PT91156B

PT91156B - Processo para a preparacao de uma massa de enchimento de veios esgotados de minas

Info

Publication number: PT91156B
Application number: PT91156A
Authority: PT
Inventors: Roderick Macdonald Smart
Original assignee: Fosroc International Ltd
Priority date: 1988-07-14
Filing date: 1989-07-13
Publication date: 1995-03-01
Also published as: DE68903607T2; ES2036032T3; AU3809189A; IE63012B1; IE892270L; PT91156A; DE68903607D1; AU614858B2; BR8903446A; EP0351105B1; CA1323185C; ZW8589A1; EP0351105A1

Description

DESCRIÇÃO

DA

PATENTE DE INVENÇÃO

N.° 91 156

REQUERENTE: FOSROC INTERNATIONAL LIMITED , britânica, industrial e comercial, com sede em 285 Long Acre, Nechells, Birmingham, B7 5JR, Inglaterra.

EPÍGRAFE: PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE UMA MASSA

DE ENCHIMENTO DE VEIOS ESGOTADOS DE MINAS

INVENTORES: Roderick Macdonald Smart.

Reivindicação do direito de prioridade ao abrigo do artigo 4.° da Convenção de Paris de 20 de Março de 1883.

África do Sul em 14 de Julho de 1988,sob o n⁵. 88.5086 e na Grã-Bretanha em 30 de Setembro de 1988 sob o na. 88.23017.2.

INPI. MOD. 113 R F 16732

Descrição referente à patente de invenção de FOSROC INTERNATIONAL LIMITED, britânica, industrial e comercial, com sede em 285 long Acre, Nechells, Bi rmingham, B7 5JR, Inglaterra (inventor: Roderick Macdonald Smart residente na Escócia) pa ra PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE UMA MASSA DE ENCHIMENTO DE

VEIOS ESGOTADOS DE MINAS.

DESCRIÇÃO

A presente invenção refere-se a um pro cesso de enchimento de minas, galerias ou análogos, isto é, à pratica de colocar um material de enchimento num espaço vazio no subsolo. Pode utilizar-se um material de enchimento para substituir o minério ou minerais extraídos por exemplo nas escavações de abertura e enchimento ou massa, e no enchimento de grandes espaços vazios/cavidades. 0 objectivo do enchimento pode ser proporcionar suporte para o telhado e paredes envolventes, para proporcionar uma plataforma de trabalho ou para proporcionar um meio de deposição de resíduos.

material de enchimento é constituido por materiais que são essecnialmente inertes à reacção com ligantes ou água, por exemplo, refugo de descarga das minas e ou· tras formas de resíduos, gravilha, aglomerados, areias e mistu· ras destes; opcionalmente com aditivos ligantes que se depositam hidraulicamente tais como cimento, escória, cinzas de combustível pulverizadas e análogos. Normalmente transporta-se a massa de enchimento para o espaço vazio para o aplicar como uma pasta fluída ou pasta de sólidos em água. 0 conteúdo de água é normalmente 15 a 55%, de preferência 25 a 40% em peso.

É necessário desidratar a pasta fluída aplicada até o material aplicado consolidar e se necessário, atingir propriedades pre-determinadas de forma que se possa trabalhar nas áreas adjacentes. A desidratação efectua-se por sistemas de drenagem e decantação. É muitas vezes importante que o material de enchimento finalmente aplicado resiste a vibrações tais como as pro vocadas por explosões ou por um sismo. Noutros casos, é necessário suportar o peso da maquinaria. 0 escoamento da água em excesso é inconveniente para o funcionamento da mina e podem ocorrer custos substanciais para a bombagem da água para fora das áreas nas quais se acumula. A água de escoamento pode conter quantidades significativas de particulas muito finas que podem incluir uma proporção significativa do ligante. Estas po. dem depositar-se em veios, valas, e outros, o que exige a limpeza dos . sedimentos detempos a tempos. A água pode também prc3 vocar problemas de poluição. 0 material de enchimento pode ser ! de desidratação lenta o que, no caso de vibração súbita, por

