Post on 05-Jul-2015
Mecânica de Rochas Aplicado ao Longwall
Aluno: Guilherme Tweedie Müller
Prof. Jair Koppe
UFRGS – Universidade Federal do Rio Grande do SulDEMIN – Departamento de Engenharia de Minas
ENG 05527 – Mecânica de Rochas
Objetivos
• Apresentar o processo de funcionamento do
Longwall.
• Identificar os diferentes tipos de Longwall.
• Caracterizar aspectos relacionados a mecânica
de rochas.
• Apresentar o projeto e dimensionamento dos
pilares
Introdução ao Longwall• Método muito antigo, originado nas minas de
carvão da Europa no século XVII.
• Muito relacionado com a exploração do carvão.
• Muito usado nesses países:
– Estados Unidos
– Austrália
– China
• Pode ser aplicado tanto em rocha dura como em
rocha mole.
Condições de Aplicação
– Corpos estratiformes;
– Tabulares;
– Pouco espessos;
– Horizontalizados(<20°);
– Espessuras e Teores uniformes;
– Alta continuidade do corpo do minério;
– Poucas descontinuidades (Falhas);
Vantagens• Recuperação maior que no método de
C&P (+15%).
• Alta produtividade, acima de 100 t/homem
por turno.
• Menor custo entre os métodos
subterrâneos.
• Facilidade de capacitação da mão de
obra.
Vantagens• Adequado as más condições de teto.
• Pouca diluição.
• Boas condições de ventilação.
• Controle na eliminação de gases e poeiras
• Controle de subsidência.
• Método muito seguro, sempre se trabalha
sob escoramento.
Desvantagens
• Dificuldade em camadas com espessura irregular.
• Descontinuidades geram grandes paradas
• Em altas produções, controle difícil de gases e
poeiras.
• Grande impacto na superfície - Subsidência.
• Alto investimento inicial
• Demora na troca de painel.
Classificação do Teto
Longwall em Rochas Duras
• A capa e a lapa devem ser competentes.
• Nessa situação, busca-se a integridade do teto
e do piso.
• São aplicados suportes:– Temporários: próximos a face
– Permanentes: prumos de madeira ou concreto
• Os suportes são aplicados para evitar
descontinuidades.
Longwall em Rochas Duras
• Geralmente usado em depósitos metalíferos.
• Muito diferente do Longwall aplicado ao carvão.
• A lavra avança em direção ao “Strike”(mergulho).
• São usados explosivos nas faces.
• O minério desmontado é recolhido por um
Scraper e levado até um Orepass.
Longwall em Rochas Duras
Longwall em Carvão
• Não é mantida a integridade do teto recém
minerado.
• O teto deve desplacar, separando-se em blocos
e caindo no espaço vazio criado.
• O processo de desplacamento é acompanhado
pelo empolamento.
• Esse material empolado mantém a integridade
do teto principal.
Condições Favoráveis
• Teto principal competente, que possibilite a deformação
sem romper sobre o teto imediato já desabado.
• Piso competente
para suportar o
esforço dos
macacos
hidráulicos.
Tipos de Longwall
• Longwall em Avanço
Tipos de Longwall• Longwall em Recuo
Operação• A lavra é feita
com cortadores giratórios que fragmentam o carvão.
• O carvão cai sobre uma calha de transporte e é transferido para o transporte contínuo.
Operação• Possui um sistema
de proteção do teto que proporciona alta segurança aos operadores.
• Os macacos avançam a medida que o carvão é lavrado, criando um espaço sem sustentação atrás que cai, aliviando os esforços.
Desplacamento e Empolamento
Movimentação entre Painéis• Após a
exploração de um painel, é necessário movimentar todo o equipamnto.
• Essa mudança leva de 10 a 30 dias, geralmente é feita 2 ou 3 movimentações por ano.
Comparação com Camaras e Pilares
• No Longwall, o teto é frágil, inviabilizando o
parafusamento de teto.
• Pode ser aplicado em grandes profundidades
(>500m).
• Maior recuperação devido a menor necessidade
de pilares.
• Pode minerar camadas pouco espessas.
Dimensões Típicas• Comprimeto de painel: 900 – 2700m;
• Largura das galerias: 2,4 – 3,6m;
• Comprimento da face: 100 – 300m ;
• Altura: 0,9 – 4,5m;
Subsidência• O deslocamento vertical em qualquer ponto
da superfície é chamado de subsidência.
Fatores que Influenciam o Layout do Longwall
• Profundidade
• Espessura da camada
• Geologia local
• Água
• Gás
• Restrições na superfície
Mecânica de Rochas Aplicada ao Longwall
• O objetivo principal é dimensionar os sistemas
de suporte para preservar a continuidade do
depósito
• A continuidade dependerá de dois fatores:
– Das descontinuidades naturais e induzidas
presentes no depósito
– Da ocorrência do fenômeno de rockburst,
presentes em áreas com altas tensões
Distribuição do Stress Vertical• A concepção mais aceita diz que a distribuição do
stress vertical na face e no “rib side” é zero.
