Análise de estabilidade para redução do diâmetro de tirantes em mina subterrânea

dc.creatorJoão Pedro Barbosa Amaral
dc.date.accessioned2025-02-18T16:53:39Z
dc.date.accessioned2025-09-08T23:55:30Z
dc.date.available2025-02-18T16:53:39Z
dc.date.issued2024-02-19
dc.description.abstractIn underground mining, support systems are applied to promote the stability, enabling the safe advancement of excavations. Active reinforcements such as tensioned bolts are being used widely due to their benefit as a permanent system, essential in galleries with a considerable lifespan. The Aripuanã mine in Mato Grosso, Brazil, the resin-filled rock bolts represent the primary reinforcement for ongoing excavations. These bolts consist of ovalized steel bars with a length of 2.4 m, nominal diameter of 22 mm, tensile capacity of 25t according to the main supplier. Despite their effectiveness in promoting excavation stability, there is a significant cost associated with acquiring these bars. One approach to reduce this expense is by reducing the bolt dimensions. It is estimated that reducing the diameter from 22 mm to 19 mm would result in a cost-saving from 15 to 20 % associated with bolts purchase. In order to achieve the financial gains and maintain the required safety level, this study uses the limit equilibrium methods to assess the stability of excavations with smaller diameter bolts and reduced tensile capacity to 18.9 t. Prior to apply these techniques, crucial parameters of the rock bolting and rock mass, such as bond strength and damage zone, were determined. It was used the SEPT (Shot Encapsulation Pull Test) methodology in 36 pull-out tests and an average Grip Factor of 18.9 t/m was established. Borehole filming before and after rock blasting allowed estimating a damage zone of 1.1 m for the rock mass in its most severe condition. These parameters serve as inputs for subsequent analyses. The study utilized a minimum acceptable safety factor (SF) of 1.3. Kinematic analysis using tetrahedral wedges indicated that 99% of the considered scenarios for galleries and intersections exhibited an acceptable FS for working with smaller diameter bolts. Analyses by the Lang and Bischoff methodology (1982) also pointed to stable conditions for this change, except in cases that the bolt spacing exceeds 1.6 m. The Dead Weight technique proposed by Pakalnis (2008), used for intersection evaluation, indicated acceptable SF for spans less than 11.5 m. Additionally, the study further compares these methods and investigates the impact of operational deviations associated with bolt spacing and excavation overbreak on SF.
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/80185
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectEngenharia de minas
dc.subjectTecnologia mineral
dc.subjectTirantes de rocha
dc.subjectMinas subterrâneas
dc.subject.otherMineração subterrânea
dc.subject.otherTirantes
dc.subject.otherRedução do diâmetro
dc.subject.otherEquilíbrio limite
dc.subject.otherSEPT
dc.subject.otherZona de dano
dc.subject.otherCunhas tetraédricas
dc.subject.otherDead weigth
dc.titleAnálise de estabilidade para redução do diâmetro de tirantes em mina subterrânea
dc.title.alternativeStability analysis to rock bolts diameter reducing in underground mine
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor1Michel Melo Oliveira
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3734951353090143
local.contributor.referee1Pedro Benedito Casagrande
local.contributor.referee1Allan Erlikhman Medeiros Santos
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/7742294539312651
local.description.resumoNa mineração subterrânea, os sistemas de estabilização são usados como forma de garantir a estabilidade, permitindo o avanço das escavações de forma segura. Os reforços ativos como tirantes protendidos tem ganhado cada vez mais espaço por principalmente se tratar de um sistema permanente, requisitado em galerias de vida útil considerável. Na mina de Aripuanã, localizada no Mato Grosso – Brasil, os tirantes preenchidos com resina representam o reforço principal para as escavações em desenvolvimento. Eles são representados por barras de aço ovalizadas com comprimento de 2.4 m e diâmetro nominal de 22 mm. De acordo com o fornecedor principal, esses tirantes têm capacidade a tração de 25t. Apesar da eficácia em promover a estabilidade para escavações, existe um custo expressivo para o empreendimento na aquisição dessas barras. Uma maneira de reduzir esse valor é diminuir as dimensões do tirante. Estima-se que a redução do diâmetro de 22 mm para 19 mm promove uma economia para a empresa de 15 a 20% na compra de tirantes. De modo a conciliar o ganho financeiro para o empreendimento e o nível de segurança exigido, o presente trabalho objetiva, usando métodos de equilibro limite, avaliar a estabilidade das escavações com os tirantes de diâmetro menor e capacidade a tração reduzida para 18.9 t. Para aplicar essas técnicas, buscou-se conhecer primeiramente parâmetros importantes do atirantamento e maciço rochoso como a resistência de aderência e zona de dano, respectivamente. Aplicando a metodologia SEPT (Shot Encapsulation Pull Test) em 36 testes de arranque, encontrou-se o valor médio de 18.9 t/m para o Grip Factor. As filmagens antes e após o desmonte de rochas permitiram estimar uma zona de dano de 1.1 m para o maciço em sua condição mais severa. Esses parâmetros servem como entradas para as análises na sequência do trabalho. O trabalho utilizou o Fator de Segurança (FS) de 1.3 como mínimo aceitável, seguindo as recomendações corporativas da empresa. A análise cinemática por cunhas tetraédricas indicou que 99% dos cenários considerados para galerias e intersecções apresentam FS aceitável para trabalhar com tirantes de diâmetro menor. As análises seguindo a metodologia de Lang e Bischoff (1982) também apontaram condições estáveis para a mudança, considerando que a malha de tirantes não exceda 1.6 m. A técnica de Dead Weigth proposta por Pakalnis (2008), utilizada para avaliação de intersecções, indicou FS aceitáveis para span inferior a 11.5 m. Dispondo dos resultados, o trabalho ainda faz comparações entre os métodos e investiga o efeito de desvios operacionais associados a malha dos tirantes e dimensões da escavação nos FS.
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MINAS
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica, Materiais e de Minas - Mestrado Profissional

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