A INFORMAÇÃO GEOLÓGICA APLICADA À MINERAÇÃO DE CARVÃO
José Eduardo do Amaral - CPRM - Serviço Geológico do Brasil,
[email protected]
Antonio Silvio Jornada Krebs – SATC - Associação Beneficente da Indústria
Carbonífera de Santa Catarina
Márcio Zanuz – SATC – Associação Beneficente da Indústria Carbonífera de Santa
Catarina
Mariane Brogni Pazzetto – MM Engenharia
RESUMO
O estudo dos aspectos geológicos e estruturais é fundamental para o planejamento da
lavra das diferentes camadas de carvão. Sob o ponto de vista ambiental o conhecimento
do arcabouço estrutural da mina, leva ao correto conhecimento da atitude dos diversos
blocos, e o sentido da acumulação natural de água no subsolo. Os sistemas de falhas
caracterizados como de esforços distensionais estão diretamente relacionados com
infiltração de água para o interior das minas, podendo causar desta forma rebaixamento
de aquíferos. Já os sistemas de falhas compressionais, em sua maioria, não são bons
condutores de água, mas causam problemas de caimentos de teto e esmagamento de
pilares. Também a escolha do local para implantação de bacias de decantação e pilhas
de rejeitos deverão passar por estudos geológicos- estruturais preliminares.
Palavras-chave: estruturais; distensionais; compressionais; aquíferos.
ABSTRACT
The study of geological and structural aspects is essential to properly plan the mining in
different coal layers. Regarding to the environment, those aspects are extremely
important since the mine structural framework understanding leads to a correct
knowledge of the behavior of the various blocks as well as the direction of water natural
accumulation in underground. Fault systems characterized as distention efforts are
directly related to water infiltration into the mines which might cause the aquifer
lowering. However the compressional fault systems are generally not good water
conductors. They generate both roof and pillar failure. The setting pools and waste
deposits site selection must have preliminary geological and structural studies as well.
Keywords: structural; distensional; compressional; aquifers.
INTRODUÇÃO
A mineração por ser uma atividade que demanda altos investimentos não pode
prescindir do correto conhecimento geológico do maciço rochoso encaixante e suas
interrelações estruturais com o corpo de minério. A Bacia Carbonífera de Santa Catarina
(figura 01) é razoavelmente conhecida, tendo em vista as lavras intensivas subterrânea e
a céu aberto durante várias décadas. Do ponto de vista econômico, o perfeito
conhecimento dos limites da bacia carbonífera pode vir a indicar os locais onde as
diferentes camadas de carvão apresentam maiores espessuras e menos intercalações de
estéreis representados por siltitos e folhelhos carbonosos.
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BRASIL
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Bacia Carbonífera
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Estado de Santa Catarina
Figura 01
Os principais aspectos geológicos que deverão ser observados por ocasião da
abertura e desenvolvimento de uma mina subterrânea de carvão são: espessura e
natureza litológica do maciço de cobertura; características do teto imediato; espessura e
natureza litológica da camada de carvão; atitude e continuidade lateral da camada de
carvão. A espessura do maciço de cobertura influirá diretamente na delimitação da
porção da jazida que poderá ser minerada economicamente, qual o método de lavra que
será mais conveniente, bem como no dimensionamento dos pilares de sustentação. No
caso de uma mina a céu aberto, os aspectos geológicos observados serão os mesmos
acima, porém sem a necessidade de detalhamento da cobertura imediata da camada de
carvão.
Este trabalho objetiva o entendimento e equacionamento dos aspectos
geológicos e estruturais envolvidos, os quais são sabidamente fundamentais para o
adequado planejamento da lavra das diferentes camadas de carvão. Sob o ponto de vista
ambiental esses aspectos são de vital importância, tendo em vista que o entendimento
estrutural da mina, leva ao correto conhecimento da atitude dos diversos blocos
individualizados, e o sentido da acumulação natural de água no subsolo, seja através de
gotejamento, seja oriunda de falhas e fraturas. Além dos problemas técnicos e
econômicos advindos do excesso de água no subsolo, também após o encerramento da
mina, o destino desta água, provavelmente ácida, deverá ser considerado à luz da
legislação ambiental vigente.
As características litológicas do maciço de cobertura constituem um parâmetro
muito importante no caso de se optar pela utilização do método longwall para a lavra.
