CRITÉRIOS GEOTÉCNICOS PARA DETERMINAÇÃO E OPERACIONALIZAÇÃO DE CAVAS E PLANOS SEQUENCIAIS PARA MINA DE CARVÃO COM CAMADAS INCLINADAS – ESTUDO DE CASO – MINA DE EL HATILLO - COLÔMBIA C. S. SOUZA 1 ; M. R. SOUSA 2 ; A. F. URIBE 3 ; L. L. POHL 4 1 MSc. em Engenharia Civil – Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica. Gerência de Planejamento de Longo Prazo do Carvão – GELCF - DIPF – VALE S.A., Minas Gerais, Brasil. 2 MSc. em Engenharia de Minas – Planejamento de Lavra. Gerência de Planejamento de Longo Prazo do Carvão – GELCF - DIPF – VALE S.A., Minas Gerais, Brasil. 3 Licenciatura em Engenharia Civil. Superintendência de Geologia e Geotecnia de Curto Prazo – SUGEC – VALE S.A., Barranquilha, Colômbia. 4 MSc. em Engenharia Civil – Geologia de Engenharia. Gerência de Geotecnia e Hidrogeologia – GEPDS – DIFS - VALE S.A., Minas Gerais, Brasil. 1 RESUMO A mina de El Hatillo localizada no Departamento de Cesar – Colômbia compartilha algumas semelhanças com as minas de carvão das rochosas Norte-Americanas, uma vez que são sequências sedimentares que foram submetidas a esforços tectônicos. Como resultado, estas bacias sedimentares foram submetidas a grandes dobramentos e falhas, e assim como esperado, o acamamento ("bedding") constitui a principal descontinuidade deste depósito, sendo determinante para todos os aspectos da engenharia de taludes (nas escalas de taludes de bancadas, inter-rampas e global). Este trabalho preocupou-se em apresentar os critérios desenvolvidos de geotecnia e planejamento de lavra para escavação da cava e elaboração dos planos operacionais da mina de carvão de El Hatillo, que por sua vez, apresenta camadas inclinadas em sua formação geológica. Cavas de carvão a céu aberto com formação geológica desta natureza, geralmente tem seus taludes classificados como Talude de Lapa (“Footwall”), Talude de Capa (“Highwall”) e Talude de fechamento (“Endwall)”, sendo estes, referenciados conforme o posicionamento das camadas em relação aos taludes da cava. Visando otimizar a operacionalização da cava, procurou-se elaborar diversas cartas geotécnicas, onde as principais variáveis que controlam os fenômenos de instabilidade de taludes (altura, largura de banco, ângulo de face, inter-rampa e global) em minas a céu aberto foram correlacionadas. Estas cartas foram definidas com base em um número incomum de premissas e restrições técnicas, fortemente influenciadas pela estrutura geológica presente, i.e., direção e mergulho variável e paralelismo e espessura das camadas. Mesmo com todas as restrições geotécnicas e geológicas impostas foi possível elaborar planos e cavas operacionais econômicas e estáveis. 2 INTRODUÇÃO Em 2003, a VALE S.A. começou alguns estudos e pesquisas na área de carvão na Mongólia - Ásia e, rapidamente ampliou seus horizontes quando iniciou os programas de prospecção e estudos técnicos em Moatize, Moçambique – África. Desde então, a VALE veio estudando novas oportunidades com foco na ampliação do negócio carvão dentro do seu portifólio de produtos.
20
Embed
CRITÉRIOS GEOTÉCNICOS PARA DETERMINAÇÃO …µes_C1_C2_C3/C3_ARTIGO_02.pdf · critÉrios geotÉcnicos para determinaÇÃo e operacionalizaÇÃo de cavas e planos sequenciais para
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
CRITÉRIOS GEOTÉCNICOS PARA DETERMINAÇÃO E OPERACIONALIZAÇÃO
DE CAVAS E PLANOS SEQUENCIAIS PARA MINA DE CARVÃO COM CAMADAS
INCLINADAS – ESTUDO DE CASO – MINA DE EL HATILLO - COLÔMBIA
C. S. SOUZA1; M. R. SOUSA
2; A. F. URIBE
3; L. L. POHL
4
1 MSc. em Engenharia Civil – Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica. Gerência de Planejamento de Longo
Prazo do Carvão – GELCF - DIPF – VALE S.A., Minas Gerais, Brasil. 2 MSc. em Engenharia de Minas – Planejamento de Lavra. Gerência de Planejamento de Longo Prazo do Carvão –
GELCF - DIPF – VALE S.A., Minas Gerais, Brasil. 3 Licenciatura em Engenharia Civil. Superintendência de Geologia e Geotecnia de Curto Prazo – SUGEC – VALE
S.A., Barranquilha, Colômbia. 4 MSc. em Engenharia Civil – Geologia de Engenharia. Gerência de Geotecnia e Hidrogeologia – GEPDS – DIFS -
VALE S.A., Minas Gerais, Brasil.
