Influência de Desenhos de Mina

DIVISÃO DE ENGENHARIAS
CURSO DE ENGENHARIA DE MINAS
3o Ano Turma B Curso Diurno
CADEIRA: SERVIÇOS MINEIROS II

TEMA: INFLUÊNCIA DE DESENHOS DE MINAS
Nomes:
Elito Baptista
Vercinio Teodoro Bula
Docente: Ph.D. Pedro Amade
Maio, 2015
Tete
ÍNDICE
1. RESUMO................................................................................................................................. 3
2. ABSTRACT ............................................................................................................................ 4
3. INTRODUÇÃO ....................................................................................................................... 5
4. OBJECTIVOS ......................................................................................................................... 6
5. METODOLOGIA .................................................................................................................... 6
6. INFLUÊNCIA DE DESENHOS DE MINA ........................................................................... 7
7. GEOMECÂNICA .................................................................................................................... 8
8. CLASSIFICAÇÃO GEOMECÂNICA DOS MACIÇOS ROCHOSOS NA ESCAVAÇÃO. 9
8.1. Rock Quality Designation (RDQ) .................................................................................. 10
8.2. Rock Mass Rating (RMR) .............................................................................................. 10
8.3. Sistema-Q ....................................................................................................................... 11
8.4. Coal mine roof rating (CMMR) ..................................................................................... 13
8.5. Componentes do CMMR ............................................................................................... 14
9. CONSTRUÇÃO DE UM MODELO GEOMECÂNICO APLICADO À EXPLORAÇÃO

SUBTERRÂNEA ......................................................................................................................... 14
9.1. Aspectos a considerar na construção de um modelo geomecânico ................................ 15
9.2. Geometria da escavação ................................................................................................. 15
9.3. Estado natural de tensão dos maciços ............................................................................ 15
9.4. Método dos elementos finitos ........................................................................................ 16
9.5. Análise e interpretação dos resultados ........................................................................... 16
10. CONTROLO DA ESTABILIDADE SUBTERRÂNEA ................................................... 19

11. IDENTIFICAÇÃO DAS CAUSAS DE INSTABILIDADE ............................................. 21
12. CONCLUSÃO ................................................................................................................... 24
13. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................... 25
Influência de Desenhos de Minas
1. RESUMO
O presente trabalho foi realizado através de uma pesquisa bibliográfica, sobre a influência de
desenhos de minas em escavações subterrâneas. Temos como objectivos apresentar o
comportamento do maciço após a escavação nesse caso na mineração subterrânea, os parâmetros
de segurança, classificação geomecânica do maciço rochoso na escavação do maciço.
As classificações geomecânicas permitem de maneira empírica, quantificar a capacidade que o

maciço rochoso possui para se adaptar às novas condições provocadas pela escavação.
Ao realizar uma escavação subterrânea, modifica-se o estado de tensão preexistente

desenvolvendo-se picos de tensão.
A geomecânica é um factor indispensável na prática de escavação com mais ênfase na mina

subterrânea, é na base da geomecânica que são determinados os parâmetros de segurança, tendo
em conta conhecimentos geológicos sobre mecânicas das rochas e dos solos para auxiliar na
abertura de galerias, construção de pilares para suporte do teto entre outros.
Tendo em conta os conhecimentos sobre a geomecânica reduzira o número de acidentes, melhorara

a estabilidade do suporte do teto afectando positivamente no desempenho da actividade mineira.
SERVIÇOS MINEIRO II 3
2. ABSTRACT
This work was carried out through a literature review on the influence of mine designs in
underground excavations. We have as objective to present the mass behavior after excavation in
this case in underground mining, security parameters, geomechanics classification of the rock mass
in the excavation of mass.
The geomechanical classifications allow empirically quantify the ability of the rock mass has to
adapt to new conditions caused by excavation.
When performing an underground excavation, modifies the existing state of tension developed up
surge.
The geomechanics is an indispensable factor in the practice of digging with more emphasis on
underground mine, is at the base of geomechanics are certain security parameters, taking into
account geological knowledge of mechanical rocks and soil to assist in opening galleries,
construction Ceiling support pillars among others.
Given the knowledge of the geomechanical will reduce the number of accidents, improved ceiling
support stability affecting positively the performance of mining activities.
3. INTRODUÇÃO
A Geomecânica Estuda o comportamento de todos os materiais presentes na crosta terrestre.

