Metodologias interdisciplinares em geotecnia mineira para a qualidade do desmonte de maciços rochosos

Abstract

Em 2018 a população mundial ultrapassou os 7,5 biliões, prevê-se que em 2030 atinga os 8,5 biliões. Este crescimento da população, tem sido acompanhado por um consumo crescente dos recursos naturais. Os recursos são cada vez mais escassos, os preços das matérias-primas estão cada vez mais elevados, a pressão sobre o ambiente é cada vez maior e, consequentemente, o nível de vida dispara, em termos económicos, com consequências societais. Os georrecursos são essenciais para o estilo de vida atual, desde a habitação, passando pelos transportes e a tecnologia, até à medicina. A exploração dos georrecursos deve ser feita de forma sustentável e menos nociva possível para o ambiente. A qualidade e a otimização da exploração sustentável dos georrecursos é uma das chaves para uma gestão eficiente capaz de contribuir para um equilíbrio viável entre as necessidades e o consumo racional destas matérias-primas essenciais. Globalmente este trabalho pretende contribuir com algumas propostas metodológicas que possam promover procedimentos cada vez mais eficientes no que diz respeito às operações relacionadas com a exploração dos georrecursos. Em muitos situações, e no caso deste trabalho, a escavação a céu aberto, para a exploração de maciços rochosos, é feita através do desmonte com recurso a explosivos civis. O desmonte é uma das operações das obras de engenharia que implicam escavação de maciços rochosos. A perfuração é uma das sub-operações envolvidas no desmonte de rocha com explosivos. A qualidade da sua execução influencia de forma determinante o sucesso do desmonte. Quando é realizada corretamente e com a qualidade exigida, o desmonte produz superfícies limpas com o mínimo de sobre-escavação e perturbação. A qualidade do desmonte é crucial na otimização dos resultados e minimização dos impactes do meio-ambiente, com consequências económicas, sociais e ambientais desta atividade. Uma avaliação integral e competente da qualidade do desmonte de rocha com recurso a explosivos, deve consubstanciar perspetivas multifocais sobre esta operação. É necessário integrar indicadores cuja prioridade difere em função da entidade que está envolvida direta e/ou indiretamente nesta operação (empresas, estado, sociedade, etc.). Do melhor equilíbrio conseguido entre indicadores como: economia, impactes ambientais, segurança, valorização do georrecurso, entre outros; que, atualmente, são transversais à noção de sustentabilidade, resultará do desmonte de melhor qualidade. Não basta ser eficaz para obter um desmonte com qualidade, é preciso ser simultaneamente eficiente, ou seja, para além de atingir os objetivos é preciso fazê-lo corretamente. A investigação envolveu, numa fase preliminar, a caracterização e avaliação da área a nível geológico, geotécnico e geomorfológico, e numa fase mais avançada, a cartografia do zonamento geotécnico e geomecânico, assim como o estudo da estabilidade dos taludes, recorrendo à aplicação de classificações geomecânicas e de perigosidade geotécnica. Recorreu-se à técnica de amostragem linear para coligir toda a informação geológica‐geotécnica dos taludes e avaliado o índice de resistência à compressão uniaxial do maciço rochoso. A informação foi compilada num aplicativo geo-informático desenvolvido para o efeito, o que permitiu o estudo de compartimentação do maciço e a cartografia do zonamento geotécnico. Elaborou-se um estudo geomecânico do maciço rochoso com a aplicação de classificações multi-paramétricas (RMR, SMR, GSI, Q‐System, SQR e Q‐Slope) e o desenvolvimento da cartografia de zonamento geomecânico. As classificações SMR, SQR e Q‐Slope, em conjunto com o Ensaio de Markland, permitiram avaliar a estabilidade estrutural dos taludes da pedreira. Com o intuito de avaliar os mesmos, quanto à suscetibilidade e nível de perigosidade, aplicou-se o sistema RHRSm2 e o índice de qualidade de taludes (SQI). O presente trabalho tem como objetivo investigar a potencial interdependência entre os parâmetros geológico-geotécnicos e geomecânicos do maciço rochoso, as ferramentas de execução, a geometria do diagrama de fogo e os tipos e amplitudes dos desvios de perfuração para fins de desmonte de rocha com recurso a explosivos. Para tal, foram, inicialmente, descritas as características geológico-estruturais, geotécnicas e geomecânicas do maciço, foram medidos os desvios de perfuração, registadas as geometrias dos diagramas de fogo e as ferramentas de execução. Uma perfuração alinhada permitirá, assim, uma distribuição de concentração de carga mais homogénea no volume de rocha a desmontar, resultando desta forma, um desmonte com melhor fragmentação, um menor nível de vibrações e uma otimização da quantidade de explosivo e perfuração. Esta abordagem leva-nos a compreender a relevância da heterogeneidade do maciço rochoso para o dimensionamento da exploração a diferentes escalas. O controlo geomecânico do desmonte do maciço rochoso através de uma perfuração alinhada é salientado com o intuito de uma abordagem de engenharia integrada nos maciços rochosos.

