Mineração a céu aberto: da perfuração e detonação ao controle da água e à recuperação da mina.

A mineração a céu aberto parece simples à distância: perfurar a rocha, quebrá-la, carregá-la e transportá-la embora.

Na prática, uma mina a céu aberto segura e produtiva depende de diversos sistemas interligados. A geometria dos taludes afeta a perfuração. A qualidade da perfuração afeta o desmonte com explosivos. O desmonte com explosivos afeta o carregamento, o transporte, a britagem, a estabilidade dos taludes, a poeira, a drenagem e, por fim, o custo da recuperação ambiental.

Compreender todo o fluxo de trabalho é mais útil do que analisar uma única máquina isoladamente.

1. Os dois tipos básicos de mina a céu aberto

A “linha de contorno fechada” é a linha horizontal fechada formada pelo limite da mineração a céu aberto na superfície do terreno.

Com base no terreno e na posição do depósito em relação a essa curva de nível, as minas a céu aberto são geralmente divididas em dois tipos:

minas a céu aberto em encostasestão localizadas acima da curva de nível fechada da superfície. A escavação se desenvolve ao longo de uma encosta, e a gravidade pode auxiliar em algumas operações de drenagem.

Minas a céu aberto da DepressãoAs escavações se estendem abaixo da superfície, fechando suas curvas de nível. Essas escavações geralmente exigem um controle de água mais complexo, planejamento de estradas de transporte e gerenciamento de taludes à medida que a escavação se aprofunda.

Essa distinção afeta o layout da mina, as vias de acesso, o sistema de drenagem e o projeto final da encosta.

2. Os três elementos básicos de um banco

Uma mina a céu aberto é construída em níveis de trabalho horizontais chamados bancadas.

Banco:Uma camada horizontal na qual a massa de minério e rocha é dividida. A distância vertical entre os níveis de trabalho é a altura da bancada.

Face do banco:A superfície inclinada da bancada voltada para a área minerada. O ângulo entre essa face e o plano horizontal é o ângulo da face da bancada.

Plataforma ou talude:A área horizontal entre a base e o topo da face do banco. Sua largura corresponde à largura da plataforma.

Diferentes plataformas servem a propósitos diferentes:

• A plataforma de trabalho suporta perfuração, detonação, carregamento e transporte.

• Um talude de segurança ou de contenção ajuda a interceptar a queda de rochas.

• Um talude de limpeza proporciona espaço para a remoção de material solto.

• A largura de trabalho deve ser suficiente tanto para a movimentação do equipamento quanto para o espaçamento seguro.

O projeto de bancadas não é apenas uma questão de produção. É também uma questão de estabilidade de taludes e controle de acesso.

3. A principal sequência de produção a céu aberto

O fluxo de trabalho de produção principal normalmente inclui:

1. Perfuração

2. Detonação ou quebra de rochas

3. Carregamento e transporte

4. remoção de rocha estéril

Cada etapa afeta a seguinte. Uma perfuração inadequada pode resultar em uma detonação ineficaz. Uma fragmentação deficiente pode sobrecarregar escavadeiras e britadores. Um projeto inadequado de estradas de transporte pode reduzir a produtividade de equipamentos de carregamento que, de outra forma, seriam eficientes.

Perfuração

A perfuração é a primeira grande operação na produção a céu aberto. Normalmente, representa cerca de 10% a 15% do custo total de produção.

Três categorias de equipamentos são amplamente utilizadas.

plataformas de perfuração DTHOferecem ângulos de perfuração flexíveis, boa mobilidade e peso e investimento relativamente baixos em equipamentos. São úteis para minas de pequeno e médio porte, especialmente em rochas de dureza média. A perfuração inclinada pode ajudar a controlar a qualidade do minério, reduzir a formação de blocos de base e limitar o tamanho excessivo dos blocos.

perfuratrizes rotativas para furos de detonaçãoProporcionam alta produtividade e um elevado nível de mecanização. São amplamente utilizadas em grandes minas a céu aberto e podem perfurar formações com uma ampla gama de dureza.

Plataformas de perfuração de rochas gigantes ou montadas sobre esteirasUtilizam-se uma ou mais perfuratrizes de rocha com alimentação automática, montadas em uma lança ou estrutura. Sua mobilidade e operação mecânica as tornam adequadas para trabalhos de perfuração especializados ou variáveis.

Na perfuração DTH, o martelo, a broca, a haste, o compressor, o sistema de lavagem e a formação rochosa devem ser compatíveis como um único sistema. O diâmetro do furo, a profundidade, a inclinação e a precisão influenciam o resultado final da detonação ou da fragmentação da rocha.

Detonação e quebra controlada de rochas

O objetivo do desmonte com explosivos é criar fragmentos de tamanho adequado para escavadeiras, caminhões basculantes e britadores primários. Em muitas operações de mineração a céu aberto, o desmonte com explosivos representa aproximadamente 15% a 20% do custo total de produção.

Os métodos comuns incluem:

Detonação em furos rasos:Geralmente utiliza furos menores, frequentemente com diâmetro entre 30 e 75 mm, e profundidades geralmente inferiores a 5 m. É empregado em pedreiras de menor porte, túneis, cortes de estradas, britagem secundária e trabalhos especiais de escavação.

Detonação em bancada de furo profundo:Utiliza furos mais profundos perfurados por DTH ou equipamento rotativo. Furos verticais e inclinados podem ser usados ​​dependendo do projeto da bancada e dos requisitos de fragmentação.

Jateamento em câmara:Consiste em colocar uma quantidade maior de explosivo em uma câmara ou abertura subterrânea. Geralmente, seu uso é limitado a construções específicas ou a pedreiras de grande volume.

