DEMIN/EM/UFOP Estabilidade de Escavações Subterrâneas –

MIN 225março/2009

Prof José Margarida da Silva

Impactos Ambientais decorrentes da redistribuição de tensões em escavações de lavra subterrânea

Liberações de energia dinâmica e ejeção de rocha (Rockburts e outros)

Sumário

• Introdução

• Definição e caracterização do fenômeno

• Tipos de liberação

• Duração, intensidade

• Mitigação do Impacto

• Estudos de Caso

• Bibliografia

Introdução

Fenômenos associados à ruptura dinâmica de maciços rochosos têm causado preocupação em minas profundas em todo o mundo.

O aumento das escavações tem conseqüências como maior risco de fenômenos naturais, tornando essencial o conhecimento acerca do comportamento das rochas.

As técnicas de previsão de eventos sísmicos baseiam-se na detecção e interpretação de eventos microssísmicos nos maciços.

Presença do fenômeno

Sismicidade em minasDos 5 tipos de atividade humana que podem

afetar a sismicidade, três estão ligados à mineração: explosão subterrânea, lavra de pedreiras, extração de líquidos (obsis.unb.br,2009).

Algumas minas começaram a enfrentar este problema, realizando trabalhos de monitoramento contínuo no entorno da mina.

Definição

• À medida que as escavações subterrâneas atingem determinadas dimensões críticas, as intensidades dos novos campos de tensões que se instalam nos seus contornos podem exceder os limites de resistência da rocha, levando o maciço à cedência ou ruptura, do que resultarão deformações locais e a correspondente dissipação das mesmas.

• Fenômenos semelhantes a céu aberto (Pomeroy et al, 1976; Cook, 1976;Silveira, 1987)

Caracterização do fenômeno

• Quando a dissipação (liberação) de energia armazenada num maciço rochoso se processa de maneira relativamente rápida e violenta, o fenômeno é designado, genericamente, por “explosão de rocha”.

• Este fenômeno se caracteriza pela influência acentuada de ações de corte e ocorre, quando da abertura de escavações subterrâneas.

Efeito de “escorva”

O “efeito de escorva” pode se originar através de:

• ondas de choque decorrentes de detonação de explosivos;

• elevação de temperatura das rochas;• presença de água;• ruptura de um suporte;• explosão de gases;• execução de uma abertura;• as próprias ondas de uma outra explosão de

rocha.

Explosão de rocha

Ao desequilíbrio provocado localmente, pode-se seguir uma reação em cadeia, propagando-se rapidamente seus efeitos, com a deformação e fraturamento da rocha numa área de extensão apreciável e a conseqüente dissipação do excesso de energia armazenada.

Tipos de liberação - Terminologia

Talebi et al., 2007:

• Rockfall – queda de rocha pelo peso próprio;

• Bump – ruptura violenta de rocha com muito dano;

• Outburst – ejeção de rocha devido a alívio por emanação de gás;

• Rockburst - ruptura violenta de rocha;

Duração e freqüência de eventos

Lorig (1996): freqüências e tempos de duração típicos de energia dinâmica de interesse na mineração

• Earthquakes – evento sísmico de maior duração (2 a 150s) e baixa freqüência (até 7Hz);

• Blasts – ondas de desmonte, com duração pequena (até 1s) e freqüência de 5 a 150Hz;

• Rockbursts- evento sísmico de duração intermediária (1 a 7s) e freqüência de 3 a 160Hz.

Sistema de microsismicidade

Magnitude de dano

Intensidade

• O fenômeno é particularmente perigoso pelas características anelásticas dos maciços rochosos, que conferem ao tempo grande importância nos processos de deformação das rochas. O fenômeno é comum.

• Intensidade dos efeitos: é função da deformidade da rocha, das intensidades e heterogeneidades dos campos de tensões instalados, da geometria da escavação, da velocidade de escavação, entre outros.

