㄰ 㤵 㜵 煵慲瑡ⵦ敩牡Ⱐㄠ摥畮桯⁤攠㈰〵‱㈺〰㨱 季整敭崠捡灡楮慳⁳畢瑥牲慮敡猠晩湡 ㈵ ENGENHARIA AMBIENTAL SUBTERRÂNEA E APLICAÇÕES Autores: Vidal Félix Navarro Torres Carlos Dinis da Gama Editor: Roberto C. Villas-Bôas ENGENHARIA AMBIENTAL SUBTERRÂNEA E APLICAÇÕES Copias extras: Roberto C. Villas Bôas CETEM/CYTED/CNPq Rua 4, Quadra D, Cidade Universitária 21941-590, Ilha do Fundão Rio de Janeiro, RJ, Brasil Tel.: 55 21 3865-7219 Fax: 55 21 3865-7232 Fátima Engel Composição e Execução Gráfica Torres, Vidal Felix Navarro Engenharia ambiental subterrânea e aplicações / Vidal Felix Navarro Torres, Carlos Diniz da Gama, Roberto C. Villas-Bôas (ed.). - Rio de Janeiro: CETEM/CYTED, 2005 550p.: il 1. Engenharia ambiental 2. Desenvolvimento Sustentável. I. Centro de Tecnologia Mineral II. Gama, Carlos Dinis da. III. Villas Boas, Roberto C. (ed.). IV. Título ISBN 85-7227-210-0 CDD 628.16832 A presentação D efinem os autores o ambiente subterrâneo "como o meio subterrâneo onde acontece a interação dos quatro domínios ambientais que são: atmosfera subterrânea, água subterrânea, rocha e as componentes biológicas (principalmente o homem)". A partir daí nos levam a nós, leitores ávidos por uma boa literatura técnica em língua ibérica, mormente em Português, por toda uma viagem à engenharia ambiental pelo interior das rochas, através do proposto "Sistema de Gestão Ambiental Subterrâneo (SGAS)". A par das análises e discussões teóricas, norteadoras e balizadoras das questões abordadas, apresentam-nos aplicações a minas portuguesas e peruanas, homenageando, destarte, a estes dois simbólicos países da História comum havida na Península Ibérica e Continente Americano, tão rica e sedutora, que pelas minas começou, estremeceu e se uniu ! Aos colegas Dinis e Vidal, só nos resta agradecer, pela grata oportunidade de nos transportar por este maravilhoso e desafiador mundo subterrâneo, literatura que só enriquece a Engenharia de Minas ! Rio de Janeiro, Maio de 2005 Roberto C. Villas Bôas Coordenador Internacional CYTED-XIII http://w3.cetem.gov.br/cyted-xiii Índice Resumo Abstract Agradecimento PRIMEIRA PARTE: O AMBIENTE E A INDÚSTRIA EXTRACTIVA CAPITULO 1: A CRESCENTE IMPORTÂNCIA DA ENGENHARIA AMBIENTAL.................................................................................................................................. 7 1.1. Introdução .................................................................................................................... 7 1.2. Conceitos ecológicos.................................................................................................... 7 1.3. Evolução da temática ambiental................................................................................. 15 1.4. Desenvolvimento sustentável..................................................................................... 19 1.5. O solo e os impactos ambientais ................................................................................ 21 1.6. A água e a contaminação............................................................................................ 24 1.7. Poluição da atmosfera ................................................................................................ 34 1.8. As mudanças climáticas ............................................................................................. 41 1.9. Técnicas de análise ambiental.................................................................................... 44 1.10. Avaliação do impacte ambiental .............................................................................. 45 1.11. O ciclo de vida do produto ....................................................................................... 49 1.12. Normas da série ISO 14000 ..................................................................................... 50 1.13. Custo ambiental........................................................................................................ 55 CAPITULO 2: METODOLOGIA PARA MINAS SUBTERRÂNEAS ................................... 59 2.1. Mineração e o ambiente ............................................................................................. 59 2.2. Concepção do ambiente subterrâneo.......................................................................... 65 2.3. Ambiente, saúde e segurança ..................................................................................... 70 2.4. Situação actual da engenharia ambiental subterrânea ................................................ 72 2.5. Proposta da engenharia ambiental subterrânea .......................................................... 74 2.6. Minas subterrâneas para a aplicação do estudo.......................................................... 77 SEGUNDA PARTE: GESTÃO DO AMBIENTE SUBTERRÂNEO CAPITULO 3: CONTAMINAÇÃO DA ATMOSFERA SUBTERRÂNEA............................ 81 3.1. Temperatura .............................................................................................................. 81 3.2. Gases tóxicos no ambiente subterrâneo ................................................................... 113 3.3. Poeiras no ambiente subterrâneo.............................................................................. 129 3.4. Velocidade e caudal de ar ....................................................................................... 147 3.5. Iluminação e radiação ............................................................................................. 