Mineração subterrânea de rocha dura

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Um diagrama 3D de uma mina subterrânea moderna com acesso ao poço

A mineração subterrânea de rocha dura refere-se a várias técnicas de mineração subterrânea usadas para escavar minerais "duros" , geralmente aqueles que contêm metais , [1] como minério contendo ouro , prata , ferro , cobre , zinco , níquel , estanho e chumbo . Também envolve as mesmas técnicas usadas para escavar minérios de gemas , como diamantes e rubis . Mineração de rochas molesrefere-se à escavação de minerais mais macios, como sal , carvão e areias betuminosas .

Acesso à mina

Acesso subterrâneo

O acesso ao minério subterrâneo pode ser feito por meio de um declive (rampa), poço vertical inclinado ou açude .

Recusar portal
  • Os declínios podem ser um túnel em espiral que circunda o flanco do depósito ou circunda o depósito. O declínio começa com um corte em caixa , que é o portal para a superfície. Dependendo da quantidade de sobrecarga e da qualidade do leito rochoso , um bueiro de aço galvanizado pode ser necessário para fins de segurança. Eles também podem ser iniciados na parede de uma mina a céu aberto.
  • Os poços são escavações verticais afundadas adjacentes a um corpo de minério. Os poços são afundados para corpos de minério onde o transporte para a superfície via caminhão não é econômico. O transporte por poço é mais econômico do que o transporte por caminhão em profundidade, e uma mina pode ter tanto um declive quanto uma rampa.
  • Adits são escavações horizontais na encosta de uma colina ou montanha. Os aditamentos são usados ​​para corpos de minério horizontais ou quase horizontais onde não há necessidade de rampa ou poço.

Os declínios geralmente são iniciados do lado da parede alta de uma mina a céu aberto quando o corpo de minério é de um grau pagável suficiente para suportar uma operação de mineração subterrânea, mas a taxa de extração se tornou muito grande para suportar métodos de extração a céu aberto. Eles também são frequentemente construídos e mantidos como um acesso de segurança de emergência dos trabalhos subterrâneos e um meio de mover grandes equipamentos para os trabalhos.

Acesso ao minério

Os níveis são escavados horizontalmente no declive ou no poço para acessar o corpo de minério. Os stopes são então escavados perpendicularmente (ou quase perpendiculares) ao nível do minério.

Mineração de desenvolvimento versus mineração de produção

Existem duas fases principais da mineração subterrânea: mineração de desenvolvimento e mineração de produção.

A mineração de desenvolvimento é composta de escavação quase inteiramente em estéril (não valioso) para obter acesso ao corpo de minério. Existem seis etapas na mineração de desenvolvimento: remover o material previamente jateado (muck out round), dimensionamento (remoção de quaisquer lajes instáveis ​​de rocha penduradas no telhado e paredes laterais para proteger trabalhadores e equipamentos contra danos), instalação de suporte e/ou reforço usando concreto projetado etc. , perfurar rochas de face, carregar explosivos e detonar explosivos. Para iniciar a mineração, o primeiro passo é fazer o caminho para descer. O caminho é definido como 'Declínio' conforme descrito acima. Antes do início de um declínio, é necessário todo o pré-planejamento da instalação de energia, arranjo de perfuração, desaguamento, ventilação e instalações de retirada de lama. [2]

A mineração de produção é dividida em dois métodos, furo longo e furo curto. A mineração de poços curtos é semelhante à mineração de desenvolvimento, exceto que ocorre em minério. Existem vários métodos diferentes de mineração de furos longos. Normalmente, a mineração de poços longos requer duas escavações dentro do minério em diferentes elevações abaixo da superfície (15 m – 30 m de distância). Buracos são perfurados entre as duas escavações e carregados com explosivos. Os furos são jateados e o minério é retirado do fundo da escavação.

Ventilação

Porta para direcionar a ventilação em uma antiga mina de chumbo. O funil de minério na frente não faz parte da ventilação.

Um dos aspectos mais importantes da mineração subterrânea de rocha dura é a ventilação. A ventilação é o principal método de remoção de gases perigosos e/ou poeira que são criados a partir de atividades de perfuração e detonação (por exemplo, poeira de sílica, NOx), equipamentos diesel (por exemplo, partículas de diesel, monóxido de carbono) ou para proteger contra gases que são naturalmente que emana da rocha (por exemplo, gás radônio). A ventilação também é usada para gerenciar as temperaturas subterrâneas para os trabalhadores. Em minas profundas e quentes, a ventilação é usada para resfriar o local de trabalho; no entanto, em locais muito frios, o ar é aquecido até um pouco acima do ponto de congelamento antes de entrar na mina. Os elevadores de ventilação são normalmente usados ​​para transferir a ventilação da superfície para os locais de trabalho e podem ser modificados para uso como rotas de fuga de emergência. As principais fontes de calor em minas subterrâneas de rocha dura são a temperatura da rocha virgem, maquinário, autocompressão e água de fissura.