I exemplo, rebentamento de pedra ou explosão, pode originar um fluxo de massa com libertação súbita e inundação. Os sedimentos podem provocar um gasto excessivo do equipamento, condições de trabalho sem segurança e um ambiente húmido. Pode assim ser necessário, por razões de segurança, esperar um intervalo de tempo não conveniente antes de se poder proceder a escavações adjacentes do material de enchimento aplicado. Em adição, é ne cessário esperar que a drenagem ocorra durante o enchimento de um espaço vazio para evitar que se gere pressão hidrostática excessiva. Este é o tempo necessário e que limita a velocidade de enchimento. É necessário construir barreiras suficientemente fortes para resistirem às pressões hidrostáticas geradas. 0 material pode, também, ser lento a solidificar e endurecer o que limita o progresso da mineração. A água escoada provoca uma redução no volume do enchimento o que é revelado por contracção. Pode ser necessário completar o enchimento do espaço vazio resultante e isto atrasa o progresso da mineração. Os refugos de descarga das minas não classificados não se podem

utilizar como finos porque interferem com a drenagem de água.

As lamas húmidas não drenadas podem levar ao colapso do material de enchimento aplicado quando exposto, podem, muitas vezes, adicionar-se floculantes a custos extraordinários para facilitar a drenagem.

Esta invenção baseia-se no facto de que por formulação adequada da pasta fluida é possível forçar

I a pasta fluida aplicada a solidificar e atingir as propriedades- desejadas ao mesmo tempo que se retem ou se liga a água, um aspecto que os engenheiros de minas consideraram até agora, ser impossível. Esta invenção baseia-se no facto adicional de que se pode utilizar um agente gelificante na ligação do material particulado associado com uma proporção elevada de água a solidificar até um estado de suporte da carga.

Um objectivo desta invenção é proporI , cionar um método de enchimento de uma cavidade ou espaço vazio por aplicação de uma pasta fluída de enchimento, no qual a libertação de água é significativamente reduzida, reduzindo assii os problemas referidos.

Num aspecto esta invenção proporciona -se um processo para a preparação de uma massa de enchimento í de um espaço vazio no subsolo, constituída por uma pasta fluida de água, material de enchimento essencialmente inerte e um ligante, transportando-se a parta fluída para o espaço vazio, aplicando-a nesse espaço, e permitindo ou forçando a solidificação do material, caracterizado por se adicionar um agente gelificante à pasta fluída durante a aplicação duma pasta ou imediatamente antes, sendo a quantidade de agente gelificante suficiente para forçar a pasta fluída e formar uma massa de enchimento contendo essem cialmente toda a água da pasta fluida.

agente gelificante pode ser um silicato tal como silicato de sódio. 0 slicato de sódio pode ter uma proporção em peso de SiC>2Na2O aproximadamente compreendida entre 1 e 3,85 de preferência entre 2,0 e 3,3. 0 valor de pH varia aproximadamente entre 13,2 e 10,9 e o conteúdo de sólido de 50 a 28%. Pode também utilizar-se um colóide sílica sol. 0 agente gelificante pode também ser um sulfato tal como sulfato de alumínio ou sulfato de magnésio. Podem também utilizar-se *7

agentes gelificantes orgânicos.

A proporção em peso do agente gelificante na pasta fluida pode variar de acordo com a aplicação e pode, no caso do salicato de sódio, por exemplo, variar de aproximadamente 0,5% a 8,0%. A proporção de agente gelificante está relacionada com a prevenção de fuga de água. Em adição, o agente gelificante assegura que o material de enchimento solidifica homogeneamente e, de preferência provoca um aumento na velocidade de desenvolvimento das primeiras existências. Embora se possam utilizar concentrações mais elevadas de agente ge lificante estas não são encorajadas por razões de custo e porque a resistência atingida pode desaparecer para cargas elevadas. Os valores adequados variam de aproximadamente 0,5% a 2,0%. 0 agente gelificante pode introduzir-se na pasta fluida durante ou imediatamente depois da pasta fluida ser descarregada no espaço vazio ou cavidade a partir de um tubo de fornecimento; o período de tempo deve ser suficiente para assegurar a mistura adequada e menor do que o período ao qual ocorre sobre-mistura ou solidificação prematura. Normalmente o período de tempo é de alguns segundos ou minutos. 0 agente gelificante pode misturar-se com a pasta fluida por qualquer meio apropria do. Pode utilizar-se, por exemplo, uma cabaça de mistura estática ou aproveitar o fluxo turbulento.