1 RESUMO
A mina de El Hatillo localizada no Departamento de Cesar – Colômbia compartilha algumas
semelhanças com as minas de carvão das rochosas Norte-Americanas, uma vez que são
sequências sedimentares que foram submetidas a esforços tectônicos. Como resultado, estas
bacias sedimentares foram submetidas a grandes dobramentos e falhas, e assim como esperado, o
acamamento ("bedding") constitui a principal descontinuidade deste depósito, sendo
determinante para todos os aspectos da engenharia de taludes (nas escalas de taludes de
bancadas, inter-rampas e global).
Este trabalho preocupou-se em apresentar os critérios desenvolvidos de geotecnia e planejamento
de lavra para escavação da cava e elaboração dos planos operacionais da mina de carvão de El
Hatillo, que por sua vez, apresenta camadas inclinadas em sua formação geológica.
Cavas de carvão a céu aberto com formação geológica desta natureza, geralmente tem seus
taludes classificados como Talude de Lapa (“Footwall”), Talude de Capa (“Highwall”) e Talude
de fechamento (“Endwall)”, sendo estes, referenciados conforme o posicionamento das camadas
em relação aos taludes da cava.
Visando otimizar a operacionalização da cava, procurou-se elaborar diversas cartas geotécnicas,
onde as principais variáveis que controlam os fenômenos de instabilidade de taludes (altura,
largura de banco, ângulo de face, inter-rampa e global) em minas a céu aberto foram
correlacionadas. Estas cartas foram definidas com base em um número incomum de premissas e
restrições técnicas, fortemente influenciadas pela estrutura geológica presente, i.e., direção e
mergulho variável e paralelismo e espessura das camadas.
Mesmo com todas as restrições geotécnicas e geológicas impostas foi possível elaborar planos e
cavas operacionais econômicas e estáveis.
2 INTRODUÇÃO
Em 2003, a VALE S.A. começou alguns estudos e pesquisas na área de carvão na Mongólia -
Ásia e, rapidamente ampliou seus horizontes quando iniciou os programas de prospecção e
estudos técnicos em Moatize, Moçambique – África. Desde então, a VALE veio estudando
novas oportunidades com foco na ampliação do negócio carvão dentro do seu portifólio de
produtos.
Recentemente, a VALE adquiriu uma mina de carvão à nordeste de Bogotá, capital da Colômbia,
que era de propriedade da Empresa Mineradora ARGOS. A Mina em questão, chama-se Mina de
Carvão de El Hatillo (EHCM), dentro de um limite de concessão de 9.638 hectares e se encontra
localizada no departamento de Cesar, jurisdição do município de El Passo, pertencente à cidade
de La Loma. A cidade de La Loma está localizada à aproximadamente 1.100 km de Bogotá e a
40 km à noroeste da Venezuela, conforme a Figura 2.1 apresenta.
Figura 2.1: Localização geográfica da Mina de El Hatillo – Colômbia.
O corredor de El Hatillo está localizado dentro da reserva de carvão denominada Cesar, uma
grande bacia que contém o carvão térmico pertencente à formação terciária Los Cuevos. A
estratigrafia desta bacia é bastante complexa, tendo sido interrompida por uma série de falhas e
dobras sinclinais e anticlinais com direção sudeste-nordeste.
Em função da complexa formação geológica e estrutural destes tipos de maciços, a definição de
um modelo geomecânico consistente não é uma tarefa fácil, quando comparado à maciços menos
brandos e mais homogêneos. Para além do modelo geomecânico, outra etapa que requer também
um elevado grau de refinamento técnico é a elaboração dos modelos geotécnicos de cálculo com
vistas à definição da geometria dos Taludes da cava à escala de bancada, inter-rampa e global.
A classificação geomecânica de maciços estratificados brandos pode ser realizada da mesma
forma que para maciços homogêneos mais íntegros, como por exemplo, através da aplicação das
diretrizes técnicas estabelecidas por Bieniawski (1989) [1], as quais definem o RMR (Rock Mass
Rating).