Suporte terrestre

Alguns meios de apoio são necessários para manter a estabilidade das aberturas que são escavadas. Esse suporte vem em duas formas; apoio local e apoio de área.

Suporte terrestre da área

O apoio ao solo da área é usado para evitar grandes falhas no solo. Furos são perfurados na parte de trás (teto) e paredes e uma longa haste de aço (ou parafuso de rocha ) é instalada para manter o solo unido. Existem três categorias de parafusos de rocha, diferenciados pela forma como eles engatam a rocha hospedeira. [3] São eles:

Parafusos mecânicos

  • Parafusos de ancoragem de ponto (ou parafusos de concha de expansão) são um estilo comum de suporte de solo de área. Um chumbador de ponta é uma barra de metal entre 20 mm – 25 mm de diâmetro e entre 1 m – 4 m de comprimento (o tamanho é determinado pelo departamento de engenharia da mina ). Há uma concha de expansão na extremidade do parafuso que é inserida no orifício. À medida que o parafuso é apertado pela broca de instalação, a concha de expansão se expande e o parafuso se aperta, mantendo a rocha unida. Os parafusos mecânicos são considerados suporte temporário, pois sua vida útil é reduzida pela corrosão, pois não são rebocadas . [3]

Parafusos rebocados

  • O vergalhão rejuntado com resina é usado em áreas que exigem mais suporte do que um parafuso de ancoragem de ponta pode fornecer. O vergalhão usado é de tamanho semelhante ao de um parafuso de ancoragem de ponta, mas não possui um invólucro de expansão. Uma vez que o furo para o vergalhão é perfurado, cartuchos de resina de poliéster são instalados no furo. O parafuso do vergalhão é instalado após a resina e girado pela broca de instalação. Isso abre o cartucho de resina e o mistura. Uma vez que a resina endurece, a rotação da broca aperta o parafuso do vergalhão que mantém a rocha unida. O vergalhão rejuntado com resina é considerado um suporte de solo permanente com vida útil de 20 a 30 anos. [3]
  • Os parafusos de cabo são usados ​​para prender grandes massas de rocha na parede suspensa e ao redor de grandes escavações. Os parafusos de cabo são muito maiores do que os parafusos de rocha e vergalhões padrão, geralmente entre 10 e 25 metros de comprimento. Os parafusos do cabo são rebocados com uma argamassa de cimento. [3]

Parafusos de fricção

  • Os estabilizadores de fricção (frequentemente chamados pela marca genérica Split Set ) são muito mais fáceis de instalar do que parafusos mecânicos ou parafusos rebocados. O parafuso é martelado no furo, que tem um diâmetro menor que o parafuso. A pressão do parafuso na parede mantém a rocha unida. Os estabilizadores de fricção são particularmente suscetíveis à corrosão e ferrugem da água, a menos que sejam rebocados. Uma vez rejuntado, o atrito aumenta por um fator de 3-4. [3]
  • Swellex é semelhante aos estabilizadores de fricção, exceto que o diâmetro do parafuso é menor que o diâmetro do furo. Água de alta pressão é injetada no parafuso para expandir o diâmetro do parafuso para manter a rocha unida. Assim como o estabilizador de fricção, o swellex é mal protegido contra corrosão e ferrugem. [3]

Apoio terrestre local

O suporte de solo local é usado para evitar que rochas menores caiam das costas e das costelas. Nem todas as escavações requerem apoio de solo local.

  • A tela de arame soldada é uma tela de metal com aberturas de 10 cm x 10 cm (4 polegadas). A malha é mantida na parte de trás usando parafusos de ancoragem ou vergalhões de resina.
  • O concreto projetado é um spray reforçado com fibra em concreto que reveste a parte traseira e as nervuras, evitando que rochas menores caiam. A espessura do concreto projetado pode estar entre 50 mm – 100 mm.
  • Membranas de látex podem ser pulverizadas nas costas e nervuras semelhantes ao concreto projetado, mas em quantidades menores.

Parar e recuar vs. parar e preencher

Pare e recue

Sub-Level Caving Subsidence atinge a superfície na mina subterrânea Ridgeway.

Usando este método, a mineração é planejada para extrair rochas dos realces sem preencher os vazios; isso permite que as rochas da parede desmoronem no stope extraído após todo o minério ter sido removido. O stope é então selado para impedir o acesso.