Mecânica das Rochas estuda o comportamento dos maciços rochosos em relação a forças externas;
na mineração: escavações. Os princípios éticos fundamentais do estudo da geomecânica são de
obter a segurança, economia e bom aproveitamento das Jazidas.
A parte da Geologia que estuda o comportamento dos maciços rochosos em relação a forças
externas é a mecânica de rochas. Dentro desta área encontram-se os procedimentos de preservação
do maciço rochoso nas atividades de mineração, tanto lavra a céu aberto como subterrânea. Uma
lavra segura inicia-se com uma boa estabilidade da camada da rocha sobre a camada em lavra.
O maciço rochoso se divide em duas entidades: matriz rochosa e descontinuidades. Matriz rochosa
é o material sólido que forma os blocos e as descontinuidades são como pontos de fraqueza que
dividem a matriz rochosa. O conhecimento das características litológicas (mineralogia, estrutura
da rocha, textura da rocha e composição química), a qualidade do maciço rochoso (foliação,
bandeamentos, falhas, fraturas) e descrição e detalhamento das descontinuidades são
imprescindíveis para monitoramento da estabilidade do maciço rochoso. Os coleta destes dados
são feitos a partir de mapeamentos estruturais e geotécnicos dentre outros trabalhos, realizados
antes mesmo do início das atividades de exploração.
4. OBJECTIVOS
4.1. Geral
O trabalho tem como objectivo geral fornecer informações sobre a Influência de Desenhos de Mina
tendo em conta a geomecânica aplicada na escavação em Minas Subterrâneas.
4.2. Específicos
Identificar as classificações geomecânicas;
Identificar o comportamento do maciço rochoso após a escavação subterrânea.
5. METODOLOGIA
Para a realização deste trabalho foram por nós usados métodos de recolha de informações
consultando os manuais escritos disponíveis na biblioteca da nossa instituição e de materiais
consultados na internet.
6. INFLUÊNCIA DE DESENHOS DE MINA
A Mecânica de Rochas está relacionada com as propriedades mecânicas e o comportamento das

rochas, isto é, como a rocha responde quando sujeita a um campo de forças. Este campo pode ser
induzido pela escavação de uma abertura produzida por meios mecânicos. Isto é de fundamental
importância em mineração porque a rocha é o principal material de construção e também o
principal produto do processo de escavação.
 Engenharia de Minas: interessada no comportamento mecânico do maciço rochoso

quando se realizam escavações no mesmo, isto é, parte deste é aliviado.
 Engenharia Civil: interessada nas modificações que se introduzem quando o maciço é
carregado pela presença de uma barragem, edifício etc.
Esses problemas quase opostos podem ser equacionados conforme:
 Quais as tensões atuantes no maciço original?

 Quais as alterações das tensões introduzidas pela escavação ou obra?
 Qual o efeito das condições geológicas mais complexas?
A parte da Geologia que estuda o comportamento dos maciços rochosos em relação a forças
externas é a mecânica de rochas. Dentro desta área encontram-se os procedimentos de preservação
do maciço rochoso nas atividades de mineração, tanto lavra a céu aberto como subterrânea. Uma
lavra segura inicia-se com uma boa estabilidade da camada da rocha sobre a camada em lavra.
A monitorização dos desmontes reveste-se de grande importância nas explorações mineiras

subterrâneas, dado ser necessário manter as condições de segurança e estabilidade pois, como tem
sido mencionado ao longo deste estudo, ao escavar o maciço as condições preexistentes alteram-
se e o estado de tensão em redor da cavidade modifica-se.
Os principais objectivos da monitorização nos trabalhos subterrâneos são os seguintes (Hoek e

Brown, 1980):
 Antes da abertura – recolher informação para o projecto de engenharia (ex. tensões in situ,
resistência e deformação do maciço rochoso);
 Durante os trabalhos da escavação – confirmar a realidade do projecto elaborado e estudar

a estabilidade do maciço com vista à garantia de segurança;
 Após o abandono da escavação – avaliar o comportamento do maciço rochoso face à
escavação, com vista à preservação da sua estabilidade e/ou avaliar a sua interacção com
escavações próximas.
Para elaborar o plano de instrumentação e monitorização da exploração deve atender-se aos

seguintes aspectos (baseado em Cunha e Fernandes, 1980):
1. Localização da exploração - a profundidade e o meio onde se insere condiciona o tipo e a

densidade de instrumentação a utilizar.
2. Características geotécnicas – a litologia, a hidrogeologia, a fracturação, e as características
geomecânicas do maciço condicionam o tipo e a frequência de instrumentos a instalar, bem
como a periodicidade das leituras.
3. Método de desmonte e ritmo de avanço – estes aspectos condicionam o tipo e o ritmo de
instalação dos equipamentos e, ainda, a periodicidade das leituras.
7. GEOMECÂNICA
A geomecânica estuda o comportamento de todos os materiais presentes na crosta terrestre. A

geomecânica aplica-se na mecânica das rochas que estuda o comportamento dos maciços rochosos
em relação a forças externas, na mecânicas dos solos, geologia de engenharia e em minas
subterrâneas.
Nas minas subterrâneas geomecânica estuda os seguintes aspectos de segurança :
 Segurança estrutural (técnica) das aberturas, envolvendo tetos, pisos, paredes e pilares;
 Segurança ambiental, que se refere à criação e manutenção de um ambiente de trabalho
confortável e adequado à execução das tarefas pertinentes ao empreendimento;
Objectivos da geomecânica
O objectivo da geomecânica é de processar informação sobre propriedades do material rochoso,
características de descontinuidades e geometria de escavação para obter valores representativos
que propiciem uma base racional para decisões acerca da engenharia de rochas.
Por repartições ela divide se em duas disciplinas principais:
 Mecânica dos solos

