DEMIN/EM/UFOP

Lavra
Subterrânea
MIN 114

Ouro Preto, 2017

Prof. José Margarida da Silva

Método de Abatimento Controlado

em Blocos
(Desabamento de Painéis)
para corpos de forte mergulho
 Sumário
Block Caving
• Generalidades e Definição
• Desenvolvimento
• Lavra: Operações e equipamentos
• Vantagens e Desvantagens
• Variantes

Fluxo de Material Fragmentado

Estudos e Projetos Suryawanski, em pt.slideshare.net, 2016: ramificações;

subnível de grelha (esq.); nível principal de transporte;
progressão do solapamento (alto, dir.); túnel (dir.)
Referências
 Lavra a céu aberto x caving

• Algumas das maiores minas de cobre em operações de lavra céu aberto do mundo estão
se transformando em subterrâneas com ambiciosos planos de produção por abatimento
em blocos (block caving).

• Caving: muitas vezes a única forma viável para maciços de baixo teor que se tornam
profundos para lavra a céu aberto.

Block caving:
• método bem estabelecido, usado em mais de 20 minas, muitas há décadas; mais de 45
projetos no mundo;
• vantagens ambientais, de segurança e de custo;
• adequado para corpos grandes, profundos, de baixo teor que não seriam
economicamente viáveis ou (mais) factíveis a céu aberto ou por corte e enchimento.
 Block Caving - aplicabilidade

• corpos de minério maciços, de grande dimensão vertical,

• grande mergulho,
• grande espessura (de 30 a 200 m; Hartman, 1987) (extensão vertical 60-180 m, para
Britannica, 2007);
• baixo valor unitário (exemplo cobre e molibdênio),
• características de abatibilidade (cavability: existência de numerosas famílias de fraturas,
rocha pouco resistente);
• não devem aglomerar-se ou oxidar-se.
• Rocha encaixante similar ao minério, contato distinto.
• Depósito maciço ou tabular, mergulho acima de 60º (mais comum, Hem & Caldwell, 2012),
ou quase plano, se espesso, grande área (Suryawanski, 2016);
• profundidade de 600 a 1.200 m;
• corpos de média resistência, não se aplicando aos extremos (muito duro ou muito macio).
 Block caving
Lavram-se corpos dimensão vertical da ordem de 350-400 m, com área de 200 m x 200 m.

Desenvolvimento

• Primário: geralmente poço vertical;

• Secundário: cabeceira de transporte, travessas de carregamento e galeria de
solapamento (undercut) em cada bloco;
• Terciário: passagem e ramificações acima de uma galeria de subnível com grelha.
Algumas ramificações servem para passagem de pessoal.
• Extenso e caro, mas menor custo unitário que o de sublevel caving, conforme
Suryawanski, 2016.

Algum tirante (ou cabo), concreto projetado pode ser aplicado nos pilares de soleira
resultantes (Carrasco, 2008).
O desmonte do minério se dá, quase sempre, sem o emprego de furação e detonação da
massa mineral. As condições de fraturamento, tensões e friabilidade naturais e a ação da
gravidade proporcionam a degradação do minério (Petter, sd).
 Abatimento em blocos
• Perfuração mecanizada (principalmente em
subníveis) - jumbo tipo fandrill - 51 a 76 mm;
• Detonação: ANFO ou lamas (slurries);
• desmonte secundário - por martelete ou
fogacho;
• Carregamento e transporte:
– equipamentos semelhantes aos de
alargamento em subníveis, preferência
para os de maior porte (SANDVIK, 2007:
caminhões de até 60 t, em teste 80 t);
vagões, correias.
– Quantitativos: fluxo direto em grelha – 90 (Suryawanski, em pt.slideshare.net, 2016)
mil t/dia, com rastelo – 35 mil t/dia, com
O gargalo está no trabalho no nível com grelha. O
LHD – 245 mil t/dia (www.saimm.co.za). espaçamento deficiente ou excessivo dos pontos de
– Operações auxiliares: atirantamento mais carregamento produz zonas de fluxo de material que podem
produzir controle insatisfatório de tamanho e criar problemas de
leve. A ventilação é outra operação forças sobre o pilar de soleira. Na prática, esse espaçamento
auxiliar importante. varia de 4,5 a 12 m.
Block Caving
 Block caving

Lavra

O desmonte inicial é somente

para início do processo de
fragmentação, devendo ser
seguido pela auto-quebra do
material (abatimento).

