Análise de rupturas do teto imediato em mina de carvão, camada barro branco

Abstract

A mineração de carvão mineral na porção Sul do Estado de Santa Catarina produz em média oito milhões de toneladas (ROM) por ano, em grande parte produzindo em unidades subterrâneas, que operam utilizando o método câmaras e pilares. As mineradoras utilizam como principal método de sustentação do teto imediato tirantes resinados pró tensionados. Assim como as demais minas de carvão do estado, a unidade mineira em estudo opera em subsolo, a aproximadamente 100 m de profundidade. A operação subterrânea para extração de carvão é caracterizada pela grande quantidade de tirantes instalados e rápido avanço da frente de lavra, fazendo com que a estrutura dessa mina apresente um elevado número de galerias. O presente trabalho realizou a coleta de dados onde ocorreram rupturas do teto imediato, com o objetivo de determinar os fatores preponderantes e causadores das instabilidades. Os dados coletados permitiram a análise geométrica, geológica e geomecânica das rupturas, classificação geotécnica do maciço rochoso, o dimensionamento de suportes subterrâneos e a simulação computacional dos suportes sugeridos. Foram ao todo analisados onze locais de ruptura, que apresentaram características geológicas e geotécnicas semelhantes. Em todos esses locais, houve aumento de espessura da camada de siltito, que sobrepõe a camada de carvão Barro Branco. Essa variação geológica trouxe consequências indesejadas ao sistema de suporte aplicado, uma vez que o tipo de tirante utilizado necessita da ancoragem em camada forte, o que não foi possível, devido ao espessamento da camada de siltito. A análise das rupturas mostrou que a instabilidade do teto imediato da mina está diretamente ligada a alterações na espessura das unidades geológicas que compõe o teto imediato, fazendo com que o sistema de escoramento aplicado se tornasse insuficiente para o cenário geológico encontrado no painel de lavra. As simulações computacionais, através dos métodos dos elementos finitos, avaliaram os suportes sugeridos que indicaram ser mais adequado o uso de tirantes com ancoragem em coluna total, mais rígidos, que apresentam significativa redução do deslocamento das rochas do teto imediato, sendo uma alternativa técnica para evitar novos colapsos em situações semelhantes, em que não se consegue aplicar o efeito suspensão.

Coal mining in the southern portion of the state of Santa Catarina produces an average of eight million tons (ROM) per year, largely producing in underground units, which operate using the room and pillars method. The mining companies use as main method of support of the mine roof tensioned resisted bolts. Like the other coal mines in the state, the mining unit under study operates underground, approximately 100 m deep. The underground coal mining operation is characterized by the large number of bolts installed and the rapid advancement of the mining front, making the structure of this mine present a high number of galleries. The present work carried out data collection where ruptures of the roof occurred, aiming to determine the factors that preponderate and cause instabilities. The data collected allowed the geometric, geological and geomechanical analysis of the ruptures, geotechnical classification of the rock mass, the dimensioning of underground supports and the computational simulation of the suggested supports. Eleven rupture sites were analyzed, which presented similar geological and geotechnical characteristics. In all these sites, there was an increase in the thickness of the siltstone layer, which overlaps the Barro Branco coal layer. This geological variation brought undesired consequences to the applied support system, since the type of tie used requires the strong layer anchor, which was not possible due to thickening of the siltstone layer. The analysis of the ruptures showed that the instability of the immediate roof of the mine is directly related to changes in the thickness of the geological units that make up the roof, making the shoring system applied insufficient to the demand. The computational simulations, using the finite element methods, evaluated the suggested supports that indicated a more rigid total column anchorage, beam effect, which showed a significant reduction of the displacement of the rocks of the roof, being a technical alternative for avoid collapses in similar situations where the suspension effect can’t be applied.