 Mecânica das rochas.
A mecânica dos solos é uma disciplina da Engenharia Civil que preocupa prever o
comportamento de maciço rochoso quando sujeito a solicitações provocadas por obras de
Engenharias.
Apoiando na construção de barragens e os aterros de estradas. Portanto a estabilidade e o

comportamento funcional e estético da obra serão determinados, em grande parte pelo desempenho
dos materiais usados nos maciços rochosos.
A mecânica dos solos ocupa-se também com o comportamento do solo desde uma escala pequena
até à escala de um deslizamento de terra
A mecânica das rochas lida com temas relacionados com a caracterização de massas rochosas e
mecânica de massas rochosas, como a construção de túneis e perfuração de rocha; é também
considerado o ramo da mecânica que estuda a resposta das rochas e maciços rochosos perante os
campos de forças a que estão sujeitos no seu ambiente físico.
A mecânica das rochas propriamente dita faz parte do campo vasto que é a Geomecânica, que se
ocupa das respostas mecânicas de todos os materiais Geológicos, incluindo os solos. A mecânica
das rochas também é aplicada na Engenharia de Minas e Engenharia Geológica, refere se a
aplicação dos princípios da mecânica de Engenharia ao desenho de estruturas em rocha erradas
pela actividade mineira, como por exemplo túneis, poços de minas, escavações subterrâneas ou
minas a céu aberto.
Lavra subterrânea é a separação do minério do maciço e o seu posterior transporte, executada no

subsolo que depois este é transportado para a superfície através do sistema de galerias.
8. CLASSIFICAÇÃO GEOMECÂNICA DOS MACIÇOS ROCHOSOS NA ESCAVAÇÃO
A classificação geomecânica e a quantificação das características geológicas e geotécnicas do

maciço rochoso. Os valores obtidos da classificação servem como parâmetro para o
dimensionamento de taludes, fundações e escavações subterrâneas, bem como, no

dimensionamento de suportes e reforços para estabilização do maciço rochoso.
Os primeiros estudos relacionados a classificação geomecânica foram realizados por Terzaghi
(1946), sendo utilizada durante vários anos. Desde então, vários métodos foram propostos,
objectivando diferentes aplicações de escavações em rocha, como túneis, taludes, fundações,
minerações, etc.
Actualmente, três classificações geomecânicas são mais utilizadas e adaptadas para diferentes
projectos de engenharia: RQD de Deere (1963), classificação RMR de Bieniawsk (1973) é o
sistema Q de Barton et al. (1974). Os dois últimos utilizam o RQD como parâmetro para o cálculo
de seus índices de qualidade do maciço. Além dessas três classificações, o U.S Bureau of Mines
apresenta uma classificação exclusiva para teto em mineração subterrânea de carvão, chamada de
CMMR (Coal Mass Roof Rating), (Molinda & Mark, 1994).
8.1. Rock Quality Designation (RDQ)
É uma metodologia simples de classificação que leva em consideração a qualidade da rocha

avaliada em testemunhos de sondagem.
Esse método de classificação é uma modificação da percentagem de recuperação da sondagem que
considera apenas pedaços de testemunho maiores que 100 milímetros. A soma do comprimento
desses fragmentos, divida pelo comprimento total da sondagem determina o índice RQD. Os
testemunhos formados por rochas alteradas, as quais não apresentam as mesmas feições geológicas
da rocha analisada, devem ser desconsiderados, mesmo que tenham comprimento maior que 100
mm.
RQD= Σ 𝑝𝑒𝑑𝑎ç𝑜𝑠 > 0,10𝑚⁄𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎𝑔𝑒𝑚
8.2. Rock Mass Rating (RMR)
O sistema de classificação geomecânica RMR, foi desenvolvido por Bieniawski, entre os anos de
1972 e 1973 (Bieniawski, 1973 e1989). Esse sistema vem sendo modificado e ajustado ao longo
dos anos em função da sua aplicação nos mais diversos estudos de casos. Existem registados
centenas de estudos de casos aplicando o sistema RMR. Vários autores modificaram o sistema
RMR conforme o tipo de aplicação e caso, como: Unal (1983) e Newman & Bieniawski (1986)
para mineração de carvão: em Romana (1985) para estabilidade de taludes.
O sistema RMR utiliza seis parâmetros principais para classificar o maciço rochoso, que são:
 Resistência á compressão uniaxial da rocha;

 RQD (rock quality designation);
 Espaçamento entre descontinuidades;
 Qualidade das descontinuidades;
 Presença de água no maciço rochoso;
 Orientação das descontinuidades em relação a direcção da escavação.
Para a aplicação da RMR a rocha deve estar dividida em unidades que contenham características
estruturais e geológicas semelhantes. No caso de jazidas de carvão, pode-se dividir o maciço
conforme as litologias encontradas (silito, arenito, carvão, etc). Embora o maciço rochoso por
natureza seja descontínuo por natureza, deve-se tentar separar o maciço em regiões onde o
espaçamento entre fracturas seja uniforme. Os parâmetros necessários para a classificação
geomecânica são colectados por meio de furos de sondagem e scanlines ( Brady & Brown, 1985).
Após a determinação dos valores dos cinco primeiros parâmetros apresentados acima, os mesmos
são somados para fornecer o valor básico de RMR. O sexto parâmetro analisado ajusta esse RMR
preliminar em função da relação entre a orientação das descontinuidades e a orientação da
escavação.
Para cada tipo de obra, túnel, mineração, talude ou fundação, será atribuído um índice para o
parâmetro em questão, podendo ser favorável ou não em relação a escavação analisada. Para
taludes e fundação, devem ser consultadas as referências de Romana (1985) e de Bieniawski
(1989), respectivamente.
8.3. Sistema-Q
Este sistema foi desenvolvido por Barton et al. (1974) no norwegian geothechinal institute (NGI).
Esse sistema foi baseado em análise de estudos práticos em 212 túneis na Escandinávia, sendo
uma classificação quantitativa que facilita o dimensionamento de túneis e o reforço necessário para
manter estável e escavação. Esse método também e conhecido como Rock Tunneling Quality.
O sistema Q e baseado em seis parâmetros, sendo que cada um deles contribui com um numero,
que formam o índice de qualidade da rocha. Esses factores são organizados em uma fórmula que
fornecera o valor da qualidade da rocha. Os parâmetros são os seguintes:
 RQD;
 Número de famílias de juntas;
 Rugosidade da descontinuidade mais desfavorável;