Quando o maciço rochoso de cobertura é constituído predominantemente por arenitos,
no caso de uma ruptura, esta poderá se propagar até a superfície, ocasionando fraturas e
subsidências. Porém, se o maciço for constituído por uma seqüência litológica onde
ocorra intercalação de arenitos, siltitos e folhelhos, haverá uma melhor dissipação das
tensões e, conseqüentemente, as fraturas poderão não se propagar severamente até à
superfície. Porém à luz dos conhecimentos e fatos estudados, colapsos de pilares de
sustentação de minas, quando ocorrem em profundidades médias, até aproximadamente
300m, quase sempre causam danos à superfície e/ou aos aquíferos. No entanto, como já
citado, a composição do maciço de cobertura é de extrema importância na proteção da
superfície. O empolamento porventura ocorrido após um colapso no interior da mina,
algumas vezes funciona perfeitamente como proteção da superfície e de alguns
aquíferos subterrâneos pouco profundos.
Em Santa Catarina, no passado, ocorreram colapsos de pilares de carvão na
região da antiga Mina Poço 10 em Içara – Carbonífera Próspera S.A., que não obstante a
baixa cobertura, inferior a 60 m, não causaram danos à superfície. Naquela porção da
jazida de carvão, há uma camada de argila bastante plástica próxima à superfície.
Mesmo com o severo esmagamento dos pilares de sustentação não houve danos à
superfície e fugas de águas superficiais importantes. A deformação sem ruptura da
camada de argila, acompanhando a geometria do abatimento selou perfeitamente as
fraturas do maciço. Este conhecimento poderá ser adquirido preliminarmente através de
pesquisa geológica de detalhe, acompanhada de testes de laboratório.
NATUREZA LITOLÓGICA DA CAMADA DE CARVÃO BARRO BRANCO
A Camada Barro Branco sempre foi a mais importante camada de carvão
ocorrente em Santa Catarina, não obstante a lavra da Camada Bonito já ser volume
expressivo no total extraído no estado. Existem fatores geológicos relacionados aos
aspectos genéticos da camada de carvão, os quais dependem do posicionamento da
turfeira e processos deposicionais atuantes.
A figura 02 mostra um perfil litológico esquemático da Camada Barro Branco, a
qual é constituída por um leito superior de carvão denominado forro, seguido pela
intercalação de delgados leitos de carvão, siltito e raramente arenitos finos, cujo
conjunto é nomeado como quadração. Em seguida a porção inferior constituída
essencialmente por carvão é denominada de banco.
Figura 02 – Camada Barro Branco Típica
Fonte DNPM (1981) Carvão no Estado de Santa Catarina
Existem variações localizadas na estrutura da Camada Barro Branco, como a
verificada na porção norte, próximo da borda da bacia carbonífera catarinense. A figura
03 ilustra a camada Barro Branco, que ocorre nessa porção, na área do Rio Hipólito. Ali
a camada de carvão possui a intercalação de um banco de arenito maciço, chamado
regionalmente de “voadeira”, que praticamente substitui a quadração. A lavra
mecanizada ou semi-mecanizada na camada com “voadeira” torna-se desta forma
inviável, devido ao incremento anormal no teor de cinzas do run of mine (ROM). As
minas que possuem este arenito na camada de carvão foram unidades com pequenos
volumes explotados, e sempre foram alvo de mineração manual, por demandarem uma
lavra seletiva de forma a manter-se o arenito desmontado no interior das minas.
Figura 03 - Camada Barro Branco na região de Rio Hipólito.
Fonte DNPM (1981) Carvão no Estado de Santa Catarina
No sentido norte da Bacia Carbonífera de Santa Catarina há também um
incremento no percentual de sulfetos disseminados, em lâminas e em forma de nódulos
na camada de carvão e suas encaixantes. Desta forma os estéreis de escavação e rejeitos
do beneficiamento oriundos desta porção da bacia, teoricamente seriam mais ricos em
sulfetos, e mais reativos, o que demanda mais cuidado na proteção das pilhas de
rejeitos, visando evitar que seus constituintes entrem em contato com a atmosfera.
ASPECTOS ESTRUTURAIS
Uma acurada fotointerpretação geológica aliada a trabalhos geológicos
complementares em campo fornecerão um mapa estrutural detalhado, em escala
compatível com o projeto mineiro, onde as falhas poderão ser agrupadas em sistemas,
os quais poderão possuir características totalmente diversas. Dependendo das direções
predominantes dos sistemas de falhas na Bacia Carbonífera de Santa Catarina, teremos
importantes infiltrações de água na mina (Sistema NE), ou teremos uma mina seca, mas
com problemas de teto dificultando o escoramento e refletindo diretamente na
segurança dos trabalhadores e do empreendimento (Sistema NW). Sob o ponto de vista
ambiental a infiltração severa de água poderá rebaixar os aquíferos, trazendo transtornos
às comunidades que deles fazem uso. Por outro lado esta água infiltrada entrará em
íntimo contato com a camada de carvão rica em sulfetos, e em presença de oxigênio
sofrerá incremento da acidez, rebaixamento de pH e poderá solubilizar metais. O
bombeamento desta água contaminada demanda bombas especiais resistentes à corrosão
por ácidos, bem como sua disposição e tratamento em superfície, antes do seu descarte
nos corpos d’água.
