A determinação do comprimento dos parafusos é um parâmetro crítico a ser considerado em projetos de suporte de teto para minas de carvão. As seções 2.2 e 2.3 do Capítulo 2 apresentam os tipos de parafusos e mecanismos de sustentação usualmente empregados nas minerações. Apesar de haverem diversas opções para escolha do suporte, a Equação 3.13 apresentada no Capítulo 3 serve como guia para seleção preliminar do comprimento de parafuso exclusivamente relacionados com o mecanismo de sustentação com formação de viga (armante). Essa equação incorpora os principais fatores em projetos de suporte de teto: largura nos cruzamentos, espessura de cobertura e a competência estrutural do maciço. A condição exigida para aplicação das formulações de Mark et al. (2001), para produzir uma boa ancoragem, é assegurar que os parafusos estejam completamente resinados.
A Mina Barro Branco emprega de maneira uniforme em toda sua área de produção parafusos de 1,20 m de comprimento. O mecanismo de suporte por suspensão é adotado em todo perímetro da mina independente das particularidades, em que a espessura da camada a ser suspensa extrapola o tamanho do parafuso empregado, tornando o sistema ineficaz. A partir dos resultados de CMRR apresentados no Capítulo 4 é possível estimar novos protótipos de chumbadores de teto. O memorial de cálculos referente a esse dimensionamento encontra-se em tabelas do Anexo G. Para visualização dos resultados, geraram-se gráficos comparativos do comprimento do parafuso em função da espessura de cobertura e do vão na interseção das galerias para cada CMRR (Figura 5.3 a Figura 5.10). Para uma análise mais concreta da situação da mina, representaram-se graficamente apenas os casos do CMRR ajustado, baseado no fato de que todo o processo de desmonte do carvão é realizado com explosivos.
CMRR 52 (CASO 1) 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0 20 40 60 80 100 120 Espessura de cobertura (m) Comprimento do Tirante (m) Is = 7,5 m Is = 8,5 m Is = 9,5 m Is = 10,5 m
Figura 5.3. Comprimento dos parafusos para o CASO 1.
CMRR 81 (CASO 2) 0,05 0,10 0,15 0,20 0 20 40 60 80 100 120 Espessura de cobertura (m) Comprimento do Tirante (m) Is = 7,5 m Is = 8,5 m Is = 9,5 m Is = 10,5 m
Figura 5.4. Comprimento dos parafusos para o CASO 2.
CMRR 30 (CASO 3) 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 0 20 40 60 80 100 120 Espessura de cobertura (m) Comprimento do Tirante (m) Is = 7,5 m Is = 8,5 m Is = 9,5 m Is = 10,5 m
CMRR 41 (CASO 4) 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 0 20 40 60 80 100 120 Espessura de cobertura (m) Comprimento do Tirante (m) Is = 7,5 m Is = 8,5 m Is = 9,5 m Is = 10,5 m
Figura 5.6. Comprimento dos parafusos para o CASO 4.
CMRR 42 (CASO 5A) 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 0 20 40 60 80 100 120 Espessura de cobertura (m) Comprimento do Tirante (m) Is = 7,5 m Is = 8,5 m Is = 9,5 m Is = 10,5 m
Figura 5.7. Comprimento dos parafusos para o CASO 5A.
CMRR 36 (CASO 5B) 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 0 20 40 60 80 100 120 Espessura de cobertura (m) Comprimento do Tirante (m) Is = 7,5 m Is = 8,5 m Is = 9,5 m Is = 10,5 m
CMRR 71 (CASO 6A) 0,10 0,20 0,30 0,40 0 20 40 60 80 100 120 Espessura de cobertura (m) Comprimento do Tirante (m) Is = 7,5 m Is = 8,5 m Is = 9,5 m Is = 10,5 m
Figura 5.9. Comprimento dos parafusos para o CASO 6A.
CMRR 56 (CASO 6B) 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0 20 40 60 80 100 120 Espessura de cobertura (m) Comprimento do Tirante (m) Is = 7,5 m Is = 8,5 m Is = 9,5 m Is = 10,5 m
Figura 5.10. Comprimento dos parafusos para o CASO 6B.