 Grau de alteração ou preenchimento na descontinuidade mais fraca;
 Presença de água (fluxo de água);
 Estado de tensões.
𝑅𝑄𝐷 𝐽𝕣 𝐽𝕨
𝑄=
𝐽𝕟 𝐽𝕒 𝑆𝑅𝐹
Onde:
 RQD rock quality designation;
 Jn e o valor relacionado ao número de famílias de fracturas (descontinuidades);
 Jr e o valor atribuído para rugosidade da descontinuidade;
 Já e o valor atribuído para o grau de alteração da descontinuidade;
 Jw e o valor da redução devido a presença de água;
 SRF e o stress reduction factor, factor de redução ao estado de tensões.
O índice de qualidade da rocha medida pelo sistema Q vária, numa escala logarítmica entre 0.001
e 1000. Bieniaswk (1989) apresenta os valores para cada um dos parâmetros que formam o sistema
Q, os parâmetros RQD r Jn representam os aspectos estrutural do maciço rochoso, e seus valores
são definidos em função do número de famílias de descontinuidades e da densidade de
fraturamento. A implícita nos parâmetros Jr e Já que são aplicados as descontinuidades mais
desfavoráveis (Barton et al., 1974). As medidas de Jw e SFR referem-se ao fluxo de água no
maciço e ao estado de tensões no maciço respectivamente. A razão entre os parâmetros Jw e SFR
descreve as tensões activas no maciço rochoso.
O sistema Q e relacionado ao tipo e qualidade do suporte em túneis por meio da dimensão
equivalente da escavação. Essa dimensão equivalente, que é a função do tamanho e do tipo de
escavação, e obtida dividindo a largura ou altura da galeria e o índice chamado razão de escavação
e suporte (ESR – Excavation Suporta Ratio).
O ESR esta relacionado ao tipo de escavação, ou seja, a aplicação da abertura escavada
(Bieniaswiski, 1989).
𝐷𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑎𝑜 𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝑙𝑎𝑟𝑔𝑢𝑟𝑎 𝑜𝑢 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎(𝑚)/𝐸𝑅𝑆
Relação entre a categoria de escavação e o valor do ESR

Categorias da escavação ESR
Abertura temporária em mineração 3-5
Poços: sessão circular 2.5
Sessão rectangular 2.0
Abertura permanente em mina, túneis para
passagem de água em hidroelétricas, túnel 1.6
piloto, galerias, entrada de grandes escavações
Cavernas de stock, plantas de tratamento de
água, pequenos túneis rodoviários ou 1.3
ferroviários, túnel de acesso.
Estacões de energia, grandes túneis rodoviários
ou ferroviários, intersecções, portais, abrigos 1.0
de defesa.
Estacão de energia nuclear subterrânea, 0.8
estacões de metro, fábricas
8.4. Coal mine roof rating (CMMR)
A classificação geomecânica CMMR foi desenvolvida exclusivamente para a classificação do

maciço rochoso sedimentares em minerações subterrâneas de carvão. Desenvolvido pelo U> S
Berau of mines por Molinda & Mark (1994), o CMMR é uma ferramenta de engenharia que
descreve quantitativamente as informações geológicas para a selecção de suporte de teto. A
classificação CMMR, como outras classificações, considera como principal parâmetro as
descontinuidades existentes no maciço rochoso, porque esses são os factores principais para o
enfraquecimento da rocha.
Como outros sistemas de classificação, o CMMR começa com a premissa de que a competência
estrutural das litologias que formam o teto é determinada primeiramente pelas descontinuidades
as quais o maciço rochoso. O CMMR possui quatro contribuições, importantes:
 É específico para rochas sedimentares e carvão;
 Ele se concentra na determinação do espaçamento dos parafusos e na capacidade de

sustentação do teto da galeria;
 Fornece uma Metodologia de colecta de dados.
Segundo Molinda & Marj (1994), factores inerentes ao desenvolvimento da lavra como largura de
galerias e mecanismos de suporte artificial, bem como, as tensões in situ, influencia na estabilidade
do teto.
8.5. Componentes do CMMR
O objectivo do CMMR é identificar os factores geológicos que influenciam na competência

estrutural do teto de galerias em minas de carvão e determina seu peso de acordo com o grau de
importância das litologias que formam o teto imediato. O CMMR emprega um sistema de
classificação similar ao proposto por Bieniawski (1989), Rock Mass Rating (RMR).
O CMMR final é obtido a partir da soma desses factores individuais que variam na escala de 0 a
100.este sistema é universal e aplicável para todas as camadas rochosas que formam o teto das
minas, independentemente da idade, ambiente de posicional, rank ou localização geográfica.~
9. CONSTRUÇÃO DE UM MODELO GEOMECÂNICO APLICADO À EXPLORAÇÃO