159 3.6. Explosão e incêndio ................................................................................................ 172 3.7. O ruído na atmosfera subterrânea ........................................................................... 192 CAPITULO 4: ÁGUA SUBTERRÂNEA E DRENAGEM ÁCIDA ....................................... 211 4.1. Efeitos ambientais pela alteração das condições naturais das águas subterrâneas ............................................................................................................ 211 4.2. Fontes de riscos ambientais relacionadas a águas subterrâneas .............................. 214 4.3. Caracterização de águas subterrâneas ..................................................................... 219 4.4. Padrões e normas sobre a qualidade da água .......................................................... 226 4.5. Matriz base para a identificação do risco ambiental devido à alteração da água subterrânea ...................................................................................................... 231 4.6. Medidas correctivas para o impacte ambiental em relação a água subterrânea ...... 232 4.7. Monitorização e controle ......................................................................................... 238 CAPITULO 5: INSTABILIDADE E DESABAMENTO DE ROCHAS ............................... 241 5.1. Efeitos da instabilidade e desabamento de rochas .................................................. 241 5.2. Causas da instabilidade e desabamento das rochas ................................................. 242 5.3. Caracterização geotécnica das rochas hospedeiras do ambiente subterrâneo .......... 243 5.4. Padrões geotécnicos ................................................................................................ 256 5.5. Matriz base para a identificação do nível de impacte ambiental geotécnico .......... 260 5.6. Medidas correctivas para atenuar o impacte ambiental geotécnico ........................ 261 5.7. Monitorização e controle geotécnico ...................................................................... 272 CAPÍTULO 6: ECONOMIA DO AMBIENTE SUBTERRÂNEO ........................................ 275 6.1. Custo ambiental na indústria mineira....................................................................... 275 6.2. Processo do plano de protecção e o custo ambiental ............................................... 279 6.3. Custos de protecção ambiental................................................................................. 281 6.4. Análise do valor presente ......................................................................................... 286 6.5. Análise de sensibilidade........................................................................................... 288 6.6. Relação de custo/beneficio na gestão ambiental ...................................................... 289 TERCEIRA PARTE: APLICAÇÃO A MINAS PORTUGUESAS E PERUANAS CAPÍTULO 7: APLICAÇÃO À MINA DE NEVES CORVO................................................ 295 7.1. Introdução ................................................................................................................ 295 7.2. Definição do âmbito de acção .................................................................................. 296 7.3. Contaminação da atmosfera subterrânea.................................................................. 302 7.4. Impacte ambiental geotécnico.................................................................................. 333 CAPÍTULO 8: APLICAÇÃO À MINA DA PANASQUEIRA ............................................... 345 8.1. Introdução ................................................................................................................ 345 8.2. Definição do âmbito de acção .................................................................................. 345 8.3. Avaliação do impacte ambiental na atmosfera subterrânea ..................................... 348 8.4. Avaliação do risco ambiental acústico no ambiente subterrâneo............................. 370 8.5. Avaliação do risco ambiental no domínio ambiental de água subterrânea .............. 382 8.6. Avaliação do risco ambiental devido a vibrações do maciço rochoso ..................... 396 CAPÍTULO 9: APLICAÇÃO À MINA DE SAN RAFAEL ................................................... 401 9.1. Introdução ................................................................................................................ 401 9.2. Definição do âmbito de acção .................................................................................. 401 9.3. Caracterização térmica e dinâmica da atmosfera subterrânea.................................. 407 9.4. Identificação do risco ambiental térmico, dinâmico e volumétrico ......................... 414 9.5. Alternativas de mitigação do risco ambiental térmico, dinâmico e volumétrico .............................................................................................................. 416 QUARTA PARTE: APLICAÇÃO A NOVOS PROJECTOS E SISTEMAS DE GESTÃO AMBIENTAL SUBTERRÂNEA CAPÍTULO 10: ANÁLISE DE CASOS ESTUDADOS .......................................................... 425 10.1. Introdução .............................................................................................................. 425 10.2. Localização e informações gerais das três minas................................................... 