• Enquanto que rapidamente cresce em direção a
área de produção, ainda não minerada.
Distribuição do Stress Vertical
• A distância do pico de stress varia de acordo com algumas propriedades do depósito.
• O pico produzido é da ordem de 4 a 5 vezes o stress provocado pelo overburden.
p = α.hOnde;
p: Stressα: peso específico do overburdenh: profundidade
Distribuição do Stress Vertical
Distribuição do Stress Vertical
Longwall no Carvão
• Esses requisitos estão presentes nas
seguintes categorias:
– Face Supports – Suportes de Face
– Roadways - Estradas
– Rib Pillars – Pilares de Reforço
– Rockbolts - Parafusamento
Suportes de Face
• Previne a queda de blocos imediatamente atrás da face.
• Mantendo a área de trabalho limpa e segura.
Suportes de Face
• De maneira prática, no dimensionamento do sistema de suporte utiliza-se a seguinte equação:
SW = 2.H
onde:
SW: peso suportado pelo sistema
H: altura da camada minerada
Suportes de Face
Roadways
• Permite o acesso a face para os operadores assim como todo o material usado na frente de lavra.
Parafusamento
• Usado para reforçar poços, estradas, faces.
Pilares de Reforço• Ficam situados entre painéis, protegendo as
estradas e acessos, dos deslocamentos.
• Também serve para isolar lugares desfavoráveis,
geologia, água, gases.
Dimensionamento de Painéis
• Choi & McMcain sugeriram a seguinte fórmula para o dimensionamento do painel;
Onde:
L = largura do painel
H = altura do overburden
A = área do pilar de proteção
S = Largura da entrada
C = crosscut
W = comprimento do pilar de proteção
SF= Fator de segurança
Dimensionamento dos Pilares• O dimensionamento, é tradicionalmente
baseada em precedentes práticos.• Devido a sua história de carregamento, torna o
dimensionamento mais complicado que no método de camaras e pilares.
Dimensionamento dos Pilares
• Existem três conceitos básicos no
dimensionamento dos pilares:
– Manter as condições de serviço, para não
afetar a produção.
– Minimizar as estradas desde que não afete a
continuidade de exploração.
– Maximize a recuperação do carvão.
Dimensionamento dos Pilares
• Podem variar de 20 a 100 metros de
extensão, dependendo da:
– Profundidade minerada
– Nível de Stress
– Geometria do Corpo
– Estruturas Geológicas
– Propriedades Geotécnicas
Dimensionamento dos Pilares
• Em profundidades superiores a 500m, os pilares
começam a ficar grandes, reduzindo a
recuperação.
• Além disso também há redução da segurança,
pois são fontes potenciais para rompimentos.
• Assim pilares grandes não são economicamente
viáveis.
Método Gráfico
Método Gráfico
• Exmplo: Para um painel a 100 metros de largura e a 120 metros de profundidade.
• W=100
• h=120
• Então:– m=10 metros
m: largura do pilar
Outro Método Gráfico
• Usa os Seguintes Parâmetros:
• Wpc=Largura do pilar quadrado• Et,Ec,Em,Ef = módulo de young para teto imediato, carvão, teto principal e
piso.• Ht,Hc,Hm = espessura do teto imediato, carvão e teto principal.• h = profundidade.• σc = Tensão de compressão uniaxial• d=w/2• L,W = comprimento e largura do painel• Wo = largura da entrada• σh = stress horizontal
Outro Método Gráfico• Exemplo: • σc = 1000psi
• L = 5000ft
• h = 500ft
• W = 400ft
• Em/Ec = 0
• Ei/Ec = 0
• Ef/Ec = 1
Então, Largura do Pilar = 20m
Através de Softwares• Ja existe no mercado softwares capazes de
dimensionar pilares para Longwall.• Um exemplo é o “ALPS” elaborado pela
empresa Niosh
• Basta adicionar os dados de entrada e o software faz o dimensionamento dos pilares.
É gerado um banco de dados com o dimensionamento
Bibliografia• Rock Mechanics for Underground Mining
• SME Handbook
• Increased Underground Extraction of Coal
• Perfil Analítico de Carvão – DNPM
• Z.T.Strata Control in Mineral Engineering• http://www.dbt.de/en/www-dbt-de/downloads/videos/videos.html
• www.ouw.edu.au/eng/current/longwall
• http://www.cdc.gov/niosh/mining/products/product56.ht• http://0-www.cdc.gov.mill1.sjlibrary.org/niosh/mining/products/product3.htm