Seleção do método de lavra: arte e ciência

Seleção do método de lavra: arte e ciência

Alexandre José Buril de Macêdo

Doutorando PPGEM da USP

E-mail: [e-mail]

Arlindo José Bazante

Prof. Assistente, UFPB

E-mail: [e-mail]

Eduardo Jorge Lira Bonates

Prof. Titular, UFPB

E-mail: [e-mail]

Resumo

Esse trabalho aborda alguns aspectos que precisam ser considerados na seleção do método de lavra. A escolha do método é uma das decisões mais importantes que são tomadas durante o estudo de viabilidade econômica. Na fase de planejamento, a seleção é baseada em critérios geológico, social, geográfico e ambiental, todavia as condições de segurança e higiene devem ser garantidas durante toda a vida útil da mina. Os aspectos relativos à estabilidade da mina, à recuperação do minério e à produtividade máxima também devem ser considerados.

É possível a aplicação de vários métodos em uma operações de mina. A decisão do melhor método não é uma tarefa fácil, pois depende de conhecimento multidisciplinar e da experiência da equipe de planejamento. Por essas razões, a escolha do método de lavra é mais uma arte que uma ciência.

Palavras-chave: seleção, método de lavra, produtividade.

Abstract

This paper deals with some aspects that need to be considered in the selection of a mining method. The choice of the method is one of the most important decisions made during the feasibility studies. In the planning stage, the selection is based on the geological, social, geographical and environmental criteria, however, the health and safety conditions must be maintained during the useful life of the mine. The aspects related to the mine stability, ore recovery and maximum productivity must also be considered.

Several methods are possible to be applied in mining operation. The decision of the best method is not an easy task, since it depends on a multidisciplinary knowledge and the ability of the mine planners. Therefore, the choice of the mining method is more an art than a science.

keywords: selection, mining method, productivity.

Mineração

1. Introdução

A seleção do método de lavra é um dos principais elementos em qualquer análise econômica de uma mina e sua escolha permite o desenvolvimento da operação. Numa etapa de maior detalhe, pode constituir-se como fator preponderante para uma resposta positiva do projeto. A seleção imprópria tem efeitos negativos na viabilidade da mina.

A mineração é uma atividade que é praticada em todo mundo e as técnicas de extração empregadas estão em constante evolução. Embora seja possível destacar cerca de dez métodos de lavra principais, provavelmente existem mais de trezentas variações. Os métodos são limitados pela disponibilidade e desenvolvimento dos equipamentos e, como todos os fatores que influenciam em sua seleção, devem ser avaliados levando-se em conta os aspectos tecnológico, social, econômico e político; a escolha do método de lavra pode ser considerada tanto uma arte como uma ciência.

Nas últimas décadas, o desenvolvimento da Mecânica das Rochas tem permitido avanços significativos nas técnicas analíticas que possibilitam a decisão preliminar sobre a escolha do método de lavra. Infelizmente, as informações geotécnicas raramente são obtidas durante os estágios iniciais de delimitação do depósito e estimativa das reservas. É comum a utilização de sondagem a diamante, embora freqüentemente não sejam feitas análises de resistência e outras. Dados mais detalhados, como, por exemplo, características do maciço que variam com o tempo, conseqüências da exposição das rochas às condições ambientais da mina e seqüência de extração mais adequada, só estarão disponíveis durante a fase de lavra.

Comumente o método de lavra é designado como sendo a técnica de extração do material. Isso define a importância de sua seleção, já que todo o projeto é elaborado em torno da técnica utilizada para lavrar o depósito. Os trabalhos de infra-estrutura estão diretamente relacionados com o método. Embora possam ocorrer modificações durante os serviços de lavra, implicando custos adicionais, essas alterações, geralmente, não produzirão um projeto ótimo em termos de eficiência operacional, porém, caso seja imperioso essa mudança, será preciso estabelecer um método que possua maior flexibilidade em termos de variações na técnica de extração. O emprego do termo "técnica de extração" reflete os aspectos técnicos da seleção do método, que é parte fundamental da análise, dimensionamento dos equipamentos, disposição das aberturas e seqüência de lavra.