Uma análise generalizada do problema mostra que os parafusos variam seu comprimento de 0,08 m para a melhor condição possível (CASO 2) a 1,2 m para condições de CMRR, Is e cobertura mais desfavoráveis (CASO 3). A apreciação detalhada pode ser realizada examinando-se cada caso individualmente.
Os casos 1 e 2 do CMRR são formados apenas pela Unidade 2 (arenito maciço), os quais apresentam boa competência estrutural. Quando ocorre a presença de falhas no maciço (CASO 1), o método sugere parafusos com aproximadamente 0,70 m para situações em que o vão no cruzamento de galerias seja de 10,5 m e para espessuras de cobertura superiores a 100 metros. O emprego desses parafusos tem como objetivo ancorar eventuais
blocos no teto formados pelo cruzamento de falhas ou para reforçar a resistência ao cisalhamento na superfície desses planos que cortam o maciço. A percepção das reais condições de um determinado local da mina é que diagnosticará se o comprimento de parafuso sugerido é adequado. Na ausência de falhas no teto e mantendo-se as características da Unidade 2 (CASO 2), a função do parafuso é sutil, atingindo apenas 0,17 m para as circunstâncias mais adversas da mina.
Por outro lado, os casos 3 e 4 do CMRR reúnem as piores referências quanto à qualidade de teto. Formados apenas pela Unidade 1 (arenito laminado), a qualidade dessa categoria é significativamente afetada à presença de falhas (CASO 3). Nesse caso, o método sugere parafusos com até 1,20 m para situações em que o vão no cruzamento de galerias seja de 10,5 m e a para espessuras de cobertura superiores a 100 metros. O emprego desses parafusos tem como objetivo evitar a flambagem do teto e conseqüentemente o movimento lateral dos estratos formados pela laminação do arenito ou pelas falhas, criando uma estrutura única (viga), aumentando a resistência à coesão e ao atrito dos planos de fraqueza. Na ausência de falhas no teto e mantendo-se as propriedades da Unidade 1 (CASO 4), os parafusos tendem a ser ligeiramente menores, com 0,93 m para o pior arranjo físico da mina.
Os casos 5 e 6 do CMRR e suas variantes, representam um misto entre as unidades 1 e 2. Os gráficos das Figuras 5.7 e 5.8 mostram que o comprimento do parafuso não se altera significativamente quando o CMRR muda de 42 (CASO 5A) para 36 (CASO 5B), embora a espessura da Unidade 1 tenha varia do expressivamente. Esse fato reforça a consideração de que os resultados obtidos da formulação sugerida pelo método realmente têm a função de formar uma viga de auto-sustentação. Nesse exemplo, o comprimento do parafuso varia de 0,43 a 0,91 m para situação inicial em que a Unidade 1 tem 0,15 m de espessura (CASO 5A) e varia de 0,50 a 1,05 m quando a Unidade 1 eleva-se para 0,75 m (CASO 5B). A partir do momento em que a espessura da Unidade 1 ultrapassar os 0,75 m, a classificação do maciço que forma o teto da mina passa à classe denominada de CASO 3, devido à ausência do efeito da camada forte.
A mesma análise é realizada para o caso seis. A única diferença do CMRR calculado atribuí-se à inexistência de falhamentos no teto. Nesse caso, a
qualidade do maciço mostrado pelo CMRR apresenta-se ligeiramente fortalecido. A propriedade responsável por esse incremento tem como origem o fato de considerar o arenito maciço como uma rocha intacta desprovida de falhas, dando-lhe valor máximo para os quesitos resistência ao cisalhamento e intensidade das descontinuidades, interferindo decisivamente no cálculo dos parafusos. Outro parâmetro afetado é o ajuste devido à presença de água no maciço. De acordo com as condições da mina, a água somente surge nos locais onde existam falhas. Nessa situação, o comprimento do parafuso varia de 0,15 a 0,32 m em que a Unidade 1 tem 0,15 m de espessura (CASO 6A) e varia de 0,29 a 0,60 m quando a Unidade 1 eleva-se para 0,75 m (CASO 6B). Conforme o caso anterior, a partir do momento em que a espessura da Unidade 1 ultrapassar os 0,75 m, a classificação do maciço que forma o teto da mina passa à classe denominada de CASO 4.