Estudos realizados no subsolo da Mina Santa Augusta junto à Falha Criciúma no
município homônimo (Krebs, 2004) permitiram verificar a existência de quatro falhas
secundárias, as quais constituem pequenos blocos em forma de cunha que afundam para
sudeste. Este conjunto ou sistema de falhas conhecido como Falha Criciúma, com
orientação N450-600E, constitui uma estrutura tipo hemiflor negativa, as quais
caracterizam áreas com esforços distensionais. Estas estruturas distensionais estão
diretamente relacionadas com infiltração de água para o interior das minas, podendo
causar desta forma rebaixamento de aquíferos.
A Falha Criciúma apresenta geometria em leque e separa dois grandes blocos
estruturais junto da cidade de Criciúma-SC. O bloco posicionado ao norte é alto
permitindo lavra a céu aberto e o bloco sul é baixo e engloba minas subterrâneas (Krebs
et alli, 2008).
O sistema N300-450W, da mesma forma que o sistema N450 -600 E, embora
esteja presente ao longo de toda a área da bacia carbonífera, constitui-se de falhas de
pequena extensão, geralmente associadas a uma falha principal. Estudos de detalhe,
realizados por KREBS (2004) no subsolo da Mina do Trevo em Siderópolis,
evidenciaram que neste local as falhas deste sistema N300-450W possuem caráter
compressional, indicando tratar-se de falhas inversas. Os referidos estudos indicaram
também que os problemas de caimento de teto ou soerguimento da lapa da camada de
carvão Barro Branco, que ocorreram na referida mina, estavam intimamente
relacionados a falhas N300-450W. Várias outras minas em diferentes locais da bacia
carbonífera também já apresentaram problemas de caimento de teto relacionado à
presença de falhas inversas (compressionais).
As minas de carvão a céu aberto no estado de Santa Catarina são hoje de
pequena monta, em comparação ao passado, mas nem por isso negligenciáveis. O
perfeito conhecimento dos litotipos de cobertura das camadas de carvão, através de
pesquisa geológica preliminar, refletirá no sucesso ou insucesso do empreendimento.
Além dos necessários conhecimentos utilizados para o projeto técnico da mina, como a
espessura da cobertura, falhas, fraturas, litologia e possíveis aquíferos envolvidos, há
um parâmetro importante sob o ponto de vista ambiental, que é a composição da
litologia da cobertura a ser removida. Por composição da litologia entende-se os
constituintes das rochas, como a natureza dos seus grãos, a natureza dos cimentos e
minerais acessórios. Os arenitos de cobertura das camadas de carvão em Santa Catarina
possuem sulfetos disseminados, em lâminas e em concreções. Este material altamente
reativo em presença de oxigênio, ao ser detonado e removido, deverá ser alvo de
cuidados semelhantes aos aplicados aos rejeitos carbono-piritosos do beneficiamento
das camadas de carvão propriamente ditas, sob o risco de contaminar os aquíferos
freáticos e corpos d’água.
ASPECTOS HIDROGEOLÓGICOS
O perfeito entendimento do condicionamento estrutural de uma determinada
região é fundamental para a determinação das estruturas aquíferas. Um importante fator
responsável pela maior ou menor capacidade de armazenamento e transmissão da água
subterrânea está diretamente relacionado à existência de sistemas de falhas, juntas e
fraturas nas rochas. A caracterização e a clara identificação desses sistemas é uma das
formas de minimizar os problemas causados por infiltração e, por consequência,
geração de drenagem ácida no interior da mina. Bacias de decantação construídas
inadvertidamente sobre terrenos com falhamentos e fraturas, podem vir a recarregar os
aquíferos subterrâneos, em caso de vazamentos. Esses vazamentos de água contaminada
podem ser causados não apenas por imperfeições no projeto e/ou execução, mas
também por movimentações dos terrenos, causadas por eventos neotectônicos ou sismos
induzidos. Outra questão a ser examinada é a construção de pilhas de rejeitos em áreas
atingidas pelos distúrbios geológicos citados. Pilhas de rejeitos carbono-piritosos
dispostas sobre falhas e/ou diques fraturados, mesmo obedecendo aos rígidos critérios
atuais de projeto, poderão funcionar como canal de recarga para os aquíferos
subterrâneos, bastando que haja uma movimentação do substrato rochoso, seja tectônica
ou atectônica. Os terrenos utilizados para a construção de bacias de decantação e pilhas
de rejeitos deverão sofrer uma severa investigação geológica preliminar, de forma a se
evitar acidentes e destruição de mananciais subterrâneos.