425 10.3. Impacte ambiental térmico..................................................................................... 425 10.4. Impacte ambiental dinâmico e volumétrico no ar .................................................. 429 10.5. Impacte ambiental acústico .................................................................................... 436 10.6. Água subterrânea e impacte ambiental................................................................... 441 10.7. Instabilidade e desabamento de rochas ................................................................. 444 CAPÍTULO 11: APLICAÇÃO A NOVOS PROJECTOS ...................................................... 447 11.1. Introdução .............................................................................................................. 447 11.2. Metodologia proposta............................................................................................. 448 11.3. Análise do projecto de exploração subterrânea...................................................... 450 11.4. Definição do âmbito de acção do projecto ............................................................. 452 11.5. Caracterização do ambiente subterrâneo................................................................ 452 11.6. Predição do impacte ambiental .............................................................................. 462 11.7. Medidas de prevenção e correcção para o impacte ambiental ............................... 476 11.8. Programa de monitorização e controle................................................................... 480 11.9. Informe final .......................................................................................................... 481 CAPÍTULO 12: SISTEMAS DE GESTÃO PARA O AMBIENTE SUBTERRÂNEO........ 483 12.2. Sistema de gestão ambiental (EMS) /ISO 14001 ................................................... 483 12.3. Sistema de gestão do ambiente, saúde e segurança ocupacional EHSMS ............ 500 QUINTA PARTE: ASPECTOS FINAIS 5.1. Conclusões ............................................................................................................... 515 5.2. Referências bibliográficas........................................................................................ 518 5.3. Anexos ..................................................................................................................... 531 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações RESUMO O presente livro aborda a engenharia ambiental subterrânea enquadrada no conceito do ambiente subterrâneo como sistema dinâmico de interacção mútua e integral de quatro importantes domínios: atmosfera subterrânea, água subterrânea, rocha e componente biológico (homem); a os quais associa a tecnologia, a economia e sistemas de gestão ambiental subterrânea, dividindo-se em cinco partes. A primeira apresenta uma revisão sobre a crescente importância da engenharia ambiental e a situação actual da sua especialização no âmbito subterrâneo. A segunda parte aborda a metodologia para a identificação das fontes e impactes ambientais negativos, para a caracterização da interrelação dos parâmetros ambientais e expressandoos em modelos matemáticos, para a identificação do nível de impacte ambiental baseado na medição ou predição, na procura de medidas de prevenção e correcção, aplicando-as da melhores alternativas e ainda, para a sua monitorização e controlo. Também, trata importantes aspectos do custo da protecção ambiental subterrânea. A terceira parte promove a aplicação dos conhecimentos acima referidos a duas minas portuguesas e uma mina peruana, visando validar a sua eficácia e fiabilidade. A quarta parte aborda a aplicação desta metodologia a projectos novos e aos sistemas de gestão ambiental (EMS) e sistemas de gestão do ambiente, saúde e segurança (EHS). Finalmente, a quinta parte, apresenta as principais conclusões do livro realizado e sugestões para futuras investigações. ABSTRACT The present book concerns underground environment engineering based on the concept of a dynamic system of mutual and integral interaction of four important environmental domains: underground atmosphere, groundwater, rock and the biological component (man), to which including the technology, economy and underground environmental management systems, are associated, and it is divided in five parts. The first one contains a revision on the increasing importance of environment engineering and the current situation of its underground specialization. The second part describes the methodology for the identification of the sources of negative environmental impacts, for characterizing the interrelation of ambient parameters and expressing them in mathematical models, for the identification of impact magnitudes based on measurements or predictions, for the search of prevention and remedial actions, applied for the search of the best alternatives and for its monitoring and control. Also, this part deals with costs of the underground environmental protection. The third part assesses the application of that knowledge in two Portuguese mines and one Peruvian mine, aiming to validate its effectiveness and reliability. The fourth part of the thesis includes applications to new projects and to environmental management systems (EMS) and environmental, health and safety system (EHS). Finally, the fifth part presents the main conclusions of the book, with suggestions for further research. Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações AGRADECIMENTOS Para a realização deste trabalho foi determinante a participação e envolvimento de várias pessoas e instituições, sem o que ele não teria sido possível, às quais devemos expressar os nossos mais sinceros agradecimentos. À Fundação para a Ciência e a Tecnologia, do Ministério da Ciência e do Ensino Superior de Portugal. Ao Professor Carlos López Jimeno, da Universidad Politécnica de Madrid, aos colegas da Secção de Exploração de Minas do IST e ao colega Heitor Simões Santos. Ao editor Roberto C. Villas Bôas, assim como às Administrações do CYTED, e CNPq/MCT, Brasil, pelas anuências na publicação deste livro. À mina da Panasqueira, nas pessoas dos Engenheiros Ramachondra Naique, Edmundo Nobre, Luís Lopes e demais funcionários. Á mina de Neves Corvo, nas pessoas dos Engenheiros António Correia de Sá e José Lobato. À mina de San Rafael, nas pessoas dos Engenheiros Fausto Zavaleta, Luís Alva e os engenheiros que laboram no couto mineiro. Os autores PRIMEIRA PARTE O AMBIENTE E A INDÚSTRIA EXTRACTIVA Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Capítulo 1 A CRESCENTE IMPORTÂNCIA DA ENGENHARIA AMBIENTAL 1.1. Introdução Nos últimos vinte anos e cada vez com maior intensidade, existe uma justificada preocupação sobre o antagonismo economia-ecologia e sobre a qualidade ambiental na Terra. Esta preocupação está permitindo desenvolver políticas que conduzem a uma sociedade industrializada ecologicamente sustentável. Dentro dos factores ambientais susceptíveis de serem modificados pelo homem com mudanças que possam ocasionar problemas, que pela sua magnitude são difíceis de avaliar a médio e longo prazo, podem citar-se o próprio homem, a flora, a fauna, o solo, a água, o ar, o clima, a paisagem e os bens do património cultural. Muitas actividades industriais, como a mineração e algumas obras públicas, desenvolvem trabalhos no ambiente subterrâneo, cuja duração pode variar de alguns dias a dezenas de anos. Este tipo de ambiente é afectado por muitos factores susceptíveis de modificações que podem ocasionar danos ao homem, como são a ocorrência de gases, poeiras, temperatura, ruído, desprendimento de rochas, incêndios, radiação, inundação, etc. Portanto, as experiências, procedimentos, políticas, gestões, normas, avaliação de impactes ambientais e outros importantes avanços da ecologia, são também definitivamente importantes para o ambiente subterrâneo, pelo que, neste capítulo, se desenvolve uma abordagem integrada sobre este tema, de crescente significado contemporâneo. 1.2. Conceitos ecológicos A ecologia é uma ciência relativamente jovem, iniciada com as expedições dos séculos XVIII e XIX, que vieram a constituir as bases dos estudos de equilíbrio que parecia manter as plantas e os animais a distribuirem-se conjuntamente e de formas determinadas no ambiente geográfico. Na segunda metade do século XIX, Haekel (1868) definiu a ecologia como a ciência das relações que mantém os organismos vivos, entre si e a sua envolvente físicoquímica. Revalle, P.(1984) indica que a palavra ecologia provem dos vocábulos gregos oikos que significa casa ou morada e logos estudo ou tratado. Assim genericamente, a ecologia estuda os organismos vivos e a sua distribuição no meio ambiente. Conesa Fernandez, V. (1997) define a ecologia como o estudo dos animais e plantas em relação com seu habitat e costumes, fazendo referência a Colinvaux (1980). A ecologia é, assim, uma ciência integradora e multidisciplinar, que precisa processar uma grande quantidade de dados para interpretar, relacionar e conhecer, utilizando como ferramentas instrumentais e de apoio, outras ciências tais como a: 7 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Química, Física, Fisiologia, Botânica, Zoologia, Demografia, Matemática, Genética, Sociologia, Sistemática, Geoclimatologia, Geografia, Geologia, etc. 1.2.1. Introdução à perspectiva ecológica O papel multidisciplinar da engenharia ambiental de hoje exige um maior conhecimento do funcionamento dos seres vivos e da interacção com o seu ecossistema. Então, o que é o ambiente? O ambiente global, entendido como o ambiente da Terra, é uma entidade que envolve muitos aspectos, como os constantes na fig. 1.1. As componentes do sistema ambiental global (biológico e não biológico) trazem à comunidade um conjunto de serviços indispensáveis e insubstituíveis que mantêm o equilíbrio do ecossistema na Terra, como são os alimentos, os medicamentos, os combustíveis, os materiais de vestir, os materiais de construção, etc. Os sistemas vivos também proporcionam serviços funcionais, como a conservação de uma mistura adequada de gases, geração e protecção de solos, transformação de resíduos, restauração de sistemas depois das alterações, etc. Assim, não só a humanidade é totalmente dependente do meio natural, mas também a totalidade do planeta depende da conservação do meio natural e da interacção entre os organismos vivos e os componentes físico-químicos da Terra (Erlich, P.R., 1991). BIOLÓGICO NÃO BIOLÓGICO ATMOSFERA (Ar) LITOSFERA (Terra sólida, solos) HIDROSFERA (Oceanos, lagos, rios, águas subterrâneas) ORGANISMOS VIVOS (Plantas, animais, vírus, bactérias, fungos,) e MATÉRIA ORGÂNICA MORTA (Organismos mortos e produtos residuais) Figura 1.1 – Componentes e sub componentes do meio natural (Kiely, G., 1999) 1.2.2. Níveis de organização biológica no ambiente Um dos maiores axiomas no ambiente global é que tudo está ligado com tudo, de tal modo que as mudanças num componente podem afectar muitos outros, tanto no espaço como no tempo. No nível mais elementar, as células são as unidades básicas estruturais e funcionais da vida, constituindo os organismos que são os processadores activos da matéria e energia. Os níveis principais de organização ecológica podem-se resumir a cinco (Kiely, G., 1999): a) Indivíduos: possuem funções fisiológicas e respondem às condições de um ambiente determinado. Pertencem a uma espécie que compreende todos os indivíduos que potencialmente são capazes de se reproduzir. 