Ore Loss Mechanisms in Diamond Layout Sublevel Open Stoping for Moderately Dipping Medium-Thick Orebodies

Profundamente abaixo da superfície da Terra, vastos depósitos de ouro, ferro e outros metais jazem presos em camadas de rocha que se inclinam suavemente em vez de ficarem de pé. Estes são corpos minerais de inclinação moderada, e detêm uma parte significativa da riqueza mineral do mundo. Durante décadas, os mineradores lutaram para extrair esses recursos de forma eficiente. Os métodos tradicionais muitas vezes exigem o abandono de grandes pilares de rocha para sustentar o teto, o que desperdiça minério valioso e cria riscos de segurança. Outras abordagens envolvem o preenchimento dos espaços minerados com estéril, um processo que é lento, caro e difícil de gerenciar. Uma técnica mais recente chamada sublevel open stoping de layout de diamante oferece uma alternativa promissora. Ela utiliza a gravidade para puxar a rocha fragmentada para pontos de coleta, permitindo que os mineradores trabalhem com segurança a partir de túneis e extraiam mais do recurso. No entanto, mesmo com este método avançado, um problema persistente permanece: uma quantidade significativa de minério é deixada para trás, presa nos cantos e ao longo das paredes da escavação.

A questão central reside em como a rocha fragmentada se comporta quando flui. Ao contrário da água, que escorre suavemente, a rocha triturada é uma mistura caótica de pedaços irregulares que podem travar, bloquear uns aos outros ou deslizar de forma desigual. Quando os mineradores tentam retirar esse material, parte dele se recusa a mover-se, agarrando-se ao chão ou ficando preso entre os túneis onde ocorre a coleta. Este material perdido representa uma perda financeira direta e um desperdício dos recursos do planeta. Compreender exatamente por que isso acontece, e como interromper o processo, é a diferença entre uma mina lucrativa e uma em dificuldades. Pesquisadores da Universidade Northeastern, na China, propuseram-se a resolver este enigma estudando a mecânica específica de como a rocha flui nestes túneis inclinados, focando-se em três fatores: o ângulo do piso do túnel, a rugosidade da superfície da rocha e a distância entre os pontos de coleta.

Para investigar isto, a equipa construiu um modelo em escala reduzida de uma mina no seu laboratório. Preencheram uma caixa transparente com rocha triturada que correspondia ao tamanho e à forma do minério encontrado numa mina de ouro real. Ao ajustar o ângulo do piso, alterar a textura da superfície para ser lisa ou rugosa, e alterar a distância entre os túneis de coleta, puderam observar exatamente como a rocha se movia. Também realizaram simulações computacionais que rastrearam o movimento de milhões de partículas individuais de rocha, permitindo-lhes ver forças e interações que são invisíveis a olho nu. O objetivo era identificar as formas específicas da rocha restante e determinar quais configurações permitiriam recuperar a maior quantidade de minério.

Os experimentos revelaram que o minério perdido não desaparece aleatoriamente; ele forma três padrões distintos. O primeiro é uma camada de rocha que fica presa ao piso do túnel, incapaz de deslizar devido ao atrito. O segundo é uma pilha triangular de rocha que fica presa no final de um túnel de coleta. O terceiro é uma crista de rocha que permanece no espaço entre dois túneis de coleta adjacentes, simplesmente porque o equipamento de mineração não consegue alcançar tão longe. Os investigadores descobriram que o ângulo do piso do túnel desempenha um papel crítico. Se o ângulo for muito raso, a rocha fica presa em uma pilha grande e irregular ao longo do piso. Se o ângulo for muito íngreme, a quantidade total de rocha que pode ser retirada diminui porque a geometria do túnel muda. Existe um ponto ideal onde o fluxo é otimizado.

A equipa descobriu que a rugosidade da superfície do piso é tão importante quanto o ângulo. Quando o piso foi feito de fragmentos de rocha ásperos e irregulares, o material moveu-se muito mais lentamente e deixou para trás significativamente mais resíduos. Quando o piso foi suavizado, a rocha fluiu mais livremente e menos foi deixado para trás. Isto sugere que, numa mina real, suavizar o piso ou usar água para reduzir o atrito poderia melhorar a recuperação. A distância entre os túneis de coleta também importava. Quando os túneis eram colocados mais próximos uns dos outros, menos rocha ficava presa nas cristas entre eles. No entanto, colocar os túneis demasiado próximos aumenta o custo de construção dos túneis, pelo que deve ser feito um equilíbrio.

Através dos seus modelos físicos e simulações computacionais, os investigadores identificaram as condições ideais para extrair este tipo de minério. Descobriram que um ângulo de piso de túnel de 40 graus proporcionava a maior taxa de recuperação, capturando cerca de 83,6 por cento do minério disponível quando o piso era rugoso. Se o piso fosse mais liso, a taxa de recuperação poderia atingir quase 89 por cento. A um ângulo mais íngreme de 50 graus, a rocha que normalmente fica presa no piso desaparece inteiramente, mas a quantidade total de minério recuperado diminui ligeiramente porque a forma do túnel muda. As simulações confirmaram que a rocha tende a fluir preferencialmente ao longo das paredes superiores do túnel, enquanto as partículas próximas do piso permanecem comprimidas e presas. Este comportamento explica por que o ângulo do piso e a textura da superfície são tão decisivos.

As descobertas não foram apenas teóricas. Os investigadores levaram as suas percepções para uma mina de ouro ativa na China e testaram-nas no campo. Utilizaram tecnologia de escaneamento 3D para mapear os espaços vazios deixados após a mineração, comparando os resultados do mundo real com as previsões do laboratório. Os escaneamentos confirmaram que os três tipos de rocha restante identificados no laboratório estavam de facto presentes na mina. A taxa de perda teórica calculada pelos seus modelos foi de cerca de 34 por cento, enquanto a perda real medida no campo foi ligeiramente superior, com 38,2 por cento. A diferença deve-se provavelmente à natureza imprevisível das detonações no mundo real e ao comportamento complexo da rocha que não pode ser perfeitamente replicado num modelo. No entanto, a correspondência próxima entre o modelo e a realidade valida a abordagem.

O estudo conclui que não existe uma configuração única que resolva o problema do minério perdido. Em vez disso, é necessário um equilíbrio cuidadoso entre o ângulo do túnel, a suavidade do piso e o espaçamento dos pontos de coleta. Ao visar um ângulo de 40 a 45 graus e gerir a fricção da superfície, as operações de mineração podem reduzir significativamente a quantidade de metal valioso deixado para trás. Este trabalho fornece um guia claro e baseado em dados para engenheiros otimizarem os seus planos de mineração, garantindo que mais recursos da terra sejam recuperados de forma segura e eficiente. A investigação demonstra que, mesmo no mundo caótico da rocha fragmentada, existem padrões previsíveis, e compreender estes padrões pode levar a melhores resultados para a indústria.