A pasta fluida pode conter uma vasta gama de aditivos ligantes susceptíveis de solidificar, numa proporção de aproximadamente 0,5 a 15% em peso da pasta fluida. 0 cimento Portland ordinário pode estar presente numa proporção em peso compreendida entre 0,5% θ 15% (ou mais) e, de preferência, varia na gama de 2% a 10%, relativamente ao peso total da pasta fluida e depende da resistência necessária. Podem utilizar-se outros cimentos. A cal pode estar presente numa proporção em peso compreendida entre 0,01% e 1,0% e de preferência, varia na gama de 0,05% a 0,6%. A argamassa não é um ingrediente essencial da composição mas a sua omissão aumenta significativamente o tempo gelificante da composição e afecta a velocidade de desenvolvimento da resistência. A cal pode proporcionar como um resultado de reacção do cimento com água. Podem utilizar-se outros materiais com reactividade semelhante tais /1 como aluminato de sódio. Escória de alto forno ou material pozulânico equivalente pode estar presente numa proporção em peso compreendida entre 0,5% e 15% e, de preferência, está presente numa gama que varia de 2% a 10%. Podem ser necessários activadores para o material pozolânico. Podem estar presentes aditivos tais como aceleradores, materiais poliméricos, agentes tenso-activos, plastificantes, lubrificantes e análogos.

Esta invenção é de especial valor relativamente a massas de enchimento fornadas de finos que tèm uma resistência pequena ou fraca tal como refugo, partes fluídas de carvão, minério e resíduos ou análogos, especialmente areias de pedreiras/dragadas. A natureza do refugo das minas varia com a mina (em alguns casos é mais económico transportar os minérios para uma instalação longíqua para processamento e não económico que os refugos voltem à mina; podem utilizar-se areias e aglomerados ou análogos em vez do refugo de descarga das minas). Uma análise de refugo de descarga de duas minas é como se segue:

quartzo flogopita albite tremolite firrotite caulinite clorita magnetite tamanho médio da partícula gravidade especifica (20°C)

29,2 micra 2,4

104 micra 2,4

Independentemente da natureza do refugo, ou material semelhante aplicado, o material solidificado é homogéneo, duro e durável. Apesar da presença da água, o mat_e rial solidificado é uma massa não liquidificante, isto não liberta água nem se liquefaz sob vibração.

A fim de que, esta invenção possa

ser bem compreendida ela é agora descrita com referência aos exemplos seguintes nos quais as pastas são em peso, excepto se indicado de outro modo. 0 silicato de sódio utilizado tinha uma proporção em peso de SiC^sN^O 3,3:1. 0 peso do refugo é peso seco. A abrevitaura OPC significa cimento Portland ordi nário e BPS significa escória de alto forno granulada.

Exemplo 1

Eizeram-se quatro pastas fluídas como apresentado na Tabela 1 e colocaram-se em sacos de enchimen to. Determinou-se a velocidade de escoamento da água das pastas fluídas e a resistência à compressão do material solidificado. A composição 1 tinha uma pasta fluída de água e lamas apenas. A maior parte da água escapou-se do saco de enchimento durante as duas horas iniciais e o escoamento continouo durante pelo menos um período de sete dias. A resistência à compres são era muito baixa. Os ingredientes tipo cimento estavam presentes na composição 2 como indicado. A resistência da massa de enchimento solidificada é mais elevada mas o efeito do nível de escoamento da água é negligenciável. A composição 3 con tém um aditivo constituído por uma mistura de OPO, BPS e cal adicionada à pasta fluída de enchimento nas proporções apresen tadas totalizando 4,33% em peso. Adicionou-se 0,85% em peso de solução de silicato de sódio à pasta fluída de enchimento imediatamente antes de se introduzir a pasta fluida no saco de en chimento. Misturaram-se a pasta fluida e a solução de silicato de sódio utilizando uma cabaça de mistura estática adequada li gada a uma extremidade de descarga de um tubo de saída do mate rial de enchimento. 0 silicato de sódio rapidamente gelificado e a água da pasta fluída incorporaram-se na massa de enchimento solidifica de forma a reduzir o escoamento a aproximadamente 4%. 0 OPG, BPS e a cal permitem que a massa de enchimento solidificada atinga um grau elevado de resistência à compressão (na gama compreendida entre 0,50 e 1,0 MPa). A composição 4 con tinha níveis aumentados de adição de silicato de sódio, OPC, escória e cal. 0 nível de escoamento é mais reduzido e a resistência à compressão mais elevada.