Nesse método abatem-se

tanto o corpo de minério
quanto a rocha encaixante.

www.pebblescience.org, 2011
 Block caving
• Face livre vertical realizada com perfuratriz raise borer no diâmetro de
1,5 m.
• Limpeza - são colocadas LHDs, uma por galeria de extração. Já foi
tentado número maior, mas a segurança (visibilidade, ruído) não
aconselham mais que uma.

• Taxa de extração por volta de 200 t/h por equipamento. Por exemplo,
em 15 h/dia, alcança-se um índice de 0,2 a 0,5 t/m2 dia (que vai
aumentando à medida que diminui a profundidade de extração – lavra
ascendente).

• Blocos extraídos heterogêneos, dimensão média de 0,5 a 6 m, o que

favorece necessidade de fogo secundário para garantir o fluxo de
material grosseiro, principal parâmetro do método. Esse, por sua vez,
pode implicar revisão do suporte.

• Comuns fenômenos relacionados a rock bursts.

• Normalmente, transporte até a superfície em correias.
 Abatimento em blocos
Exemplos de uso
– grandes minas: Palabora (África
do Sul), Andina, El Teniente
(Chile), 0,7-1,0% Cu,
Chuquicamata (Chile) - 2018;
– Magma (EUA) - Cu, King
Beaver (Canadá) – asbesto;
– Mather (EUA) – Fe, Urad (EUA)
– molibdênio, Ridgeway, San
Manuel, Bagdad - Cu (EUA);
– Yanzhou – China;
– Northparkes – Cu, Au
(Austrália);
– Pebble – Cu; Questa;
– Finsch (África do Sul) -
diamante; El Teniente: Cu, Mo – mais 20 anos
– Grasberg (Indonésia)- Cu. a partir de 2017
 Resolution (EUA)
Minas em operação e planejadas

• Mina de cobre, 2.100 m de

profundidade, 1-2% Cu;
• 40 anos de vida útil;

• 3 poços principais ($ 500 milhões para

construção);

• Previsão de subsidência para não

afetar estrutura superficial (Apache
Leap) – estudos de viabilidade e
monitoramento.
(www.resolutioncopper.com) Hem & Caldwell (2012)
 Resolution x Magma (Cobre)
• Resolution Mine: teor 1,5%, disseminado, duas vezes mais
profunda;
• Magma Mine: 5%, veio, 1.000 m.
 Abatimento em blocos
• Fiscor (2010): algumas das maiores minas de cobre a céu aberto estão caminhando para lavra
em subsolo com planos de produzir por abatimento em blocos.
• Taxa média tem sido 30.000 t/dia;

• Grasberg e Chuquicamata estão considerando alcançar, respectivamente, 160.000 e 140.000

t/dia, a iniciar em 2016 e 2018, com plena produção em 2022 e 2025.
• Palabora: fechou mina a céu aberto em 2002; 0,6% Cu; poço principal para 30-39 mil t/dia;
• Ovalle e Pesce (2004): após analisarem o projeto múltiplo e fatores operacionais que
tradicionalmente são considerados, concluíram que existem apenas dois fatores que têm
influência: altura da coluna de material e taxa de abatimento.
• Surpreendentemente a taxa de extração não tem influência na capacidade máxima de
produção.
• A definição da altura da coluna e sua faixa viável são analisadas, descrevendo-se como
determinar os valores mínimo, máximo e melhor.
 Block caving
Chuquicamata:
• mais de 1,7 bilhão t (0,7 % Cu) serão retiradas da mina subterrânea.
• Construção começou em 2011 - dois poços, 11 e 12 m de diâmetro - extração e ventilação.

• Blocos de produção - 36.000 m2.

• Quatro anos após nível ser iniciado, iniciada preparação de outro.

• Pré-condicionamento para abatimento por hidro-fraturamento.

• Usará 30 LHDs 6,9 m3 em 12 travessas de produção,

• Minério para passagem, britador giratório, correia, silo, correia 7 km à superfície, 15%
rampa.
 Grasberg

• parte distrito Ertsberg, Indonésia, já tem lavras por abatimento em blocos.

• Deep Ore Zone (DOZ) - 80.000 t/d, das maiores do mundo.

• Corpo DMZL – 1.300 m comprimento, 350-500 m largura. Passagens de minério espaçadas
até 170 m.

• Conhecimento usado na transição de Grasberg para subsolo; 1 bilhão t, 1%Cu, 0,8 g/t Au.
• Cones de escoamento seção 30 x 20 m.

• Transporte 5-6 locomotivas, 20-24 vagões 20 m3.