Parar e preencher

Onde grandes corpos de minério a granel devem ser lavrados em grande profundidade, ou onde deixar pilares de minério é antieconômico, o stope aberto é preenchido com reaterro, que pode ser uma mistura de cimento e rocha, uma mistura de cimento e areia ou uma mistura de cimento e rejeitos . Este método é popular porque os realces recarregados fornecem suporte para os realces adjacentes, permitindo a extração total de recursos econômicos.

Métodos

Diagrama esquemático de mineração de corte e aterro

O método de lavra selecionado é determinado pelo tamanho, forma, orientação e tipo de corpo de minério a ser lavrado. O corpo de minério pode ser uma veia estreita, como uma mina de ouro em Witwatersrand, o corpo de minério pode ser maciço semelhante à mina Olympic Dam , Austrália do Sul, ou Cadia-Ridgeway Mine , Nova Gales do Sul . A largura ou tamanho do corpo de minério é determinado pelo teor, bem como pela distribuição do minério. O mergulhodo corpo de minério também tem influência no método de mineração, por exemplo, um corpo de minério de veio horizontal estreito será extraído por sala e pilar ou um método de parede longa, enquanto um corpo de minério de veio estreito vertical será extraído por um método de corte aberto ou corte e preenchimento. Considerações adicionais são necessárias para a resistência do minério, bem como da rocha circundante. Um corpo de minério hospedado em rocha autossustentável forte pode ser extraído por um método de parada aberta e um corpo de minério hospedado em rocha pobre pode precisar ser extraído por um método de corte e enchimento onde o vazio é continuamente preenchido à medida que o minério é removido.

Métodos de mineração seletiva

  • A mineração de corte e aterro é um método de mineração de furos curtos usado em zonas de minério de mergulho abrupto ou irregulares, em particular onde a parede suspensa limita o uso de métodos de furos longos. O minério é lavrado em fatias horizontais ou levemente inclinadas e, em seguida, preenchido com estéril, areia ou rejeitos . Ambas as opções de preenchimento podem ser consolidadas com concreto ou deixadas não consolidadas . A mineração de corte e aterro é um método caro, mas seletivo, com as vantagens de baixa perda e diluição de minério. [4]
  • Deriva e aterro é semelhante ao corte e aterro, exceto que é usado em zonas de minério, que são mais largas do que o método de deriva permite minerar. Neste caso, a primeira deriva é desenvolvida no minério, e é reaterro com preenchimento consolidado. O segundo desvio é conduzido adjacente ao primeiro desvio. Isso continua até que a zona de minério seja extraída em toda a sua largura, momento em que o segundo corte é iniciado no topo do primeiro corte.
  • A parada por contração é um método de mineração de furos curtos que é adequado para corpos de minério de imersão acentuada. Este método é semelhante à mineração de corte e aterro, com a exceção de que, depois de detonado, o minério quebrado é deixado no desmonte, onde é usado para suportar a rocha circundante e como uma plataforma para trabalhar. Apenas minério suficiente é removido do stope para permitir a perfuração e detonação da próxima fatia. O stope é esvaziado quando todo o minério foi detonado. Embora seja muito seletivo e permita baixa diluição, uma vez que a maior parte do minério fica no stope até a conclusão da lavra, há um atraso no retorno dos investimentos de capital. [4]
  • VRM / VCR : mineração de recuo vertical (VRM) também conhecido como recuo de cratera vertical (VCR) é um método onde a mina é dividida em zonas verticais [ clarificação necessária ] com profundidade de cerca de 50 metros usando parada aberta, mineração de baixo para cima. Furos de grande diâmetro de furo longo são perfurados verticalmente no corpo de minério a partir do topo usando o in-the-hole (ITH) [5] [ esclarecimento necessário ]perfurações e, em seguida, explodindo fatias horizontais do corpo de minério em um rebaixo. Minério explodido em recuperação tomada em fase. Essa recuperação é feita a partir da parte inferior da seção desenvolvida. A última limpeza do minério é feita através de máquinas LHD controladas remotamente. Um sistema de stopes primários e secundários é frequentemente usado na mineração de videocassetes, onde os stopes primários são extraídos no primeiro estágio e depois preenchidos com preenchimento cimentado para fornecer suporte de parede para a detonação de stopes sucessivos. As câmaras laterais serão extraídas em sequência pré-planejada após a solidificação do preenchimento. [6] [7]