Exemplo II

Fizeram-se quatro pastas fluídas como indicado na Tabela 2.

As pastas fluidas 1 e 3 não continham qualquer agente gelificante e fizeram-se com proporções refugo:ligante de 10:1 e 30:1 respectivamente. A proporção 10:1 utiliza-se frequentemente na mineração de retirada vertical para o enchimento de tampão e a proporção 30:1 para o enchimento de massa. As pastas fluidas 2 e 4 continham o agente gelificante e fizeram-se com proporções de refugo:ligante de 7,5:1 e 25:1 respectivamente. Utilizaram-se conteúdos mais ele vados de ligante do que nas misturas de controlo para proporcionar resistências finais semelhantes com o conteúdo de água retido mais elevado. Fizeram-se todas as pastas fluidas e uma densidade em massa de 70$.

A comparação das pastas fluidas 1 e 2 mostram que a retenção de água aumentou de 55 a 90$ da água ί total inicialmente presente e as primeiras resistências aumentaram nitidamente, por exemplo de 0 a 0,07 MPa depois de 12 horas e de 0,103 MPa a 0,276 MPa durante 3 dias. Comparação se melhante das pastas fluidas 3 θ 4 mostram que a retenção de água aumentou de 71 a 92$, e a resistência ao fim de 12 horas aumentou de 0 a 0,02 MPa e em três dias a resistência aumentou de 0,04 a 0,09 MPa.

A maior retenção de água aumenta o rendimento, elimina ou reduz a necessidade de drenagem e de torres de drenagem, permite a utilização de refugo de minas nãc classificado e elimina ou reduz a necessidade de controlar a água escoada. A velocidade maior de desenvolvimento de resistência permite o enchimento mais rápido dos espaços vazios e a mineração mais rápida dos sitios de minério adjacentes.

Utilizaram-se as pastas fluidas 2 e 4 para encher uma galeria horizontal de aproximadamente 23 m de altura e 12 χ 12 m de área numa mina de níquel Morte Americana. Utilizou-se a pasta fluida 2 como o enchimento tampão no fundo da galeria horizontal. Surpreendentemente verificaram-se melhores resultados no campo do que no laboratorio. A água de escoamento era negligenciável e podia passear-se na pasta fluida uma hora depois de se aplicar.

Utilizou-se a pasts fluida 4 como o enchimento de massa e proporcionou-se de novo um escoamento de água negligenciável e rápido desenvolvimento de resistência.

A galeria horizontal cheia não foi afectada quando se fez a mineração do sitio adjacente um mês mais tarde.

Exemplo III

Fizeram-se misturas utilizando compo. siçoes diferentes como apresentado na Tabela III e determinou-se a drenagem e a resistência à compressão. Estas misturas mostram que por ajustamento adequado dos materiais ligantes solidificáveis e agentes auxiliares e por selecção de gelificantes e refugo de minas classificado se pode fazer o enchimen to com velocidade pré-determinada de drenagem e de desenvolvimento da resistência à compressão.

resultado da composição 1 mostra que na ausência de um gelificante há um nível elevado de drenagem e o material solidificado tem fraca resistência. A compo. sição 2 contém 3PS mas nao contém cimento nem cal mas contém um gelificante; quando se reduz a drenagem a resistência do ma terial solidificado reduz-se. A adição de cal na composição 3 em vez de escória reduz a drenagem mas não melhora a resistência. A composição 4 contém cimento e um gelificante; reduziu-se a drenagem e melhorou a resistência. A composição 5 con tém cal, cimento, escória e aceleradores e a drenagem reduziu-se a 10 e a resistência era de 0,34 LIPa. A composição 6 mostra que o silicato de sódio pode ser substituido por coloide sílica sol; a composição 7 mostra que uma combinação de OPC, BPS e cal melhora a resistência. A composição 9 mostra que o refugo pode ser substituido por areia. A composição 10 e 11 mostra o efeito do aumento do conteúdo de agente gelificante de silicato de sódio; aumento do conteúdo de 8% reduz a drenagem e aumenta a resistência enquanto o aumento do nível a 160 reduz a drenagem mas também reduz a resistência. Por estas razões e devido ao seu custo é preferencial manter o nível de ge lificante a um baixo nível, isto é, aproximadamente 2% a 30. A composição 12 mostra que o aumento do conteúdo de escória e a adição de anidrite beta aumenta a resistência.