SUBTERRÂNEA
Um modelo geomecânico é uma ferramenta que permite a reprodução, com o maior realismo
possível, das características e reacções de um maciço rochoso, simulando o seu comportamento
face à aplicação de solicitações externas, nomeadamente a abertura de uma cavidade inerente a
uma exploração subterrânea.
A rotura do maciço resulta da sua resposta a novas condições de pressão e temperatura. Sendo
impossível contrariar, pretende-se, contudo, controlar o seu espaço e tempo de ocorrência, uma
vez que uma rotura controlada constitui muitas vezes um factor decisivo de segurança ao promover
a dissipação de tensões no maciço. Por este motivo é imprescindível o conhecimento das
propriedades do maciço, nem sempre homogéneo, para o planeamento racional da exploração de
modo a prever quando e onde há fortes probabilidades de ocorrerem roturas.
A aplicação de ferramentas e modelos da mecânica das rochas à exploração subterrânea
Justifica-se por razões de segurança, garantindo a estabilidade da exploração em relação aos

trabalhadores, e por razões económicas, através do controlo da deformação e rotura dos terrenos
de modo a evitar que sejam afectadas as zonas necessárias para o seguimento dos trabalhos.
9.1. Aspectos a considerar na construção de um modelo geomecânico
Para estudar o comportamento do maciço rochoso relativamente à abertura de escavações é

necessário conhecer os seguintes aspectos
 Geometria da escavação
 Características mecânicas das rochas
 Estado natural de tensão dos maciços
9.2. Geometria da escavação
A forma e dimensão da escavação influenciam a distribuição das tensões radial e tangencial que
se instalam na sua envolvente. A definição geométrica do modelo, consiste na reprodução, a escala
adequada, da realidade existente na exploração de modo a simular com a maior fiabilidade a
resposta do maciço.
9.3. Estado natural de tensão dos maciços
O estado de tensão natural que actua num maciço rochoso, correspondente ao seu estado de tensões
virgens, é motivado por:
 Tensões litostáticas – devidas à acção da gravidade;
 Tensões latentes – de origem tectónica, efeitos de vulcanismo ou contracções originadas
por arrefecimento.
Ao realizar-se uma escavação num maciço rochoso existe sempre a redistribuição das tensões
instaladas no maciço; este ao reajustar-se às novas condições de equilíbrio, num espaço de tempo
muito curto comparativamente com os processos geológicos, pode sofrer deslocamentos que
originam fracturação da rocha segundo planos de descontinuidade. A modificação do estado de
tensão contribui para a perda de resistência do material; como tal, é de extrema importância avaliar
as condições iniciais a que está sujeito o maciço rochoso.
9.4. Método dos elementos finitos
Após a definição dos parâmetros necessários à análise segue-se a operação de discretização do

espaço. Este processo, consiste na divisão da área em estudo em segmentos de dimensões variáveis
e exige grande sensibilidade do utilizador uma vez que depende da maior ou menor variação das
propriedades dos materiais. Assim, em zonas onde seja de esperar maiores esforços, deverá ser
feita uma discretização mais pormenorizada.
Os elementos finitos são construídos a partir da união desses pontos, neste caso três a três (visto a
malha ser triangular) obtendo-se uma malha regular que permite o tratamento do maciço rochoso
como um meio contínuo. Cada elemento finito é constituído por três nós e são calculados os
deslocamentos generalizados nesses nós; os deslocamentos nos restantes pontos são obtidos por
interpolação.
9.5. Análise e interpretação dos resultados
Após a construção do modelo, segue-se a fase de interpretação, que é facilitada através de mapas
disponibilizados pela aplicação informática, que possibilitam a visualização da distribuição de
vários parâmetros na área em análise e durante as várias fases de exploração, obtendo-se
informação sobre:
 Distribuição das tensões segundo as direcções σ1 (vertical), σ3 (horizontal no plano de
análise) e σz (horizontal e perpendicular ao plano de análise).
 Deslocamentos horizontais, verticais e totais, vectores de deslocamento e a deformada.
 Factor de segurança.
Seguidamente apresentam-se os valores obtidos para as situações de exploração mais

desfavoráveis, ou seja, aquelas para as quais se espera maior variação das propriedades do maciço.
As zonas mais susceptíveis da exploração correspondem à zona do pilar (devido às suas pequenas
dimensões) e aos cantos da escavação (zonas de transição entre os hasteais e o tecto ou o piso),
como tal, serão os locais a que se dará um maior destaque em termos de análise.
Variação da tensão segundo σ1 (vertical)

Obtêm-se valores para σ1 entre 1,46 MPa a 2,03 MPa, na zona do pilar, e 2,55 MPa nos cantos da
cavidade que são as zonas submetidas à maior concentração de esforços. Estas
Tensões são essencialmente condicionadas pelo peso do maciço sobrejacente e, uma vez que a
exploração situa-se à profundidade de 40 metros, os valores obtidos são regra geral baixos.
Distribuição da tensão segundo a direcção σ1 (vertical).
A distribuição das tensões segundo as duas direcções perpendiculares (σ3 e σz) assume contornos
semelhantes mas valores inferiores, facto que se justifica igualmente pela pouca profundidade da
exploração e pela existência contígua da exploração a céu aberto.
Variação dos deslocamentos