A maioria das minas utiliza mais de um método de lavra na sua operação. Um dado método pode ser mais apropriado para uma zona do depósito, todavia em outras partes seu emprego pode não ser a melhor opção.

A seleção do método de lavra pode ser dividida em duas fases:

1. Avaliação das condições geológicas, sociais e ambientais para permitir a eliminação de alguns métodos que não estejam de acordo com os critérios desejados.

2. Escolha do método que apresente o menor custo, sujeito às condições técnicas que garantam uma maior segurança.

2. Objetivos da seleção do método de lavra

Os principais objetivos da seleção do método estão relacionados com os aspectos ambientais, econômicos e sociais.

1. Ser seguro e produzir condições ambientais adequadas para os operários.

2. Os impactos causados ao meio ambiente devem ser reduzidos.

3. Permitir condições de estabilidade durante a vida útil.

4. Assegurar a máxima recuperação de minério com mínima diluição.

5. Ser flexível para adaptar às diversas condições geológicas e à infra-estrutura disponível.

6. Permitir atingir a máxima produtividade reduzindo, conseqüentemente, o custo unitário.

No estudo da variação do método de lavra, todos os objetivos devem ser assegurados e a única diferença é a quantidade de detalhes envolvidos em sua definição. Isto é expresso em termos de uma seqüência de extração mais específica, maior detalhamento nas dimensões das aberturas e disposição do projeto.

3. Características físicas e geológicas do depósito

3.1 Geometria do depósito

As características físicas do depósito limitam as possibilidades de aplicação de alguns métodos de lavra. A profundidade e a extensão do capeamento fornecem uma indicação preliminar sobre a aplicabilidade de técnicas de lavra a céu aberto.

O mergulho do corpo é um fator importante que influencia tanto na seleção do método como na escolha dos equipamentos, podendo ser definidos como suave (horizontal a 20º), médio (20º a 50º) e íngreme (50º a vertical).

A espessura do depósito e a sua forma também permitem a exclusão de determinados métodos. Os depósitos são classificados como estreito (<10 m), intermediário (10 m a 30 m), espesso (30 m a 100m) e muito espesso (> 100m) (Nicholas, 1968). Depósitos muito estreitos, do tipo veio (< 3m) podem inviabilizar o uso de métodos altamente mecanizados, visto que sua aplicação não permite o controle do teor e exige uma largura mínima para operação. Os métodos de lavra de baixo custo unitário podem ser aplicados a depósitos minerais espessos (ou quando o valor do minério e o custo podem suportar uma alta diluição).

3.2 Considerações sobre o minério

A seleção do método de lavra também é condicionada pelo teor do minério e sua distribuição espacial. Como os limites da mineralização geralmente não são identificáveis, é possível se obterem várias reservas em função de diferentes teores de corte. Sua redução gradual causa o aumento das reservas. Por exemplo, um depósito do tipo veio com alto teor e baixa tonelagem pode passar ao tipo massivo com baixo teor. O valor do produto e o custo de extração determinam a quantidade e o teor a ser lavrado. Depósitos com alto teor, estreito e de baixa tonelagem, indicam métodos de baixo investimento e mão-de-obra intensiva. O tamanho do depósito é diretamente proporcional à sua mecanização.

O teor e a distribuição do minério influenciam na seleção do método de várias formas:

a) Quando o depósito tem contornos irregulares, pode ser necessária a escolha de um método mais flexível, para permitir a implementação de mudanças rápidas, de forma a possibilitar uma melhor disposição das frentes, resultando em uma maior recuperação do minério.

b) Na lavra subterrânea, a disposição dos pilares que serão abandonados afetam a recuperação da lavra (Nilsson, 1975).

c) Em geral, um depósito irregular raso pode ser lavrado por um método a céu aberto.

d) Veios mineralizados paralelos e pouco espessos apresentam diferentes alternativas:

Veios distantes - mão-de-obra intensiva com equipamentos de pequeno porte.

Veios próximos - maior mecanização para permitir a extração simultânea.