Métodos de mineração em massa

  • A escavação em bloco é usada para minerar corpos de minério maciços de mergulho acentuado (tipicamente de baixo grau) com alta friabilidade . Um rebaixo com acesso de transporte é conduzido sob o corpo de minério, com "sinais" escavados entre o topo do nível de transporte e o fundo do rebaixo. Os drawbells servem como um local para a queda de rochas de espeleologia. O corpo de minério é perfurado e jateado acima do rebaixo, e o minério é removido através do acesso de transporte. Devido à friabilidade do corpo de minério, o minério acima da primeira explosão desmorona e cai nas campânulas. À medida que o minério é removido das campânulas, o corpo de minério cede, fornecendo um fluxo constante de minério. [4]Se a escavação parar e a remoção de minério dos sinos continuar, um grande vazio pode se formar, resultando no potencial de um colapso repentino e maciço e uma rajada de vento potencialmente catastrófica em toda a mina. [8] [ melhor fonte necessária ] Onde a espeleologia continua, a superfície do solo pode desmoronar em uma depressão superficial, como as das minas de molibdênio Climax e Henderson no Colorado . Essa configuração é uma das várias às quais os mineradores aplicam o termo "glory hole".

Corpos de minério que não cedem facilmente são, às vezes, pré-condicionados por fraturamento hidráulico , detonação ou por uma combinação de ambos. O fraturamento hidráulico tem sido aplicado para pré-condicionar rochas de telhado fortes sobre painéis longwall de carvão e para induzir desmoronamento em minas de carvão e rocha dura.

  • Mineração de sala e pilar: A mineração de  sala e pilar é comumente feita em corpos de minério com camadas planas ou de mergulho suave. Pilares são deixados no lugar em um padrão regular enquanto os quartos são minerados. Em muitas minas de sala e pilar, os pilares são retirados a partir do ponto mais distante do acesso ao realce, permitindo que o telhado desmorone e preencha o realce. Isso permite uma maior recuperação, pois menos minério é deixado para trás nos pilares.

Remoção de minério

Em minas que usam equipamentos de borracha para remoção de minério grosso , o minério (ou "muck") é removido do stope (referido como "mucked out" ou "bogged") usando veículos articulados centrais (referidos como boggers ou LHD ( Máquina de carga, transporte, despejo) ). Esses equipamentos podem operar usando motores a diesel ou motores elétricos e se assemelham a uma carregadeira frontal de baixo perfil . O LHD operado por eletricidade utiliza cabos de arrasto que são flexíveis e podem ser estendidos ou retraídos em um carretel. [9]

O minério é então despejado em um caminhão para ser transportado para a superfície (em minas mais rasas). Em minas mais profundas, o minério é despejado em uma passagem de minério (uma escavação vertical ou quase vertical) onde cai para um nível de coleta. No nível de coleta, pode receber britagem primária via britador de mandíbula ou cone, ou via quebra -rocha . O minério é então movido por esteiras transportadoras , caminhões ou ocasionalmente trens até o poço para ser içado à superfície em caçambas ou caçambas e esvaziado em silos abaixo da estrutura da superfície para transporte até a usina.

Em alguns casos, o britador primário subterrâneo alimenta uma correia transportadora inclinada que entrega o minério através de um eixo inclinado direto para a superfície. O minério é alimentado por passagens de minério, com equipamentos de mineração acessando o corpo de minério por meio de um declínio da superfície.