A aplicação de uma solicitação externa pode originar, em zonas de maior susceptibilidade, o
deslocamento dos nós que compõem a malha de elementos finitos.
Estes, podem ser obtidos segundo a direcção x, correspondendo a alterações horizontais, e segundo
a direcção y, que coincide com os movimentos verticais. Os deslocamentos totais obtêm-se através
da resultante dos movimentos descritos. Na figura 6 obtém-se o diagrama representativo dos
deslocamentos totais e respectiva deformada que representa a alteração da forma da escavação e
dos seus limites externos.
Deslocamentos totais e deformada do maciço
Os deslocamentos originados pelo peso do terreno são essencialmente descendentes e atingem

valores de cerca de 0,25mm sobre o tecto da escavação; os deslocamentos originados pela perda
de pressão de material confinante anteriormente existente, ocorrem ascendentemente e atingem
valores máximos de 0,55mm.
Variação do factor de segurança

O factor de segurança (FS) exprime o quociente entre as forças resistentes e as forças aplicadas
em cada ponto da malha de elementos finitos, o que significa que, se este valor for igual ou próximo
de um, corresponde a uma situação limite de estabilidade. Uma vez que foi utilizado o critério de
rotura de Mohr-Coulomb a análise de rotura do maciço é feita por comparação da resistência à
tracção do maciço e das tensões de tracção desenvolvidas devido às solicitações impostas.
Enquanto a circunferência de Mohr correspondente às tensões principais extremas se mantiver
abaixo da envolvente, não poderá haver ruína, esta ocorrerá logo que se verifique tangência.
Efectuaram-se diagramas da variação do factor de segurança para diversas fases de exploração,
não se verificando alterações significativas. Assim, para as situações de maior susceptibilidade,
obteve-se FS=7 na zona do pilar e FS=12 na periferia da escavação.
Variação do factor de segurança
A análise segundo um perfil perpendicular aos anteriormente expostos, não salientou nenhuma
situação mais desfavorável. Assim, mesmo para um cenário que considera a exclusão do pilar
(situação bastante favorável para o desenvolvimento da exploração), não se obtiveram decréscimos
significativos do factor de segurança.
10. CONTROLO DA ESTABILIDADE SUBTERRÂNEA
A abertura de uma cavidade subterrânea num maciço rochoso induz uma alteração do estado de
tensão preexistente, podendo resultar na necessidade de instalação de sistemas de suporte que
garantam a estabilidade do vazio criado.
Num projecto de lavra subterrânea é imprescindível, para dimensionar os desmontes, analisar a

capacidade de auto-suporte do maciço. Nos maciços rochosos a capacidade de auto-suporte do
terreno é pouco influenciado pelos elementos de sustimento, sendo o seu papel principal controlar
as acções de peso do material descomprimido situado entre as periferias da escavação e o “arco de

pressão” (Mendes, 1985). As funções desempenhadas pelo sustimento estão interdependentes das
características do maciço rochoso, nomeadamente das características de resistência (ângulo de
atrito interno e coesão) e do estado de tensão instalado.
Alguns maciços rochosos possuem, em determinados casos, capacidade de originar auto-suporte,

não sendo necessário a aplicação de qualquer método externo. Obviamente que tal situação só
sucede em determinadas situações e é dependente das características dos maciços rochosos, da
dimensão da galeria e do propósito da mesma.
A utilização do sustimento artificial com o objectivo de evitar a fracturação é extremamente difícil,

pois este só pode ser colocado após a abertura do vazio e, nesse momento, apesar da resposta do
terreno não ser instantânea, podem já ter ocorrido fenómenos de fracturação. No entanto, e apesar
do que foi referido, os sustimentos têm um papel importante na fracturação, pois podem evitar a
sua propagação para o interior do maciço se forem colocados logo após a abertura das cavidades.
Se o estado de tensão for tal que não se consiga evitar a convergência da cavidade e a fracturação
correspondente, devem ser instalados elementos de sustimento capazes de se deformarem e
acompanharem as convergências dos contornos da galeria.
Assim, de acordo com o tipo de solicitação e objectivos, diversos tipos de sustimento podem ser
utilizados, essencialmente, com os seguintes fins (Gama, 1976, e Mendes, 1985):
• Contrariar deformações elásticas (geralmente só se consegue quando o campo de tensão é