3.3 Água superficial ou subterrânea

Uma das considerações mais óbvias é sobre as águas de superfície. Se lagos e rios que recobrem o corpo de minério não podem ser drenados, os métodos de lavra que irão resultar em subsidência na superfície devem ser desconsiderados. A existência de águas superficiais e os custos de drenagem podem influenciar na decisão de lavrar o depósito por método a céu aberto ou subterrâneo.

A presença de água subterrânea tem uma influência direta sobre a determinação do talude máximo da escavação. Os métodos subterrâneos devem ser preferidos quando estruturas de rochas impermeáveis isolam o depósito dos aqüíferos em camadas de rochas subjacentes. Comumente é feita a instalação de piezômetros aproveitando-se dos trabalhos de sondagem, além de se realizarem ensaios de bombeamento para definir o afluxo de água (Hansen, 1982). A quantidade de água prevista na mina afeta a seqüência de lavra e pode limitar o número de aberturas. Quando as águas fluem na mina, deve-se prover drenagem, além de cuidado suplementar no seu tratamento antes do esgotamento.

3.4 Considerações geotécnicas

No desenvolvimento de um projeto de mineração, as características do maciço rochoso relacionadas com as propriedades permeabilidade, deformabilidade, resistência, etc. constituem a base geotécnica para a seleção do método de lavra, devendo ser consideradas no estágio preliminar do projeto.

Nesse trabalho, serão abordados alguns dados geotécnicos que devem ser obtidos e os principais efeitos das características do maciço que precisam ser observados no projeto da mina.

O objetivo da avaliação geotécnica é prever o comportamento do terreno quando as escavações são executadas e como elas afetarão a segurança e economicidade do projeto. Ela pode iniciar-se com a aplicação de métodos geofísicos e mapeamento regional para analisar a geologia estrutural procurando determinar feições estruturais (falhas, dobras, diques, etc.) que tenham dimensões próximas às do depósito.

Uma característica importante do maciço rochoso é seu estado de tensão in situ. Em geral, essa avaliação exige medições que nem sempre são possíveis durante o estudo preliminar de viabilidade. Nesses casos, a informação disponível no local e a interpretação dos ciclos tectônicos são indispensáveis para definir a direção da tensão dominante (Laubsher, 1981).

A caracterização do maciço permite a construção de um modelo que objetiva prever os efeitos causados pela escavação. Algumas propriedades e características do maciço devem ser analisadas:

1. O RQD, que é calculado a partir das medidas do testemunho de sondagem, pode ser usado para determinar o índice de escavabilidade (Nicholas, 1968).

2. Nos métodos de realce, as características da rocha determinam as dimensões dos salões e dos pilares.

3. As fraturas principais, a resistência ao cisalhamento, o comprimento e espaçamento de juntas e a hidrologia definem as geometrias potenciais de ruptura das escavações.

4. Outras considerações

A seleção do método de lavra está condicionada pela estabilidade política do País, principalmente para projetos que exigem grandes investimentos com longo prazo de retorno. O tipo e a espessura do capeamento também influenciam na decisão de utilizar um método de lavra a céu aberto ou subterrâneo.

Alguns métodos de lavra não devem ser aplicados devido à exposição do minério a alterações físico-químicas que resultem em problemas (oxidação, cimentação, etc.) na seqüência da operação. É o caso, por exemplo, da deposição de material que permaneça em uma pilha de estoque durante um período de tempo prolongado.

A radiatividade dos minérios aumenta com o incremento da superfície específica, nesse caso, devem ser evitados métodos onde os operários permaneçam sobre grandes quantidades de material desmontado.

4.1 Considerações sociais e geográficas

Como mencionado anteriormente, os métodos de lavra dependem diretamente dos equipamentos disponíveis. Em geral os métodos de alta produtividade necessitam de equipamentos mais sofisticados que requerem mão-de-obra especializada na sua operação e manutenção. A mineração em regiões remotas raramente desperta o interesse de operários qualificados, além de dificultar a sua permanência. Isso tem influência direta nos custos e na produtividade. Um outro problema é exigir serviços adequados de assistência técnica dos fabricantes de equipamentos.

