Geotecnia X Design de Mina: Operações Seguras e Produtivas

Considerando os círculos especializados em mineração, aplicar conceitos de geotecnia é fundamental para garantir a segurança nas operações de lavra.

Entre os temas mais recorrentes durante a elaboração e planos de lavra podemos citar a estabilidade de taludes, drenagens e mapeamento de descontinuidades (geologia estrutural). As mesmas variáveis básicas para projetar o design de uma mina, também são essenciais para o cálculo de fator de segurança para cortes (taludes) in situ. Quando um profissional de geotecnia busca investigar as condições de saturação de talude, certamente é preciso conhecer os sistemas de drenagem de uma mina.

O mapeamento estrutural também é fundamental para direcionar os estudos locacionais de acessos, pois assim é possível identificar os mecanismos de ruptura e evitar estruturas permanentes em áreas críticas.

A atuação de um profissional de geotecnia é amplamente requerida em vários aspectos dos negócios de mineração, mas vale a pena detalhar um pouco mais de como funciona a interface entre design de mina e geotecnia. 

O design de mina possui 4 pilares principais para operacionalização de projetos de mineração: compatibilidade, produtividade, meio-ambiente e segurança.

Todos os pilares possuem forte relação com a geotecnia. A compatibilidade está relacionada às dimensões adotadas para largura de acesso, altura de bancada, altura de leiras, raio de curvatura, grade de rampas e dimensões mínimas de praças. Todas estas variáveis precisam ser totalmente compatíveis com as dimensões dos equipamentos que serão empregados nas operações de lavra.

Para isso, o profissional de mineração precisa conhecer profundamente as especificações e características dos equipamentos.

Como todas estas variáveis serão aplicadas em projetos operacionais, a largura de acessos e altura das bancadas influenciam diretamente os estudos geotécnicos a serem aplicados em uma mina.

A título de aprofundamento das análises de estabilidade de taludes in situ, também é fortemente recomendado que os profissionais de geotecnia efetuem uma análise comparativa entre a geometria projetada (plano de lavra) e a geometria realizada (topografia). Desta forma, é possível mapear causas de algumas não-conformidades geotécnicas presentes em uma mina. 

Em relação a produtividade 

Em relação a produtividade na operacionalização de uma mina a céu aberto, podemos destacar as estratégias de alocação de acessos principais. Tanto nas principais referências bibliográficas em lavra de minas quanto nas principais operações é possível apontar duas estratégias básicas para alocação de um acesso principal.

As estratégias são: acesso em espiral e acesso em switchback. O acesso em espiral é o mais recomendável em termos de produtividade, estabilidade operacional, previsibilidade de desempenho, durabilidade de componentes dos equipamentos e segurança.

Nesta opção de acesso, os equipamentos possuem condições mais favoráveis para manter velocidades constantes, possuem melhor visibilidade e melhores condições de tráfego. No entanto, este tipo de acesso exige que todas as paredes das minas (setores geotécnicos) sejam completamente estáveis com fatores de segurança elevados o suficiente para suportar o trafego de equipamentos.

Quando os estudos geotécnicos apontam zonas susceptíveis a rupturas em condições saturadas (por exemplo), acessos permanentes não podem ser alocados nestas áreas. Isso implica em adotar a estratégia de acessos em switchback.

Esta estratégia “desvia” o acesso através de curvas fechadas, que normalmente são previstas em plano. Estas curvas são zonas que podem implicar em reduções de velocidade em algumas situações. Porém, os acessos em switchback representam uma alternativa bastante comum na indústria de mineração, pois reduzem significativamente a possibilidade de que alguma ruptura gere perdas às operações de mineração. 

Em relação ao meio-ambiente

Em relação ao meio-ambiente, várias ações podem ser implementas através do design de mina. Primeiramente, podemos citar as drenagens de mina. Os sistemas de drenagem superficiais de mina e pilhas de estéril são dispositivos altamente necessários para o controle de turbidez da água que é direcionada para fora destas estruturas.

Os principais tipos de drenagem a serem aplicados em uma mina e/ou pilha a partir do design são as drenagens transversais e longitudinais. As drenagens transversais garantem o direcionamento das águas para a canaleta localizado no pé do talude. Este direcionamento funciona através da gravidade, o que implica na necessidade de cotas diferentes entre crista e pé.

Esta inclinação é aplicada no design de mina através de um elemento geométrico denominado pseudo-pé. Este elemento representa a projeção do pé do talude e obedece às especificações do plano de drenagem. As drenagens longitudinais garantem a circulação das drenagens ao longo da berma.

Em operações que se desenvolvem em encosta, estas drenagens são capazes de direcionar a água para fora do pit valendo-se apenas da gravidade. Em cavas profundas é necessário a associação com sumps, bacias de sedimentação e sistemas de bombeamento.

Tanto na lavra em encosta como a lavra em cava, as drenagens longitudinais são combinadas aos divisores de águas, descidas, escadas hidráulicas e bueiros. No âmbito da geotecnia, as drenagens transversais afastam a água da crista o que pode evitar ravinamentos, corredeiras e desencadear rupturas. Caso haja a presença de fendas de tração, estes dispositivos são ainda mais necessários devido a possibilidade de controlar a saturação o talude. 

Por fim, podemos citar o último, mas não menos importante pilar do design de mina: a segurança. Todos os elementos e variáveis citados anteriormente contribuem para a segurança das operações. No entanto, alguns procedimentos típicos de design de mina podem ser citados. O primeiro deles são as leiras de segurança que representam um importante barreira para evitar acidentes durante o trânsito de equipamentos em uma mina.

Estas estruturas são elementos obrigatórios conforme a NRM 22. Vale a pena destacar também as especificações de largura final de berma que representa um importante item de controle para os profissionais de geotecnia.

A largura final de berma é uma dimensão que as operações precisam preservar para garantir a estabilidade das escavações após a lavra. O chamado “limite de berma” é uma informação chave em planos de lavra de curto prazo e é inserida no projeto através do design de mina.

Estas são só algumas das várias interfaces que as equipes de planejamento de lavra possuem com a geotecnia. Além destas pode-se discutir também a modelagem geológica e as estimativas de recursos / reservas minerais. Estas áreas também mantem um intenso diálogo com a geotecnia.

Edmo Rodovalho

Engenheiro de Minas, doutorado em Engenharia Mineral pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, mestrado em Engenharia Mineral pela Universidade Federal de Ouro Preto. Desenvolveu sua carreira em projetos de grande porte, com operações de lavra a céu aberto em diversos métodos e para diversos bens minerais. Possui ampla experiência como gestor da área de planejamento de lavra em multinacionais da área de mineração e siderurgia. Atualmente é professor adjunto na Universidade Federal de Alfenas, onde atua nas áreas de Planejamento de lavra, geoestatística, simulação e modelamento matemático aplicados à mineração e operação de mina.