8 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações b) Espécie: grupos de indivíduos caracterizados por sua raça e seu parentesco, portanto possuindo genes comuns e/ou hereditários. As espécies não se distribuem ao acaso dentro do ecossistema, mas dependem das interacções com outras espécies e das condições físicas e químicas de seu habitat. Cada espécie tem um nicho particular, definido por factores físicos (humidade, temperatura, etc.), biológicos (tipo de nutrientes e quantidade de predadores que actuam sobre ela) e etológicos (ciclos estacionais e temporários, organização, etc.). c) População: são os membros de uma espécie que vivem em conjunto numa determinada localidade e ao mesmo tempo. Populações da mesma espécie podem diferir em tamanho, ritmo de reprodução, de morte e, portanto, do crescimento. As populações funcionam como sistemas autónomos, regulando sua densidade por suas próprias características e as de seu ambiente, mas pela complexidade e variedade de nichos, a regulação deve-se a mais de um factor. d) Comunidade: inclui os organismos vivos, ou seja, plantas e animais (incluído microrganismos), que interagem mutuamente num ambiente particular que compreende as populações e as suas respectivas espécies. As comunidades são submetidas a três mecanismos dentro do ecossistema: selecção (sobrevivem os indivíduos melhor adaptados às condições do meio), evolução (processo de mudanças acumuladas e adaptação das sucessivas gerações dos organismos a partir dum antecessor comum) e competição (que consiste na luta por um recurso). Estes três mecanismos propiciam a sucessão de umas comunidades por outras. e) Ecossistema: Refere-se ao sistema dos organismos vivos ou biológicos e os componentes ambientais não biológicos, de tal modo que o processo ecológico passa a constituir o ecossistema (fig. 1.2). ECOSSISTEMA TEMPERATUR A E HUMIDADE (calor, clima) LUZ SOLAR (fluxo de energia) SOLO (energia e fluxo de materiais) COMUNIDADE COMUNIDADE População Espécie A População Espécie B AGUA (fonte de oxigénio e hidrogénio) .... População Espécie “n” AR (fonte de oxigénio, nitrogénio, etc.) 90 Figura 1.2 – Esquema do ecossistema (modificado de Revelle, P., 1984) No ecossistema global o Sol constitui a fonte de luz, de calor e de energia, que dá vida no planeta Terra. O seu calor emitido mantém uma temperatura adequada para os 9 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações seres vivos e para isso, contribui a camada de ozono que filtra os raios ultravioletas prejudiciais à vida. Sem o Sol não haveria a evaporação das águas, que é fundamental para o ciclo da água, nem o processo de fotossíntese que possibilita que as plantas retirem gás carbónico do ar com os que produzem o oxigénio. Os animais, durante a respiração, retêm oxigénio e expelem dióxido de carbono que as plantas utilizam durante a fotossíntese, reiniciando o processo. A fotossíntese é um processo químico através do qual os vegetais, certas bactérias e algas azuis produzem a sua própria matéria orgânica, a partir de energia luminosa e de substâncias simples (água e o dióxido de carbono), libertando no processo oxigénio para o meio. O nitrogénio ou azoto é outro dos componentes essenciais à vida por causa dos aminoácidos, proteínas ( DNA e RNA), e forma parte da atmosfera em cerca de 80%. Os animais e as plantas absorvem nitrogénio sob as formas de amónia ou de nitrato. As bactérias transformam a amónia em nitritos e em seguida em nitratos, que são usados pelas plantas como proteínas. Os animais herbívoros ao comerem as plantas acabam absorvendo nitrogénio. Os animais carnívoros que comem os herbívoros e outros carnívoros também acabam absorvendo nitrogénio. Essa sequência em que alguns animais comem outros é chamada cadeia alimentar (fig. 1.3 direita), que se inicia com o processo de fotossíntese das plantas e raramente excede quatro ou cinco níveis ou grupos de seres vivos. Quando os animais e plantas morrem, certas bactérias e fungos convertem seus compostos de nitrogénio em gás nitrogénio, reiniciando o ciclo do azoto. O ciclo da água é outro dos ciclos básicos para a vida na Terra, que tem seu início com a evaporação das águas dos oceanos, lagos e rios, formando nuvens e retornando à Terra em forma de chuva e neve. Nas áreas com vegetação, o solo retém água que é usada pelas plantas e a restante acaba indo para os rios e lagos. ECOSSISTEMA GLOBAL Nuvens Sol Planta Chuva Ciclos do Carbono e do oxigénio Fotossíntese Dióxido de carbono Oxigénio Cadeia alimentar Lontra Urso Castor Peixes Rãs Cicloda da água água Ciclo Oceanos Rios Aves Gás nitrogénio Lagos Infiltração de água Besouros Plantas aquáticas Amónia nitrato Larvas Ciclo do nitrogénio Plâncton animal Camarão de água doce Plâncton vegetal Águas subterrâneas Figura 1.3 – Ecossistema global e a cadeia