A mineração pode produzir um maior bem-estar social em regiões pouco desenvolvidas, empregando trabalhadores menos qualificados. Nesse caso, os métodos de lavra são do tipo trabalho-intensivo utilizando-se equipamentos de fácil operação. Em situações especiais, os parâmetros sociais podem ser os fatores decisivos na forma de lavrar um depósito por métodos de lavra a céu aberto ao invés de subterrâneo.

A localização geográfica do depósito afeta a escala de operação, já que ela depende do desenvolvimento tecnológico. Uma operação em grande escala exige infra-estrutura adicional, enquanto uma de pequena escala pode ser feita por um programa sazonal de operação.

4.2 Considerações ambientais

Considerando os critérios relacionados com o meio ambiente, pode-se decidir lavrar um depósito por métodos de lavra subterrânea. Isso porque, geralmente, os métodos de lavra a céu aberto resultam em maiores impactos ambientais, provenientes principalmente do maior volume de material manuseado, que exige a implantação de grandes bota-foras alterando a topografia da região.

A escolha do método de lavra deve adequar-se às normas ambientais específicas de um país. Em particular, os regulamentos referentes à poluição das águas podem limitar o processo de beneficiamento do material. Em determinados casos, os efluentes podem apresentar um padrão de qualidade melhor que aquele da alimentação da usina. Isto implicará um custo adicional, resultando no aumento do teor de corte com a conseqüente redução das reservas.

Como mencionado anteriormente, a subsidência deve ser estimada. Isto pode resultar na exclusão das técnicas de abatimento, exceto em climas áridos onde a aplicação desses métodos poderia trazer benefícios a longo-prazo devido ao aumento na capacidade de armazenamento de água (Laubsher, 1981).

As condições de trabalho dependem fundamentalmente do método de lavra. Este deve rigorosamente assegurar uma boa higiene e segurança operacional. A emissão de poluentes por equipamentos a diesel e os elevados custos de combustível e ventilação podem conduzir à adoção de técnicas menos flexíveis de extração utilizando-se de equipamentos elétricos.

4.3 Cosiderações econômicas e financeiras

Feitas as considerações dos aspectos técnicos envolvidos no processo de seleção do método de lavra onde, geralmente, mais de um é possível para se proceder à extração do material, realiza-se a análise de critérios econômicos e financeiros. A importância destes é fundamental na escolha do método, visto que o mais adequado é aquele que apresente o menor custo unitário.

Os custos de cada método devem ser definidos e a forma tradicional de determiná-los é através da apropriação de seus componentes individuais. A decisão final sobre a escolha do melhor método deve ser baseada em mais de um critério de avaliação econômica. Deve também ser considerada a situação financeira da empresa, tendo em vista a necessidade de grande inversão de capital numa atividade reconhecidamente sujeita a riscos elevados.

As variações de preços do metal e/ou custos de lavra e beneficiamento podem impor alterações no teor de corte e na taxa da produção. O método de lavra deve ser suficientemente flexível para poder ajustar-se a uma dada variação econômica.

5. Mineração a céu aberto ou subterrânea

Existem essencialmente cinco situações possíveis na lavra de depósitos:

1. A céu aberto: a cava é determinada levando em consideração o talude, o valor do minério e a quantidade de material a ser removida.

2. A céu aberto seguindo-se um estágio de transição à lavra subterrânea: a profundidade final da cava é definida pelos custos previstos da lavra subterrânea.

3. Subterrânea.

4. Subterrânea, podendo passar a céu aberto: raramente acontece quando se seleciona um método de lavra durante a análise de viabilidade. Não obstante, se tais mudanças forem previsíveis, o projeto original deve ser tal que a transição seja realizada de forma mais simples possível.

5. Simultaneamente por combinações de métodos de lavra a céu aberto e subterrânea.

A definição entre um método a céu aberto ou subterrâneo se baseia sobre o critério econômico. A metodologia adotada em determinado setor da jazida é aquela que apresenta o menor custo unitário, considerando-se todos os condicionantes operacionais.

Na análise simplificada, a relação auxiliar envolve custos, quantidade dos materiais extraídos e preços que são praticados na venda do minério lavrado por cada método. Sendo assim, dispondo-se da relação de estéril a ser removida (k), seu custo unitário (c) e os preços do minério lavrado por um método subterrâneo (s) e a céu aberto (a), então a relação estéril: minério máxima, em que haveria mais economicidade na lavra a céu aberto, obedece à equação (1).