de reduzida intensidade);
• Evitar deformações plásticas (fracturação);
• Evitar a queda ou o deslocamento de blocos individualizados;
• Regularizar e impermeabilizar as paredes das escavações;
• Garantir a segurança de pessoas e equipamentos que frequentam a cavidade;
• Assegurar que a cavidade realiza a função para a qual foi escavada.
Para que tais acções possam ser conseguidas, há que escolher e dimensionar correctamente o tipo
de sustimento a utilizar e, além disso, atender ao factor tempo no que respeita à aplicação do
mesmo, uma vez que a deformação do maciço ocorre em função do tempo.
A acção dos trabalhadores (encarregados e operários) pode ser importante, senão fundamental, na
detecção e resolução de problemas relacionados com a estabilidade da exploração subterrânea. A
formação destes e o incremento da sua sensibilidade para os problemas que podem ocorrer, bem
como para os sinais que o maciço poderá dar, possibilitará uma maior segurança nas explorações,
um aumento da produtividade e uma redução de custos na resolução de tais problemas, dado que
os mesmos podem ser prevenidos através de uma detecção atempada. O facto dos trabalhadores
participarem no estudo do comportamento das cavidades, permitirá a obtenção de mais informação
por parte dos engenheiros, no sentido de repensarem determinados aspectos do projecto de
engenharia (ex. elementos de suporte a utilizar, etc.).
De acordo com Parker (1973), há que distinguir duas situações de estudo relativamente ao
sustimento: as que evoluem demasiado em estudos teóricos para dar uma verdadeira explicação ao
problema; e as que não contemplam a ciência e avançam por instinto podendo inviabilizar o
recurso mineral existente. Ambos pecam por falta de ponderação e de uma análise adequada da
situação. Assim, a melhor abordagem é aquela que alia a teoria à prática, ou seja, que junta o
trabalho de escritório e laboratório com a recolha de informação no campo, a uma escala correcta
do problema.
11. IDENTIFICAÇÃO DAS CAUSAS DE INSTABILIDADE
O dimensionamento do sustimento adequado para determinada situação de instabilidade, assenta

na necessidade de conhece-la e tentar prever a sua ocorrência antes que provoque danos. Ao nível
da lavra subterrânea.
No que se refere aos casos de instabilidade presentes na exploração subterrânea, os principais

problemas que aparecem estão relacionados com quedas de blocos, planares (essencialmente nas
frentes de desmonte) e em cunha (nas paredes e tecto das cavidades) e com a ruptura de pilares
naturais (pilares esteios ou pilares barreira, e pilares soleira). Ambas as situações podem resultar
em danos graves, embora a rotura de pilares assuma uma importância maior no que concerne à
continuação da exploração, pois pode conduzir à ruína das cavidades, enquanto a queda de blocos,
normalmente, assume um carácter pontual.
Para evitar estes fenómenos deve conhecer-se o maciço rochoso, bem como as fontes de
instabilidade resultantes da presença das cavidades mineiras que, segundo Hoek e Brown (1980),
são as descritas no Quadro 2.
* Quadro II – Principais causas de instabilidade de cavidades subterrâneas em maciços rochosos.

(Adaptado de Hoek e Brown, 1980)
FONTES DE
INSTABILIDADE CAUSA CONSEQUÊNCIA MEDIDAS
Condições geológicas Orientar

Falhas,
Queda de blocos convenientemente os
Adversas fracturas
desmontes e aplicar
Adoptar uma forma de

Elevada concentração de secção de desmonte
Estado de tensão in Tensões tensões nos contornos das
situ elevadas cavidades que podem Favorável ao estado de

levar à rotura tensão e instalar
sustimento apropriado
Expansão ou Filões, zonas

Alteração e Isolar estes locais da água
decomposição da rocha de alteração
escorregamento e do ar (revestimento)
por acção de água e/ou ou rochas
Pressões
Escorregamentos de Drenagem adequada da
Pressão hidráulica ou excessivas da
zonas alteradas ou de água, quer à superfície,
percolação da água água
blocos individualizados quer em profundidade
subterrânea
Para estudar as situações de instabilidade descritas anteriormente, podem ser utilizadas várias
técnicas de estudo, das quais se destacam a projecção estereográfica de igual área (permite o estudo
de escorregamento de blocos em função da orientação das diaclases e da direcção da frente de
desmonte), os métodos probabilísticos (possibilitam o estudo de escorregamento de taludes) e os
métodos de análise numérica (permitem estudar o maciço rochoso adjacente, a estabilidade dos
pilares naturais, o desempenho de sustimento artificial, etc.).
12. CONCLUSÃO
O conhecimento da geomecânica é um factor indispensável na prática de escavação com mais

ênfase nas minas subterrânea, é na base da geomecânica que são determinados os parâmetros de
segurança a seguir que são indicados na planificação mineira, tendo em conta conhecimentos
geológicos sobre mecânicas das rochas e dos solos para auxiliar na abertura de galerias, construção
de pilares para suporte do teto entre outros.
Tendo em conta os conhecimentos sobre a geomecânica reduzira o número de acidentes, melhorara
a estabilidade do suporte do teto afectando positivamente no desempenho da actividade mineira.
13. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
 GUERREIRO, Humberto J. P., Exploração Subterrânea De Mármores -- Aspectos

Geotécnicos, Universidade Técnica de Lisboa, 2000
 Manual de Medidor de Convergência: Modelo – MSI – 2000 Amicro sensores industrial
 Silveira S. R. (2005), Fl. Toxicidade De Sedimento e Estrutura Da Comunidade
 Bentônica No Diagnóstico Da Qualidade Ambiental Do Estuário Do Rio Itanhaém-Sp,
Brasil [trabalho de conclusão de curso]. São Paulo: Centro Universitário São Camilo; 58p.
 Rodrigues, F. (1984) – Introdução à Geomecânica, Universidade Técnica de Lisboa,
Instituto Superior Técnico, Lisboa.
 Rocscience (1998) – Phase2 User’s Guide.
 Hoek, E. (2000) – Practical Rock Engineering. Rocscience
 Zienkiewicz, O. (1977) – The Finit Element Method, Mc Graw-Hill, New York.
 Obert, L. & Duvall, W. (1967) – Rock Mechanics and Design of Structures in Rock, Jonh
 Wiley & Sons. New York.
 http://tecnicoemineracao.com.br/monitoramento-e-controle-da-estabilidade-macico-
rochoso/

Influência de Desenhos de Mina

Enviado por

Direitos autorais:

Formatos disponíveis

Influência de Desenhos de Mina

Enviado por

Dados do documento

Título original

Direitos autorais

Formatos disponíveis

Compartilhar este documento

Compartilhar ou incorporar documento

Opções de compartilhamento

Você considera este documento útil?