In 2018 the world population exceeded 7.5 billion, and by 2030 it is expected to reach 8.5 billion. The increasing consumption of natural resources has accompanied this population growth. As a result, resources are becoming scarcer; raw material prices are rising, the pressure on the environment is increasing, and, as a result, living standards are rising, in economic terms, with societal consequences. Georesources are essential for today's lifestyle, from housing, transport and technology to medicine. The exploitation of georesources must be done sustainably and in at least environmentally damaging way possible. The quality and optimisation of the sustainable exploitation of georesources is the key to efficient management capable of contributing to a viable balance between the needs and rational consumption of these essential raw materials. Comprehensively, this work intends to contribute to some methodological proposals that can promote more efficient operations related to exploiting georesources. For example, in many situations, and this work, open-cast excavation is carried out by blasting using civil explosives for the exploitation of rock masses. Blasting is one of the operations of engineering works that involve excavating rock masses. Drilling is one of the sub-operations involved in blasting rock with explosives. The quality of its execution has a determining influence on the success of blasting. When it is carried out correctly and with the required quality, blasting produces clean surfaces with a minimum of over-excavation and disturbance. Blasting quality is crucial in optimising the results and minimising the environmental impacts, with economic, social and environmental consequences of this activity. A comprehensive assessment of the quality of rock removal using explosives must encompass multifocal perspectives on this operation. It is necessary to integrate indicators whose priority differs depending on the entity directly and/or indirectly involved in this operation (companies, state, society, etc.). The best balance achieved between indicators such as: economy, environmental impacts, safety, evaluation of the georesource, among others, which are currently transversal to the concept of sustainability, will result in the best quality of blasting. It is not enough to obtain a quality blasting; it is necessary to be simultaneously efficient. That is, in addition to achieving the objectives, it is required to do it correctly. The research involved, in a preliminary stage, the characterisation and evaluation of the site at a geological, geotechnical and geomorphological level, and, in a more advanced stage, the mapping of the geotechnical and geomechanical zoning, as well as the study of the stability of the slope, by applying geomechanical and geotechnical hazard classifications. The scanline sampling technique was used to collect all the geological-geotechnical data of the slopes, and the uniaxial compressive strength index of the rock mass was evaluated. The data was collected in a geoinformatics application developed for this purpose, which allowed the rock mass block size study and the geotechnical zoning mapping. A geomechanical survey of the rock mass was carried out using rock multi-parametric classifications (RMR, SMR, GSI, Q-System, SQR and Q-Slope) and the development of geomechanical zoning mapping. The SMR, SQR and Q-Slope classifications, together with the Markland Test, allowed the evaluation of the structural stability of the quarry slopes. The RHRSm2 system and the Slope Quality Index (SQI) were applied to assess the slopes' susceptibility and hazard level. This work investigates the potential interdependence between the geological-geotechnical and geomechanical parameters of the rock mass, the execution tools, the geometry of the blast diagram and the types and amplitudes of the borehole deviations. For this purpose, structural geology, geotechnical and geomechanical characteristics of rock mass were initially described, the drilling deviations were measured, the blast diagram geometries and the execution tools were recorded. Aligned drilling will allow a more homogeneous load concentration distribution in the rock volume to be blasted, resulting in better fragmentation, a lower level of vibrations and an optimisation of the amount of explosive and drilling. This approach leads us to understand the relevance of rock mass heterogeneity for the dimensioning of the exploration at different scales. Furthermore, the geomechanical control of rock mass blasting using aligned drilling is highlighted with an integrated engineering approach in rock masses.