Os resultados destes Exemplos mostrar

que o refugo de minas e material particulado de resíduos semelhantes quando na forma de uma pasta fluida com um conteúdo de água de aproximadamente 30/ pode aplicar-se e forçar-se a depositar numa forma sólida com perda controlada de água numa extensão tal que os engenheiros de minas podem encher um espaço vazio com uma resistência pré-determinada sem esperar que a água se escoe e sem efectuar qualquer tratamento posterior do material aplicado. Como consequência as operações de mineração são-aceleradas e os problemas associados com a drenagem são evitados.

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Tabela 2

Composição	1	2	3	4
Pasta fluída
Refugo de minas classificado	63,62	61,8	67,76	67,31
água	30	30	30	30
ligante
escória	4,2	5,4	1,4	1,7
Ca(0K)₂	0,08	0,10	0,14	0,16
OPC	2,1	2,7	0,7	0,85
silicato de sódio	0	1,3	0	ι—1
proporção refugo	10:1	7,5:1	'30:1	25:1
f de água total retida depois de 24 hr. de drenagem	55	90	71	92
isto é escoamento	45	10	29	08
densidade, a 24 br. depois da drenagel (Kg/m3)	2170	2020	2090	2030
Resistência à compressão (í.ipa)
12 horas -	0	0,06	0	0,03
24 horas -	0,02	0,16	0	0,04
3 dias	0,01	0,27	0,04	0,09
7 dias	0,25	0,62	0,06	0,16
28 dias	1,03	1,15	0,24	0,33

Tabela

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Claims

REIVINDICAÇÕES

- lã Processo para a preparação de uma massa de Enchimento de um espaço vazio no subsolo, constituída por uma pasta fluída, de água, material de enchimento essen cialmente inerte e um ligante, transportando-se essa pasta para o espaço vazio, aplicando-a nesse espaço e permitindo ou forçando a solidificação do material, caracterizado por se adi cionar à pasta fluida um agente gelificante durante a aplicação dessa pasta ou imediatamente antes, sendo a quantidade de agente gelificante suficiente para forçar a pasta fluida a for mar uma massa de enchimento contendo essencialmente toda a água da pasta fluida.

- 2ê processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o agente gelificante estar presente numa concentração aproximadamente compreendida entre 0,3% e 8% de preferência entre 0,5% e 2% em peso, relativamente ap peso da pasta fluida.

- 3§ _

Processo de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo facto de o agente gelificante ser inorgânico.

- 4a _

Processo de acordo com a reivindica_ 14 - ção 3, caracterizado pelo facto de o agente gelificante ser si licato de sódio ou o colóide sílica mol.

- 5& Processo de acordo com a reivindica ção 3, caracterizado pelo facto de o agente gelificante ser sulfacto de aluminio.

- Processo de acordo com qualquer rei_ vindicação anterior, caracterizado pelo facto de o ligante ser constituído por um ou vários materiais escolhidos entre cimento, cal, material pozolânico ou semelhante.

Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada pelo facto de o material essencialmente inerte ser constituído por refugo de descarga das minas, gravilha, aglomerados, carvão, aieía ou semelhantes.

- 8ê Processo de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo facto de a pasta fluida conter aproximadamente entre 15% e 55%, de preferencia entre 25% e 40% em peso de água.

- 15 _ ga Processo de acordo com qualquer rei vindicação anterior, caracterizado pelo facto de a proporção entre os pesos do material de enchimento essencialmente inert e do ligante variar entre 10:1 e 30:1.

A requerente reivindica as priorida des dos pedidos apresentados na África do Sul em 14 de Julho de 1988 sob o . 83.5086 e na Grã-Bretanha em 30 c.e Setembro de 1988 sob o 11°. 88.23017.2.

Lisboa, 13 de Julho de 1989 <1 AGBSIE 01’ÍCUL IU I5DC3TKUL