• Trens conduzirão a 3 pontos alimentação britadores giratórios.
 Grasberg Mine

• Céu aberto e subterrânea;

• 1989/1991: open stope;

• A partir 2000: block

caving;

• Corpos sulfetados de Cu e
veios com stockworks;

• 80.000 tm/dia;

www.fcx.com/operations, 2011
 Questa Mine
• Mecânica de rochas: mapeamento, classificação de maciço, monitoramento por
extensômetros;

• Suportes: sistema Q, medidas de convergência, análise assistida por computador;

• Tipos: pré-moldados de concreto e aço, concreto projetado (50 mm ou mais), hastes de

ancoragem (não tensionadas, 6 m, em coluna completa de cimento), split-sets;

(Agapito & Shoemaker, 1987).

 Outros Projetos Northparkes
Mina Pebble
• Minério Cu-Au-Mo, disseminado, sulfetos, aflorante;
• Baixo teor, capeamento muito espesso.

Mina Argyle
• Diamante, passagem para subsolo,
• Investimento $803 M;
• 2010/2018 – plena produção 2013
(argylediamonds.com.au, 2011).

Northparkes
• Subsolo em 2011, 50 Mt – 1,4% Cu, 0,4 g/t Au (mining-technology.com, 2011).

New Afton Mine, Canadá (newgold.com, 2011)- 4,5 km de desenvolvimento em 2008, para entrar em
produção em 2012;
Oyu Tolgoi (cobre, ouro, Mongólia; cisionwire.com, 2011) - projeto: 85 mil t/dia (27,6 Mt/ano), reserva
2,7 Mt Cu recuperável, 1,7 MOz Au -> mais de 50 anos, mais Ag-Mo; até 200 km galerias, em
profundidade 1.300 m (Holden Geological, 2016);
Konkola North (cobre, Zâmbia) – 2,5 Mt/ano para 2013.
 Produtividade e custo operacional
PRODUTIVIDADE E CUSTOS UNITÁRIOS (HARTMAN, 1987 OU 2002)

MÉTODO DE LAVRA PRODUTIVIDADE CUSTO

(t/homem x turno) UNITÁRIO
(US$/t)
PEDREIRA (CÉU ABERTO) 28 - 165
CÂMARAS E PILARES 27-73 11-33
LAVRA FRONTAL (AL. ABERTOS) 27-45 9-33
LAVRA POR RECALQUE 4-9 17-44
LAVRA POR SUBNÍVEIS 14-27 13-39
LAVRA CORTE E ENCHIMENTO 9-18 17-55
ALARGAMENTOS ESTEIADOS 22-72
LAVRA ESTRUTURAS RETANGULARES 1-3 33-138
LAVRA FRENTE LONGA (LONGWALL) 68-163 6-28
ABATIMENTO EM SUBNÍVEIS 18-36 13-44
ABATIMENTO EM BLOCOS 14-36 6-22
Custo relativo de lavra (Hartman e Mutmansky, 1987, 2002)
• 10%: AP; AB ;
• 15%: AS; LFL;
• 20%: CP; LS
• 45%: LR;
• 55%: CE;
• 100%: LP (rochas ornamentais)

• AP: Alargamentos e Pilares

• AB: Abatimento em Blocos
• AS: Abatimento em Subníveis
• LFL: Lavra por frente longa (Longwall)
• CP: Câmaras e Pilares
• LS: Realce em Subníveis
• LR: Lavra por Recalque
• CE: Corte e Enchimento
• LP: Lavra de Pedreira (Céu Aberto)
20
 Abatimento em blocos (block caving)
Tanto minério quanto rocha encaixante são abatidos.

Vantagens
• alta produtividade,
• altas escalas de produção (30-80 mil t/dia, projetos acima 100 mil t/dia, segundo
Jakubec, 2016);
• baixo custo de lavra ($4-7/ t; custo relativo de 10%),
• diluição de 10 a 20%,
• recuperação pode alcançar 100% (mas pode ser mais baixa, para AMC, 2012,
citado por Britannica, 2007);
• alta mecanização;
• operações padronizadas, boa supervisão;
• bons índices saúde e segurança.
 Abatimento em blocos
Desvantagens:
• subsidência pode ser em grande escala;
• alto custo de capital (desenvolvimento de maior custo, lento, extenso). Este é
um método que requer intensivo capital inicial (Petter, sd);
• controle de fluxo crítico;
• Manutenção custosa e substancial das aberturas em áreas de produção, se
pilares ficam excessivamente carregados;
• grande tempo de desenvolvimento para blocos (cerca de 1.000 m2) (3-5 anos),
se desmonte sem explosivo;
• não seletivo.
(Carrasco, 2008; Suryawanski, 2016)
 Variantes
• Variações: massas, painéis, blocos são solapados para induzir o abatimento.