Além das causas naturais para infiltração de água nas minas e rebaixamento dos
aquíferos, podem ocorrer subsidências no terreno minerado, provocadas ou acidentais,
acompanhadas de rachaduras subverticais, com desaparecimento de córregos, destruição
de lagoas e banhados, além da destruição e/ou contaminação de aquíferos subterrâneos.
Além do dano ambiental direto para as populações usuárias desse recurso, o excesso de
água no interior da mina refletirá no acréscimo de drenagem ácida de mina (DAM).
Pesquisas geológicas deverão ser conduzidas com cuidados ambientais, como
cimentação integral dos furos de sondagem, de forma a evitar a conectividade entre
aquíferos diferentes. Esta cimentação evita não somente o curto-circuito entre aquíferos
diferentes, como também o aporte futuro de água de boa qualidade para o interior da
mina.
ASPECTOS DA GEOLOGIA NA MINERAÇÃO
A pesquisa geológica não se atém somente à delimitação geométrica e à
cubagem das jazidas, mas também e de forma importante para a segurança no subsolo,
além de fornecer subsídios para a continuidade do projeto da mina e orientação das
frentes de lavra. A sondagem horizontal nas frentes de lavra, aqui também referida
como pesquisa geológica, é de vital importância na detecção de distúrbios geológicos,
representados pelas falhas e seus rejeitos, fraturamentos abertos e suas estruturas
associadas, diques ígneos e bolsões de metano.
Diques íntegros funcionam como verdadeiras barragens ao fluxo das águas
subterrâneas, já os diques fraturados são muitas vezes importantes reservatórios de
água, submetidos a enormes pressões. O rompimento pelo avanço da lavra, de diques
fraturados conectados a aquíferos subsuperficiais, causa o aporte de grandes volumes de
água indesejada para o interior da mina, e o inevitável rebaixamento desses aquíferos,
com suas conseqüências ambientais. Deve ainda ser citado que o rompimento acidental
ou provocado desses diques, poderá se converter numa questão de segurança do
empreendimento e dos trabalhadores no subsolo, tendo em vista que poderá acontecer
uma inundação catastrófica da mina.
A pesquisa geológica do maciço imediato de cobertura da camada de carvão faz
parte de um bom empreendimento mineiro, tendo em vista que o conhecimento
geológico-estrutural detalhado do teto imediato da mina determina qual tipo de
ancoragem será necessária.
CONCLUSÕES
Para o adequado planejamento e acompanhamento da lavra de carvão é
fundamental o prévio conhecimento dos aspectos geológicos, estruturais e
hidrogeológicos do maciço rochoso encaixante e das camadas de carvão. Os diversos
problemas causados por infiltrações de água para o interior da mina, bem como
deformações dos pilares de sustentação e caimentos de teto, poderão ser evitados e/ou
minimizados com o uso dos resultados desses estudos. Ainda de posse desses dados,
sérios problemas já detectados poderão ser convenientemente equacionados e
contornados.
Para a elaboração do projeto de mina, os condicionantes geológicos, estruturais e
hidrogeológicos irão subsidiar a definição do local dos acessos à camada de carvão,
sejam eles poços, planos inclinados ou galerias de encosta, bem como o sentido
preferencial dos eixos e painéis de lavra. Com o prévio conhecimento das zonas
falhadas e fraturadas com forte infiltração de água no subsolo, o projetista poderá optar
por alternativas de cruzamento dessas zonas, com o mínimo impacto nos aquíferos,
além de minimizar o bombeamento de água ácida para a superfície.
O conhecimento prévio dos problemas a ser enfrentados é o maior subsídio que a
pesquisa geológica pode fornecer à mineração. Um empreendimento mineiro demanda
altos investimentos, e todas as ferramentas disponíveis deverão ser utilizadas para
viabilizá-lo, dentre elas a pesquisa geológica desponta como uma das mais importantes.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
DNPM. Carvão no estado de Santa Catarina. Série Geologia. N 15. Seção Geologia
Econômica n 2. Brasília. 1981
KREBS, A. S. J. Contribuição ao conhecimento dos recursos hídricos subterrâneos da
porção correspondente à bacia do rio Araranguá, SC. 2004. 376 p. Tese (Doutorado
em Geografia) – Departamento de Geociências, Universidade Federal de Santa Catarina,
Florianópolis.
KREBS, A. S. J., Amaral, J. E., Pazzetto, M. B., Smanioto A. L. A importância dos
aspectos geológicos e estruturais para a lavra e beneficiamento de carvão na Bacia
Carbonífera de Santa Catarina. In: Congresso Brasileiro de Mineração, 2008, Belo
Horizonte. Anais.