O Talude de Lapa tem seu comportamento geotécnico governado por mecanismos de
instabilidade de controle estrutural definido majoritariamente pelo acamamento (planar, bi-
planar, “buckling” e “ploughing”). A ocorrência destes fenômenos está associada à presença de
resistência anisotrópica paralela ao acamamento e à resistência oblíqua. Devido ao “flexural slip
folding” é comum a ocorrência de superfícies de acamamentos polidas (“polished” e
“slickensided”) de mais baixa resistência, principalmente nas camadas de carvão, tanto nos
mantos como nas intercalações ou “partings” (camadas delgadas de carvão), onde o cisalhamento
e as deformações se concentram durante o processo de dobramento. Desta forma, o
dimensionamento do Talude de Lapa deve focar-se nestes mecanismos, tanto para os estudos
geotécnicos como para a operacionalização/planejamento de mina, reconhecendo a importância
do acamamento, da estratigrafia (sequência das camadas litológicas) e da estrutura (posição nos
flancos do dobramento).
O dimensionamento do Talude de Capa, não menos importante, deve também considerar a
estruturação do maciço, mesmo o mergulho dos acamamentos sendo inverso ao mergulho do
Talude. Sendo assim, é aceitável adotar um modelo de cálculo de resistência homogênea,
definida pelas propriedades resistentes do maciço rochoso, dominado neste caso, por
intercalações de Arenitos, Siltitos, Argilitos e Camadas de Carvão.
3 ASPECTOS REGIONAIS, GEOLÓGICOS E HIDROGEOLÓGICOS
3.1 Geologia regional
Nesta região geológica existe um número considerável de falhas dos tipos normal e reversa com
orientação sudeste-nordeste. Estas falhas estão associadas a deslocamentos laterais que podem
ser interpretados como uma transformação ou acomodamento dos sistemas sobrepostos.
Três grandes estruturas de dobramentos regionais podem ser idenficadas, sendo os sinclinais Del
Descanso, La Loma e El Boquerón, estando estas, separadas por falhas reversas de direção NE-
SW. A falha de El Hatillo separa os sinclinais de Del Descanso e La Loma e a falha El Tigre
separa os sinclinais de La Loma e El Boquerón.
Estas grandes dobras se caracterizam como as estruturas de interesse, sendo o sinclinal de La
Loma a dobra que se situa dentro dos limites da área de estudo. O topo deste sinclinal é que é
considerado o ponto de interesse para a exploração de carvão.
Os mantos de carvão são interrompidos por uma forte imersão de falhas com direção sudoeste-
nordeste com mergulho para leste. As falhas transversais que cortam os mantos são as falhas de
El Manco ao norte e a de Santa Cruz mais a sul do corredor. Este seccionamento divide o El
Hatillo em três grandes blocos, chamados bloco Norte, bloco Central e bloco Sul. Um
deslocamento vertical de aproximadamente 200m está associado à Falha El Manco e 125m à
Falha de Santa Cruz. Existe ainda uma pequena falha quase vertical, chamada de Falha Norte.
A região do entorno do depósito é caracterizada por uma extensa planície pouco acidentada, com
elevações compreendidas entre 35 e 55m acima do nível do mar. O clima é subtropical úmido,
com precipitação média anual de 1.500 a 2.000mm, ocorrendo principalmente em dois grandes
períodos chuvosos no final da primavera e do outono.
3.2 Modelo estratigráfico
O modelo estratigráfico pode simplificadamente ser separado em duas Formações Geológicas
(Formação Cuesta e Formação Cuervos). A Formação Cuesta formada por solos sedimentares
localiza-se sobre a Formação Cuervos que engloba os mantos de carvão e as intercalações de
Arenitos, Siltitos e Argilitos.
Durante a campanha de prospecção a VALE identificou 69 mantos de carvão em toda a
propriedade, e deu-lhes nomes numéricos que variam de 80 (no ponto mais baixo) a 310 (no
ponto mais alto). Destes 69 mantos, 19 são considerados pela VALE como economicamente
explorável, por questões de qualidade e geometria (> 0,5m de espessura).
Os mantos de carvão foram ainda, identificados e definidos durante a fase de operação,
realçando as qualidades estruturais, poder calorífico, teor de sulfato, grau de consistência,
fraturamento e alteração, dentre outras características de menor importância geotécnica. Os
mantos de grande interesse tem sido representados pela seguinte notação (140, 150, 160, 170,