Minas mais profundas

  • As minas mais profundas do mundo são as minas de ouro Mponeng e TauTona (Western Deep Levels) na região de Witwatersrand , na África do Sul , que atualmente estão trabalhando em profundidades superiores a 3.900 m (12.800 pés). [10]
  • A mina inativa mais profunda da Ásia é a Kolar , na região de Karnataka , na Índia . Fechado em 2001, o eixo principal atingiu uma profundidade de 10.560 pés (3.220 m).
  • Esta região também é o local das condições mais severas para a mineração de rocha dura, com temperaturas do ar de até 45 °C (113 °F). No entanto, grandes instalações de refrigeração são usadas para reduzir a temperatura para cerca de 28 ° C (82 ° F).
  • A mina de hard rock inativa mais profunda da América do Norte é a mina Empire em Grass Valley, Califórnia. Fechado em 1956, o eixo principal atingiu uma profundidade de inclinação de 11.007 pés (3.355 m). O comprimento combinado de todos os eixos é de 367 milhas (591 km).
  • A mina de rocha dura ativa mais profunda da América do Norte é a Kidd Mine no Canadá , que extrai zinco e cobre em Timmins , Ontário . Na profundidade máxima de 9.889 pés (3.014 m), esta mina é a mina de metal base mais profunda do mundo, e sua baixa elevação de superfície significa que o fundo da mina é o ponto não marinho acessível mais profundo da Terra. [11] [12]
  • Acredita-se que o eixo Penna de LaRonde (eixo nº 3) seja o poço de elevação único mais profundo do Hemisfério Ocidental. O novo eixo nº 4 termina a 2.840 m (9.320 pés) para baixo. A expansão da mina de LaRonde foi concluída em junho de 2016 na profundidade de 3.008 m (9.869 pés), os stopes abertos de poços longos mais profundos do mundo. [13]
  • A mina ativa mais profunda na Eurásia e na Ásia é a mina Skalisty de Nornickel , localizada em Talnakh . Em setembro de 2018, atinge a profundidade de 2.056 m (6.745 pés) abaixo da superfície. [14]
  • A mina mais profunda da Europa é o 16º eixo das minas de urânio em Příbram , República Tcheca , com 1.838 m (6.030 pés). [15]
  • As minas de rocha dura mais profundas da Austrália são as minas de cobre e chumbo de zinco em Mount Isa , Queensland , a 1.800 m (5.900 pés) [ carece de fontes ] .
  • As minas de platina - paládio mais profundas do mundo estão no Merensky Reef , na África do Sul , com um recurso de 203 milhões de onças troy , atualmente trabalhadas a uma profundidade de aproximadamente 2.200 m (7.200 pés) [ carece de fontes ] .
  • O poço mais profundo é o Kola Superdeep Borehole em Murmansk Oblast , Rússia . A 12.262 m (40.230 pés), é o ponto extremo artificial mais profundo da Terra .

Veja também

Referências

  1. ^ de la Vergne, Jack (2003). Manual do Hard Rock Miner . Tempe / North Bay : Engenharia McIntosh. pág. 2. ISBN 0-9687006-1-6.
  2. ^ https://www.math.uwaterloo.ca/~nwormald/papers/DOT2.pdf.;Declínio do projeto em minas subterrâneas usando otimização de caminho restrito
  3. ^ a b c d e f Puhakka, Tulla (1997). Manual de Perfuração e Carregamento Subterrâneo . Finlândia: Tamrock Corporation. págs. 153-170.
  4. ^ a b c Puhakka, Tulla (1997). Manual de Perfuração e Carregamento Subterrâneo . Finlândia: Tamrock Corporation. págs. 98–130.
  5. ^ http://www.sciencechannel.com/tv-shows/dirty-great-machines/dirty-great-machines-videos/the-in-the-hole-drill/
  6. ^ https://mining.cat.com/cda/files/2785508/7/Creighton_Eng.pdf.;VIEWPOINT : perspectivas sobre a mineração moderna; página 2; Citação: 'A mineração de recuo vertical (VRM) foi introduzida em meados da década de 1980 para substituir o método de mineração de corte e aterro. O método de mineração slot-slash, um VRM modificado, foi introduzido no final da década de 1990 e substituiu a mineração VRM.'
  7. ^ "Mineração e Metalurgia 101" . www.miningbasics.com .
  8. ^ Fowler, JCW; Hebblewhite, BK (2003). "Publicação Mineira" (PDF) . Nova Gales do Sul.
  9. ^ http://www.mineweb.com/archive/greGreener mineração subterrânea
  10. ^ "TauTona, Anglo Gold, África do Sul" . 2009.
  11. ^ Godkin, David (1 de fevereiro de 2014). "Estar seguro não é por acaso" . Jornal de Mineração Canadense .
  12. ^ "Casa - Casa | Operações Kidd" .
  13. ^ "Agnico Eagle Mines Limited - Operações - Operações - Complexo LaRonde" .
  14. ^ https://www.nornickel.com/news-and-media/press-releases-and-news/skalisty-mine-reaches-design-depth-of-2-056-m-below-surface/?redirect_url= /news-and-media/press-releases-and-news/
  15. ^ "Depósitos minerais: desde sua origem até seus impactos ambientais" . Taylor & Francisco. Janeiro de 1995. ISBN 9789054105503.

Leitura adicional

  • Brown, Ronald C. Mineiros Hard-Rock: The InterMountain West, 1860-1920 (2000)
  • de la Vergne, Jack. Hard Rock Miner's Handbook (2003) Tempe/North Bay: McIntosh Engineering. pág. 2. ISBN 0-9687006-1-6 . 
  • McElfish Jr., James M. Hard Rock Mining: Abordagens do Estado à Proteção Ambiental (1996)
  • Wyman, Mark. Hard Rock Epic: Mineiros do Oeste e a Revolução Industrial, 1860-1910 (1989)