Análise de rupturas de teto imediato nos cruzamentos entre galerias de uma mina subterrânea de carvão

Abstract

A unidade de extração mineral em estudo, assim como as demais unidades subterrâneas, atuantes na atividade de exploração do carvão mineral, na porção Sul, do Estado de Santa Catarina, opera através do método de lavra câmaras e pilares a uma profundidade de aproximadamente 100 metros. Nesse sistema, o teto das galerias e os pilares têm, respectivamente, como principal função: promover sustentação estrutural dos carregamentos verticais, exercidos pelas unidades geotécnicas que formam o teto imediato das escavações (roof load), as quais exercem maior pressão aos tirantes, bem como fornecer suporte ao gradiente de sobrecarga dos pacotes rochosos e terrosos, situados acima da camada de carvão (overburden). No presente estudo, nas operações de sustentação do teto imediato das escavações, são rotineiramente empregados tirantes, com (=16mm), 1,40m de comprimento ativo, resinados pontualmente, pré-tensionados e parcialmente ancorados em uma unidade geotécnica mais competente e com melhores características de auto-sustentação. Em antigos painéis de extração da unidade, foram identificadas diversas rupturas de teto imediato, localizadas em regiões de cruzamentos entre galerias, cujo histórico, aponta o início de desenvolvimento, em um período próximo de 2,5 anos após a lavra dos painéis. Com o objetivo de identificar os fatores preponderantes, que ocasionaram o desenvolvimento desse conjunto de rupturas, foram realizadas inspeções em subsolo, as quais permitiram a avaliação de 11 áreas rompidas, com características geológico-geotécnicas e de ruptura semelhantes. Em todas as áreas vistoriadas, foi identificado um espessamento substancial da unidade geotécnica que forma o teto imediato das escavações (unidade 1), além da constatação visual de que a profundidade das rupturas investigadas é controlada por variações ocasionais na espessura, dessa mesma unidade. O novo perfil geológico-geotécnico construído a partir de informações de sondagem e de vistorias em subsolo comprovou, que para esse novo cenário de teto, tirantes com 1,40 metros de comprimento ativo, não se aplicam no reforço do teto imediato por suspensão, uma vez que, o espessamento da unidade geotécnica a ser contida (unidade 1), resultou na exclusão da unidade competente (unidade 2) do intervalo atirantado, acarretando assim, na perda da função exercida pelo sistema de suporte padrão aplicado na unidade, em todas as operações de sustentação de teto. Na proposição de um sistema de contenção mais apropriado, dirigido ao cenário geológico-geotécnico identificado, junto às regiões de caimentos, foram utilizados dois sistemas de classificação de maciços rochosos: Rock Mass Rating – RMR e Coal Mine Roof Rating – CMRR, que integram um conjunto de equações empíricas, aplicadas na determinação das características do sistema de suporte e da dimensão máxima sugerida nos cruzamentos entre galerias em minas subterrâneas de carvão.

The mining site under study, as well as the other underground units operating in the coal mining activity in the southern portion of the State of Santa Catarina, operates through room and pillars method to a depth of roughly 100 meters. In this mining system, the roof of the galleries and the pillars have, respectively, as main function: to provide structural support of the vertical loads, exerted by geotechnical units that form the immediate roof of the excavations, which exert more pressure on the bolts, as well as provide support to overburden gradient (rock and soil), located above the coal layer. In the present study in the support operations of the immediate roof of the excavations the mining company are used bolts with (=16mm), 1.40m of active length, point-anchor/resin-assisted, pretensioned and partially anchored in more competent geotechnical unit. In the old mining panels of the site, several immediate roof ruptures were identified, located in regions of entries intersections, whose history indicates the development of these instabilities, in a period close to 2.5 years after mining. In order to identify the preponderant factors that led to the development of this set of ruptures, underground inspections were carried out, which allowed the evaluation of 11 ruptured areas with similar geological-geotechnical and rupture characteristics. In all surveyed areas was identified a substantial thickening of the geotechnical unit forming the immediate roof of the excavations (unit 1) was identified, in addition to the visual verification that the depth of the ruptures investigated is controlled by occasional variations in the thickness of the same structural unit. The new geological-geotechnical profile constructed with drill core and underground mapping data has shown that for this new roof scenario, bolts with 1.40m of active length do not apply to the reinforcement of the immediate roof by suspension mechanism. The thickening of the geotechnical layer to be supported (unit 1) resulted in the exclusion of the competent unit (unit 2) from the anchor range of the bolt leading to loss of the function of conventional system applied in all operations of roof support. For propose a more appropriate support arrangement considered the new geological and geotechnical scenario, two rock mass classification systems were used: Rock Mass Rating (RMR) and Coal Mine Roof Rating (CMRR). The systems are utilized in empirical design equations for determination of the characteristics of the support system and the maximum dimension suggest in the intersections of the galleries.