Este conteúdo é inapropriado?

Direitos autorais:

Formatos disponíveis

Influência de Desenhos de Mina

Enviado por

Direitos autorais:

Formatos disponíveis

DIVISÃO DE ENGENHARIAS

CURSO DE ENGENHARIA DE MINAS

3o Ano Turma B Curso Diurno

CADEIRA: SERVIÇOS MINEIROS II

Docente: Ph.D. Pedro Amade

6. INFLUÊNCIA DE DESENHOS DE MINA ........................................................................... 7

8. CLASSIFICAÇÃO GEOMECÂNICA DOS MACIÇOS ROCHOSOS NA ESCAVAÇÃO. 9

8.1. Rock Quality Designation (RDQ) .................................................................................. 10

8.2. Rock Mass Rating (RMR) .............................................................................................. 10

8.3. Sistema-Q ....................................................................................................................... 11

8.4. Coal mine roof rating (CMMR) ..................................................................................... 13

8.5. Componentes do CMMR ............................................................................................... 14

9. CONSTRUÇÃO DE UM MODELO GEOMECÂNICO APLICADO À EXPLORAÇÃO

9.1. Aspectos a considerar na construção de um modelo geomecânico ................................ 15

9.2. Geometria da escavação ................................................................................................. 15

9.3. Estado natural de tensão dos maciços ............................................................................ 15

9.4. Método dos elementos finitos ........................................................................................ 16

9.5. Análise e interpretação dos resultados ........................................................................... 16

10. CONTROLO DA ESTABILIDADE SUBTERRÂNEA ................................................... 19

As classificações geomecânicas permitem de maneira empírica, quantificar a capacidade que o

Ao realizar uma escavação subterrânea, modifica-se o estado de tensão preexistente

A geomecânica é um factor indispensável na prática de escavação com mais ênfase na mina

Tendo em conta os conhecimentos sobre a geomecânica reduzira o número de acidentes, melhorara

A Geomecânica Estuda o comportamento de todos os materiais presentes na crosta terrestre.

Identificar as classificações geomecânicas;

Identificar o comportamento do maciço rochoso após a escavação subterrânea.

6. INFLUÊNCIA DE DESENHOS DE MINA

A Mecânica de Rochas está relacionada com as propriedades mecânicas e o comportamento das

 Engenharia de Minas: interessada no comportamento mecânico do maciço rochoso

 Quais as tensões atuantes no maciço original?

A monitorização dos desmontes reveste-se de grande importância nas explorações mineiras

Os principais objectivos da monitorização nos trabalhos subterrâneos são os seguintes (Hoek e

 Durante os trabalhos da escavação – confirmar a realidade do projecto elaborado e estudar

Para elaborar o plano de instrumentação e monitorização da exploração deve atender-se aos

1. Localização da exploração - a profundidade e o meio onde se insere condiciona o tipo e a

A geomecânica estuda o comportamento de todos os materiais presentes na crosta terrestre. A

Nas minas subterrâneas geomecânica estuda os seguintes aspectos de segurança :

Por repartições ela divide se em duas disciplinas principais:

 Mecânica dos solos

Apoiando na construção de barragens e os aterros de estradas. Portanto a estabilidade e o

Lavra subterrânea é a separação do minério do maciço e o seu posterior transporte, executada no

8. CLASSIFICAÇÃO GEOMECÂNICA DOS MACIÇOS ROCHOSOS NA ESCAVAÇÃO

A classificação geomecânica e a quantificação das características geológicas e geotécnicas do

dimensionamento de taludes, fundações e escavações subterrâneas, bem como, no

8.1. Rock Quality Designation (RDQ)

É uma metodologia simples de classificação que leva em consideração a qualidade da rocha

8.2. Rock Mass Rating (RMR)

 Resistência á compressão uniaxial da rocha;

 Rugosidade da descontinuidade mais desfavorável;

𝐷𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑎𝑜 𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝑙𝑎𝑟𝑔𝑢𝑟𝑎 𝑜𝑢 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎(𝑚)/𝐸𝑅𝑆

Relação entre a categoria de escavação e o valor do ESR

8.4. Coal mine roof rating (CMMR)

A classificação geomecânica CMMR foi desenvolvida exclusivamente para a classificação do

 Ele se concentra na determinação do espaçamento dos parafusos e na capacidade de

8.5. Componentes do CMMR

O objectivo do CMMR é identificar os factores geológicos que influenciam na competência

9. CONSTRUÇÃO DE UM MODELO GEOMECÂNICO APLICADO À EXPLORAÇÃO

Justifica-se por razões de segurança, garantindo a estabilidade da exploração em relação aos

9.1. Aspectos a considerar na construção de um modelo geomecânico