Disparo em milissegundos de múltiplas linhas:Utilizado quando são necessários volumes de produção maiores. O controle da temporização pode melhorar a fragmentação e gerenciar a vibração de forma mais eficaz do que a iniciação simultânea.

Próximo às encostas finais, os engenheiros podem usar métodos de detonação controlada, como atrasos de milissegundos, pré-corte, detonação suave e detonação de amortecimento. O objetivo é proteger a massa rochosa remanescente, em vez de simplesmente maximizar a fragmentação.

Para locais próximos a edifícios, ferrovias, rodovias, linhas de energia ou outros ativos sensíveis, um método não explosivo pode ser mais apropriado. O Sistema de Fraturamento de Rochas com Energia a Gás O2 da Gaea Rock utiliza oxigênio líquido e um absorvente combustível dentro de um tubo de fraturamento. Trata-se de um processo controlado de mudança de fase, e não de um sistema explosivo convencional.

O sistema O2 pode ser considerado em situações onde menor intensidade de onda de choque, vibração reduzida, facilidade de transporte e classificação, e divisão controlada da rocha são importantes. Os procedimentos reais de perfuração, tamponamento, carregamento, ignição, exclusão e emergência devem ser projetados e supervisionados por pessoal qualificado.

4. Carregamento e transporte

O carregamento é o elo central no ciclo de produção a céu aberto. As escavadeiras removem o minério ou a rocha detonada e o carregam em equipamentos de transporte ou o transferem para um local designado.

Os equipamentos de carregamento comuns incluem:

• escavadeiras hidráulicas

• Escavadeiras de cabo

• Escavadeiras hidráulicas

• pás carregadeiras

O carregamento e o transporte não podem ser otimizados separadamente. Uma escavadeira maior tem pouca utilidade se houver fila de caminhões na frente de lavra ou se as estradas de acesso estiverem em más condições.

A infraestrutura de transporte pode representar uma parcela significativa do investimento em mineração, e o transporte pode corresponder a mais da metade do custo total do minério e da mão de obra em algumas operações.

Os sistemas de transporte comuns incluem:

• transporte de caminhão

• transporte ferroviário

• Sistemas de transporte

• Levantamento com salto inclinado

• Sistemas de transporte combinados

O transporte por caminhão continua sendo o mais comum devido à sua flexibilidade, mas as grandes minas estão integrando cada vez mais esteiras transportadoras contínuas, softwares de despacho e equipamentos automatizados.

5. Descarte de rejeitos de rocha

Os rejeitos rochosos e o solo superficial removido devem ser transportados para áreas de descarte designadas.

O manuseio de rejeitos de rocha pode ser feito por meio de transporte rodoviário, ferroviário ou por esteiras transportadoras. As áreas de disposição podem ser projetadas como depósitos de bancada única, depósitos cobertos de múltiplas bancadas ou depósitos de múltiplas bancadas com suporte na base.

O aterro sanitário deve ser projetado considerando capacidade, drenagem, estabilidade de taludes, separação de tráfego e recuperação a longo prazo. O descarte inadequado de resíduos pode gerar instabilidade, escoamento superficial, poeira e futuros problemas de aterro.

6. Proteção e drenagem de água

O controle da água é um dos sistemas de engenharia mais importantes em minas a céu aberto.

As abordagens comuns para drenagem incluem:

• Drenagem por gravidade para minas em encostas

• Coleta de fundo para poços rasos com entrada limitada de água

• Drenagem por interceptação em etapas para fossas mais profundas com maior vazão de água.

• Galerias subterrâneas e túneis de drenagem para afluência de água muito elevada.

Vários sistemas podem ser combinados dependendo do terreno e da geologia.

A impermeabilização também requer inspeções regulares. Canais de drenagem, barreiras, bombas, revestimentos e outras estruturas de proteção devem ser verificados antes da estação chuvosa e após condições climáticas extremas.

7. Problemas após a mineração

Minas a céu aberto sem gestão adequada podem apresentar riscos graves:

• Acúmulo de água na vala

• Encostas altas e instáveis

• Deslizamentos de terra

• Efeitos da pressão em trabalhos subterrâneos próximos

• Rompimento de barragem de rejeitos

• Fluxos de lama afetam comunidades a jusante

• Danos ecológicos a longo prazo causados ​​pelo descarte de rejeitos

Esses riscos devem ser abordados durante o planejamento da mina, e não apenas após o término da produção.

8. Reabilitação de minas

A reabilitação moderna de minas geralmente se concentra em quatro áreas.

Tratamento de taludes:Remover rochas instáveis, reduzir ângulos de inclinação excessivos, formar terraços estáveis ​​e revegetar as áreas tratadas.

Gestão de rejeitos:Utilizar rejeitos adequados como material de enchimento subterrâneo, sempre que técnica e legalmente apropriado. Recuperar minerais valiosos através do reprocessamento e explorar utilizações seguras como materiais de construção.

Tratamento do solo:Substitua ou melhore o solo danificado, estabeleça barreiras que limitem a migração de contaminantes e adicione corretivos que restaurem a fertilidade.

Restauração da vegetação:Selecione plantas adaptadas ao clima local, solos pobres e, quando necessário, à exposição a metais pesados. A cobertura vegetal direta é simples e econômica; a colocação de solo superficial geralmente melhora o estabelecimento e a velocidade de recuperação.

A mina a céu aberto mais eficiente não é simplesmente aquela que movimenta mais rocha. É aquela que coordena perfuração, britagem de rochas, carregamento, transporte, drenagem, controle de taludes e recuperação ambiental desde o início.