(1)

Todavia, para exprimir a relação econômica do descapeamento, que traduz os limites da cava, deve-se considerar o preço do minério recuperável e seu custo, o lucro operacional que é esperado e o custo de manuseio do capeamento. Chamando de k' essa nova relação, tem-se:

(2)

onde, p é o preço do produto; a' é o custo operacional de produção a céu aberto; c' é o custo de manuseio de estéril e l é o lucro operacional.

A relação entre k e k' sugere a metodologia que deve ser adotada:

• Se k' > k, a jazida pode ser lavrada parte a céu aberto e parte subterrânea.

• Se k' < k, apenas o método a céu aberto é indicado.

Essa análise é simplificada e o ponto da transição deve incluir a consideração dos seguintes fatores:

a) As considerações técnicas previamente detalhadas para a seleção de um método de lavra (social, financeira, econômica, geotécnica, etc.).

b) Incertezas dos teores, custos, preços e dos taludes da cava.

c) A programação de reinvestimento em equipamentos.

d) As dimensões do pilar de coroamento, que é requerido para manter a estabilidade do terreno.

e) A possibilidade de se usarem métodos e equipamentos combinados de lavra a céu aberto e subterrânea.

Em passado recente, a situação descrita na letra e raramente ocorria. Mas é previsto que os equipamentos utilizados na lavra subterrânea continuarão a evoluir buscando apresentar capacidades da produção mais elevadas, similares aos maiores equipamentos aplicados em mina a céu aberto. Isto eventualmente pode conduzir a "novos métodos" que permitam um modelo híbrido de lavra de um depósito capaz de gerar retorno financeiro mais elevado.

6. Conclusões

O método é sinônimo de técnica de extração de material e o projeto da mina é uma função da seleção da técnica de extração. Essa técnica deve ser selecionada para depósitos individuais, fazendo-se considerações às situações existentes durante o estudo de viabilidade. O conhecimento atualizado e a estimativa sobre as tendências futuras da lavra, equipamentos e métodos são necessários, visto que estes evoluem com o progresso tecnológico dos equipamentos de mineração.

O projeto da mina deve ser flexível para permitir o desenvolvimento do sistema de extração. O uso de novos equipamentos ou a mudança para um outro método devem ser desconsiderados se caso o mesmo não permita modificações estruturais.

Durante a avaliação das reservas, o custo associado com a obtenção de informações geotécnicas é mínimo, se comparado com os benefícios que esses métodos poderão fornecer no desenvolvimento do projeto.

Geralmente, os acessos e a infra-estrutura necessária são permanentes durante a vida da mina, devendo ser consideradas como exigências para se desenvolverem operações em grande escala.

A operação de uma mina exige grandes investimentos e envolve conhecimento multidisciplinar, razões pelas quais a seleção do método de lavra não deve ser responsabilidade de um único indivíduo. A decisão sobre o método está diretamente relacionada à qualidade da informação, que é baseada na experiência do pessoal envolvido em projetos similares de engenharia.

Artigo recebido em 18/07/2001.

• HANSEN, D. E., LACHEL, D. J. Orebody ground conditions. In: HUSTRULID, W. A. (ed.) Underground Mining Methods Handbook Society of Mining Engineers of AIME, 1982. p. 39-69, ISBN 0-89520-049-X.
• LAUBSHER, D. H. Selection of mass underground mining methods. Chapter 3. In: Design and operation of caving and sublevel stoping mines, Society of Mining Engineering of AIME, 1981. p. 23-38, ISBN 0-89520-287-5.
• NICHOLAS, D. E. Method selection - a numerical approach. Chapter 4. In: Design and operation of caving and sublevel stoping mines 1968. p. 39-65.
• NILSSON, D. Open-pit or underground mining, Underground mining methods handbook 1975. p. 70-87.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  27 Jun 2002
• Data do Fascículo
  Jul 2001

Histórico

• Recebido
  18 Jul 2001