Previsão do fenômeno

• As técnicas de previsão de ocorrência de explosões de rochas baseiam-se na detecção, medida e interpretação de eventos micro-sísmicos nos maciços, os quais que podem alertar com algumas horas de antecedência, sobre a iminência de um grande abalo.

Monitoramento• Estudo de Caso 1 - Mina Caraíba, Jaguarari (BA),

cobre • destress blasting: alterações nos padrões de furação,

nos arranjos de furos, nos explosivos, carregamento e detalhes do desmonte, que implica transferência de carga para pilares adjacentes (DE LA VERGNE, 2000).

• Monitoramento microsísmico (Andrade et al, 2003) - - teve, entre 500 e 800m, tensões da mesma grandeza de outras minas subterrâneas, com profundidades entre 1500 e 2000m. Surgiram desplacamentos.

Estudo de Caso - Caraíba• Após estudos, foram implementadas modificações no

método de lavra, monitoramento microsísmico de superfície e de subsolo.

Introdução de:• enchimento (pastefill), • monitoramento topográfico a laser, • aumento da mecanização e automação das operações. • Primeiros três meses - 2237 eventos diversos; • Desde a implantação - observados 2 eventos na escala

2 ou 3 por ano, com lançamento de material.

Monitoramento - Estudos de Caso

Monitoramento de movimentação de blocos (Dinis da Gama et alii, 2002)

Mina de Panasqueira, tungstênio e estanho, Portugal - realizado monitoramento (2 anos);

• análise por método discreto da movimentação de blocos para caracterização de movimentação de volumes de maciço (subsidência)

• evidenciando-se magnitudes de 3m em alguns pontos, controlados por falhas principalmente, amplificadas pela percolação de águas.

• Calculada média estatística entre 1990 e 1998 e determinadas movimentações diferenciais entre pontos de um bloco.

Estudo de Caso (3)

Mina Bellavista, Costa Rica:

• movimentações de 1cm/dia levaram à suspensão dos trabalhos;

• foram implantados poços de desaguamento, controle superficial da água e redistribuição da carga (peso) – E&M Journal (setembro/2007);

Referências Bibliográficas

• Dinis da Gama et al. Interpretação geomecânica da subsidência na Mina de Panasqueira. 8o. Congresso Nacional de Geotecnia. Lisboa. 2002.

• Brady e Brown. Rock Mechanics for Underground Mining. 1985.• Andrade, Santos e Silva. Minérios e Minerales, pp. 34-41. 2003.• Andrade, S.; Sá, J. Desenvolvimento de galerias em condições severas de tensões. Belo Horizonte,

15 p. 2002.• Engineering and Mining Journal, setembro/2007.• De la Vergne, J. Hard Rock Miner’s Handbook. McIntosh, pp. 320-328. 2000.• Talebi et al. Outburst monitoring using microseismic techniques in the Phallen Colliery, Canada, em

www.nrcan.gc.ca, 8p.; acessada em 10/2007.• Cummins & Given. Mining Engineering Handbook, p. 13-118, 1973.• Kaiser, P. K. & McCreath. 1992. Rock Support in Mining and Underground Construction.• Mello Mendes, F. 1985. Geomecânica Aplicada à Exploração Mineira Subterrânea. Instituto

Superior Técnico de Lisboa.• Obert e Duvall. 1967. Rock Mechanics and the Design of Structures in Rock, pp. 554- 611.• Linkov, A. M. Rockbursts and the instability of rock masses. International Journal Rock Mechanics

Mining Sciences Geomechanics Abstracts, v. 33, n. 7, p. 727. 1996.• Silva, J. M. A importância do monitoramento sísmico na previsão de explosões de rocha (rock

bursts) em minas subterrâneas. São Paulo. 2004.• Villaescusa e Potvin. Ground Support in Mining & Underground Construction.Balkema, pp. 313-317,

359-365. 2004.• Sismicidade induzida pelo homem, em <obsis.unb.br>,acesso em 01/2009