Abatimento em blocos

• Áreas solapadas são retangulares ou quadradas,

• usualmente lavradas em ordem diagonal ou alternada,
• mantém-se um plano aproximadamente horizontal de contato entre o
minério e a capa abatida;

(Hartman, 1987 ou 2002).

 Variantes

Abatimento em painéis (panel caving)

• Minério é lavrado em tiras contínuas, em recuo,
• o plano de contato minério-capa é inclinado;

Abatimento em massas (mass caving)

• Prismas irregulares são extraídos de dimensões de acordo com as
propriedades de abatimento e com as tensões sobre as escavações,
• o plano de contato é inclinado.
 Opções no sistema de fluxo
Três versões no realce, em função da granulometria do material fragmentado:

• para material bem fragmentado, de fluxo livre, a utilização da força da gravidade e

ramificações das passagens (fingers) para transferência do material, com controle da
granulometria no subnível de grelha;

• para material com menor grau de fragmentação, a utilização de rastelo (scraper) para
levar o material aos pontos de carregamento na galeria de transporte;

• para material mais grosseiro, a utilização de LHD, carregadeira de descarga traseira etc
para conduzir o material aos transportadores.
 Estudos

Rubio e Dunbar (2004) – block caving

Mais de 45 projetos em todo o mundo;
• Nova métrica, com teoria da mais de 70 anos de uso.
confiabilidade, para padrões de
produção.

• Uso de ferramentas de pesquisa de

operações para alocar
equipamento e mão-de-obra ou
para minimizar custos ou maximizar
valor presente (NPV).

(Dessureault et al., 2004)

 Estudos
Baiden & Bissiri (2004) – block caving
• Introdução da telerobótica, focada na variante abatimento em massas,
no sistema de produção.
• Busca de respostas – quantas máquinas podem ser operadas por cada
pessoa, quantos tipos diferentes de máquinas podem ser operadas por
cada pessoa, como controlar máquinas nessa situação.
• Algoritmo construído seria testado em planta piloto.

Simulações para Mina San

Manuel, com FLAC 3-D
(Hem & Caldwell, 2012)- 9
painéis.
Comparação entre métodos
Fator Abatimento Abatimento em
Recalque em Blocos
Subníveis
Custo de lavra 50% 50% 20%
Produção Moderada Grande Grande
Produtividade Baixa moderada Alta
Investimento baixo moderado Alto
Desenvolvimento Rapido moderado Rápido
Profundidade Limitada moderada Moderada
seletividade Moderada Baixa Baixa
recuperação alta Alta Alta
Diluição baixa Baixa Alta
Flexibilidade Moderada Baixa Baixa
Estabilidade alta Alta Moderada
Subsidência baixa Alta Alta
Saúde/segurança Boa Boa Boa
outro Mão-de-obra Controle de
Intensiva fluxo crítico 28
 Mecanização e automação -
Estudo de Caso

Mina Finsch (África do Sul) – diamante - Abatimento em blocos

• Implantado sistema AutoMine – caminhões autônomos trafegam no ciclo de transporte
entre pontos de carregamento e britador primário, localizado próximo ao sistema de
içamento do poço vertical.
• Eletrônica embarcada, comunicação sem fio.

Benefícios

• Aumento da utilização dos equipamentos (caminhões e LHDs),

• maiores velocidades de transporte aumentaram a produção;
• Maior estabilidade das escavações, redução do risco de dano ao trabalhador.

• Mais em: Camargos (2017).

 Mecanização e automação
Mina Finsch (África do Sul) – diamante
• Sistema de manuseio de minério tem CMS – planejamento das atividades do dia, divisão nos
turnos de trabalho, dando orientações para carregadeiras LHD.
• Registro de todos os movimentos do equipamento.
• Fornece informações para outros sistemas de controle:
• PCS – Production Control System;
• MCS – Mission Control System.
• Da sala de controle na superfície, o operador controla caminhões e LHDs.

Simulação conceitual para

duas condições de juntas, da
condição de taludes, na
transição mina céu aberto-
subterrânea (Elmo et al.,
2007 , citados por Hem &
Caldwell, 2012)
 Referências Bibliográficas
Camargos, J. N. Automação eo Futuro de Minas Subterrâneas. TCC. DEMIN. UFOP. 2017.
De la Vergne, J. Hard Rock Miner’s Handbook. McIntosh, pp. 320-328. 2000.
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Jakubec, J. Caving Cu-Au Porphyry. Disponível em http://www.srk.com/sites/default/files. 2016.
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