alimentar (www.uol.com.br) 10 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A água não utilizada pelas plantas passa através de solos e infiltra-se até as grandes reservatórios subterrâneos, formando os chamados aquíferos, que fluem em direcção aos oceanos. Como se pode observar, o ecossistema global é formado por ciclos e processos interdependentes e de forma sincronizada e equilibrada. O ser humano, ao longo do tempo, vem criando produtos e processos que interferem directa ou indirectamente nesse equilíbrio. f) Biomassa: é um nível mais alto de organização, como o bosque tropical que ocorre nas zonas de alta temperatura e intensa pluviosidade. g) Biosfera: é o maior nível de organização, que é parte da Terra e da atmosfera na qual existe a vida. Inclui a crosta superficial, os oceanos e os sedimentos no fundo das massas de água e parte da atmosfera ocupada pela vida. A este nível ecológico produzem-se ciclos biogeo-químicos de grande dimensão com participação de elementos naturais e poluentes. Um dos objectivos do estudo ecológico é entender como funcionará a biosfera (como se forma um grande ecossistema) no futuro e como solucionar os problemas já causados. Os factores não biológicos do ecossistema influenciam em número e género os organismos existentes. A luz natural do Sol é um dos principais factores, porque as plantas de cor verde ao usarem a energia solar produzem o processo de fotossíntese, gerando material orgânico e quase todas as criaturas vivas dependem deste organismo para seu alimento. A água é o composto que precisam na Terra todas as formas de vida, a qual é parte do processo precipitação/evaporação. É o maior solvente da natureza, pelo que a dissolução dos poluentes afecta o ambiente, como a chuva ácida que se forma quando o óxido sulfuroso produzido pela combustão dos combustíveis fósseis se dissolve na chuva, reduzindo o desenvolvimento das florestas e causando a contaminação das águas. A temperatura tem um profundo efeito no desenvolvimento dos organismos, incluindo a reacção bioquímica que é necessária para a vida e depende da temperatura. As mudanças de temperatura pela acção do homem no ambiente poderiam produzir efeitos negativos ou devastadores no ecossistema. O oxigénio é um elemento não biológico muito importante, pois tanto plantas como animais o usam para obter energia que permita o seu desenvolvimento e metabolismo. Na Terra, o oxigénio é variável em função da altitude e seu abastecimento poderá variar, dependendo das plantas existentes. As águas naturais contêm oxigénio, que é um meio vital para os animais e plantas, podendo ocorrer a sua contaminação pela acção do homem. O solo é também importante por servir de suporte para o desenvolvimento dos seres vivos, principalmente através das pastagens e florestas. 1.2.3. Processos ecológicos no ecossistema Entre os componentes biológicos e não biológicos, interagem dois processos, que são o fluxo de energia e a decomposição/reciclagem de nutrientes. 11 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A vida sobre a Terra é promovida através do trabalho realizado nas trocas entre energia não aleatória (luz), e a energia aleatória (calor). Nos ecossistemas uma parte da energia da radiação solar transforma-se em energia química, que é a base energética dos sistemas vivos. Nestes organismos a energia deposita-se através da matéria orgânica viva ou morta, composta basicamente por carbono. Parte da matéria orgânica transforma-se em complexo químico adenosín trifosfato, denominado ATP, que se rompe durante o metabolismo para libertar a energia química armazenada e permitir a realização do trabalho, como a locomoção, reacções bioquímicas, etc. A produção de matéria orgânica rica em energia realiza-se dentro do ecossistema, quase na sua totalidade, por meio das plantas verdes em presença de luz solar por via da fotossíntese, gerando o seu próprio alimento mediante reacções químicas complexas impulsionadas pela radiação solar e utilizando pigmentos vegetais denominados clorofila. O processo da reacção química pode-se expressar por: Energia da luz do Sol 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 Plantas verdes (clorofila + enzimas) Açucares Na fotossíntese, liberta-se inicialmente o oxigénio criando uma atmosfera onde sobrevivem os organismos que precisam deste elemento e depois, mediante a transformação de complexos de ozono, bloqueia-se a penetração dos raios ultravioleta, tornando possível a existência da vida sobre a Terra. As plantas verdes usam 1 a 5% do total da radiação solar para a transformação em material orgânico, combinando o dióxido de carbono com a água. O material orgânico formado inclui uma variedade de açúcares, armazenada em forma de amido que em combinação com outras moléculas de açúcar formam hidratos de carbono como a celulose (células e tecidos das plantas). As plantas precisam substâncias inorgânicas (azoto, fósforo, magnésio e ferro) que reagem com a glucose e passam a formar gorduras, proteínas e ácidos nucleicos. Tanto animais como plantas verdes necessitam de energia para o seu crescimento e outros processos metabólicos. Esta energia é obtida através da série de reacções bioquímicas denominadas respiração. Nesta série de reacções, os materiais orgânicos como os açucares e glicoses são decompostos através dos catalisadores (enzimas). Sendo energia libertada usada para gerar outras reacções na célula. A reacção se exprime na seguinte equação: 6O2 + C6H12O6 Respiração 6CO2 + 6H20 + energia 1.2.4. O homem como parte do ecossistema O ambiente é um sistema dinâmico, extremamente complexo e de múltiplos componentes que transcende gandes espaços. Para além do espaço físico que o compõe nele estão incluído os quatro importantes domínios: litosfera, hidrosfera, atmosfera e biosfera (fig. 1.4). 