares de outros painéis, pode-se projetar a disponibilidade dosconjuntos mineradores Alpine a partir do ano de 2012, quando, pelo cronograma deexaustão 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 queé possível utilizar as condições operacionais e de infra-estrutura atualmente em uso na minasubterrânea de Taquari-Vassouras, para a recuperação do minério dos pilares.

Utilizando-se o conjunto minerador stand-by, o que significa investimentos quasenulos, o planejamento da lavra dos pilares do painel E5D prevê a recuperação deaproximadamente oitenta e oito mil toneladas de silvinita ou 62% do volume dos pilaresdeixados neste painel.

Finalmente, a lavra de pilares e o desenvolvimento de novos layouts são temaspertinentes à visão estratégica da Companhia Vale do Rio Doce – Taquari-Vassouras. Nestemomento de expansão da unidade de produção, os resultados apresentados apresentampossibilidades reais de implementação para a ampliação da produção da mina.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

Morrison, Douglas - Tecnologia de Pasta de Rejeito para Disposição de Rejeito em Subsoloe 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 - Planejamentoda Lavra dos Pilares do Painel e5d e Desenvolvimento de Lay-outs alternativos para ospainéis 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 deTaquari Vassouras, Relatório Interno - Rosário do Catete, SE: GEFEK,CVRD,1999.