12 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações O ambiente envolve uma componente antropocêntrica, que trata das causas e efeitos provocados pelo homem, visando a satisfação das suas necessidades e a consecução das suas mais nobres aspirações. O estado do ambiente depende das influências conjuntas da atmosfera, clima, processos químicos, terrenos e cobertura vegetal, fauna e seres humanos (Dinis da Gama, C., 2000). O homem é o componente biológico mais importante dentro do ecossistema e quem ademais das naturais relações com as plantas, animais e com os componentes físico-químicos, gera acções relacionais inteligíveis (voluntárias e involuntárias) que podem alterar o ecossistema e comprometer a sobrevivência e fecundidade do elemento biológico, incluído o mesmo homem. ATMOSFERA HIDROSFERA Home LITOSFERA BIOSFERA Figura 1.4 – Os principais constituintes do ambiente na Terra (Dinis da Gama, C., 2000) População (biliões) População Mundial Ano Figura 1.5 – Evolução da população mundial (www.census.gov/ipc/www/world.html) 13 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações O desequilibrio ambiental provocado pelo homem e pelo seu crescimento quantitativo (fig. 1.5) gera problemas decorrentes e consequências (fig. 1.6) e, em geral, tem duas causas principais: a) Tendência que o homem sempre sentiu para a mecanização, como nenhum outro ser vivo, conseguindo transformar as matérias-primas de que dispõe, de forma a torná-las úteis para si, seja como ferramentas ou máquinas, ou com objectivo de lazer ou arte. Durante a confecção de todos estes materiais formam-se quantidades apreciáveis de resíduos inúteis, que com o tempo acabam por comprometer o ambiente. Além disso, há consumos de energia provenientes de outras fontes e cuja produção também está associada á poluição do ambiente. Portanto, todo o processo de industrialização constitui um dos principais responsáveis pela poluição ambiental. Figura 1.6 – Esquema das causas, problemas decorrentes e consequências do desequilíbrio ambiental provocado pelo homem (www.geocities.com) b) A segunda causa da poluição ambiental reside no contínuo aumento da população (fig. 1.5), que, entre outros, implica uma crescente produção de alimentos com o consequente uso intensivo de fertilizantes e pesticidas, que poluem o ambiente. O aumento da população, assim como a melhoria das condições de vida, estão também na origem dum aumento do efeito poluidor dos esgotos urbanos. Estes contêm, além de detritos orgânicos, restos de alimentos, sabões e detergentes, incluindo portanto hidratos de carbono, gorduras, material proteico, detergentes, fosfatos e bactérias. 14 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 1.3. Evolução da Temática Ambiental 1.3.1. O ambiente no passado O resumo da grande preocupação do homem sobre o ambiente é referido por Soler, M.A., (1997) e Lamprecht, J.L., (1997) que fazem uma análise histórica do ambiente nos termos a seguir: No século terceiro antes de Cristo, Erastótenes descreveu o grave problema da erosão que afectava à ilha de Chipre a causa da desarborização para construção de navios, da fundição de cobre e da extracção da prata. Platão, Estrabão e Aristóteles reconheceram a gradual diminuição de peixes por efeito da erosão e sedimentação fluvial gerada por esse fenómeno. O historiador Clive Ponting relata que no ano 312 antes de Cristo, o rio Tíbre estava tão contaminado que os romanos buscaram outra fonte de água potável. De igual modo refere que a desflorestação total na ilha de Páscoa levou ao colapso da cultura existente nessa ilha. No ano de 1556, Georguis Agrícola na sua obra De Res Metallica, dá referência sobre o efeito negativo causado pela actividade mineira aos animais e ao ambiente, situação já conhecida pelos filósofos gregos. Entre 1707 a 1788 Georges Louis Leclerc, conhecido como Conde Bufon, elaborou um amplo tratado relacionado com profundos efeitos provocados na natureza pela acção do homem, com a domesticação e selecção artificial de plantas e animais. Posterior ao século XVII surgem ao nível dos estados-nações, iniciativas de controlo regulamentar das actividades do homem que atentavam à natureza, como foi o caso de França, com a Ordenança Florestal de Colbert. Nesta altura os cientistas começaram a definir e documentar-se sobre a relação entre a contaminação industrial e certas doenças. Nos anos 1682-1717 Bernardino Ramazzini, professor da Universidade de Modena e Pádua, identifica a doença do ceramista influenciado por chumbo. Também conseguiu associar as lesões nos pulmões e na boca dos artesãos de vidro com a utilização de bórax e antimónio. No século XIX, já no período industrial moderno, alguns governos fizeram leis para proteger a sociedade por acção da contaminação industrial. Em 1821 o parlamento britânico fez uma lei para evitar excessiva emissão de partículas pelos fornos das fundições e em 1863 promulga uma norma, onde exigia aos fabricantes de produtos alcalinos que eram usados na fabricação de sabão, vidro e tecidos, a eliminação de 95% do ácido clorídrico e para seu cumprimento cria pela primeira vez uma instituição de controlo denominada Alkali Inspectorate. Nos anos 1842 a 1860 iniciam-se os intentos de controlo de resíduos de cidades com projectos de esgotos como Hamburgo, Chicago e Berlim. Em 1840-1866 o alemão Ernst Heinrich Haeckel, pela primeira vez, utiliza o termo ecologia. 15 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Entre 1859 a 1872, observa-se um aumento da literatura científica relacionada com os efeitos negativos da revolução industrial, sendo um dos primeiros exemplos documentados sobre a contaminação do ar e chuva ácida, a obra de Robert Smith denominada Ácido e Chuva. Entre 1838 e 1914 o norte-americano Jhon Muir contribui com a criação da primeira reserva natural do mundo na Califórnia. Em 1949 Inglaterra promulga um decreto de Parques Nacionais e de acesso a campinas. No período 1890-1950 nos E.U.A. realizaram-se estudos ocasionais de contaminação de água e do ar, salientando o tratado de Aguas Limítrofes com Canadá. Entre 1929-1933 na Europa Water Pollution Research Board investigou sobre a descarga de material orgânico no rio Teeside de Inglaterra, concluindo que gerava um declinio na população de aves migratórias e salmão. Já em 1955, de 16 a 20 de Junho, celebrou-se uma conferência titulada “O papel do homem nos câmbios da face da Terra” em Princeton Nova Jersei; mas abordaram-se muito pouco sobre contaminação industrial. Em 1962 Barry Commover dos E.U.A. resume as suas conhecidas leis básicas da ecologia em quatro enunciados seguintes: 1) Todas as coisas estão relacionadas com as demais; 2) Todas as coisas vão a parar algum lugar; 3) A natureza é sabia; 4) Não há nada que seja gratuito. Em 2 de Dezembro de 1970 criou-se a Agência de Protecção Ambiental dos E.U.A. (EPA). Esta agência e outras analisam os efeitos nocivos do chumbo em água potável, as substâncias poluentes no ar, os produtos químicos tóxicos que a indústria verte no ambiente e os pesticidas que se infiltram nos aquíferos e muitos outros temas. Em 1974 na Califórnia, estabeleceram-se organismos governamentais como Southern California Air Management District para tarefas de controlo dos índices de contaminação do ar, solo e água. Em 1986, 10 anos antes da elaboração da norma ISO 14001 e 6 anos antes de no Reino Unido ser publicada a norma BS 7750 sobre gestão ambiental, a administração de Califórnia introduz um método de Certificação de Auditores Ambientais REAs (Registered Environmetal Assesors) (capítulo 1507, estatutos de 1986) no Decreto de Avaliação da Qualidade. 1.3.2. Consciência global do ambiente Dezassete anos depois de realizada a conferência internacional em Princeto (Nova Jersei), celebra-se a conferência internacional de Estocolmo (1972), onde se trata amplamente do ambiente, enfatizando o referente ao seu uso, degradação, conservação e preservação, promovendo uma consciência sobre o desenvolvimento equilibrado. O acontecimento histórico seguinte no debate ambiental de escala global foi em 1987 quando aparece o famoso relatório Brundtland, fruto do trabalho realizado entre 1984 e 1987 pela Comissão Mundial para o Ambiente e o Desenvolvimento, onde se identifica a ameaça relacionada com a camada de ozono, a mudança climática, a 16 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações acidificação do meio, a erosão dos solos, etc., delineando a necessidade de conciliar o desenvolvimento e a natureza. O relatório propõe a sustentabilidade do desenvolvimento para as gerações futuras. Este documento serviu de base para as negociações duma convenção sobre o ambiente e para a convocatória da Conferencia do Rio de Janeiro ECO/92. Em ECO/92 acentua-se a visão antropocêntrica, salientando-se os aspectos socioculturais e económicos de temas como a camada de ozono, biodiversidade, efeito estufa, recursos naturais, etc. Nesta conferência assinaram-se três acordos principais: A Declaração do Rio, a Agenda 21 e a Convenção sobre a Biodiversidade. Estes acordos reforçaram o homem como centro de preocupações, a responsabilidade nacional sobre os recursos naturais e o desenvolvimento de linhas de cooperação futura. Dos três acordos, a Agenda 21 foi o principal, pelo facto de abordar temas de dimensão social e económica, do desenvolvimento sustentável, a cooperação internacional, a pobreza, a mudança nos padrões de consumo, etc. Pode-se afirmar que nos últimos 28 anos foram estabelecidos acordos internacionais sobre a necessidade de introduzir mudanças nas políticas económicas dos países, nas áreas da conservação do desenvolvimento sustentável. Os acontecimentos mais importantes estão resumidos na Tabela 1.1. Mais recentemente, quase todos os países promulgaram leis nacionais de protecção ambiental para abordar este tema de forma séria e formal, mas existe ainda o problema da sua aplicação objectiva e real. Finalizando a década do 70, a EPA estava consciente da impossibilidade de controlar a indústria no caso de não contar com capacidade de sanção e também de investigação. Durante a década de 90, a EPA, a SEC (Securities and Exchange Commission), a OSHA (Occupational Safety and Helath Administration) e a IRS (International Revenue Service), fizeram comuns os recursos da administração para identificar e sancionar às empresas que não cumprissem as leis consideradas críticas. As duas décadas duma política de ordem e mando ocasionaram certo ressentimento na maioria dos sectores industriais e empresários, pelo que a EPA desde 1989 deixou este conceito, acolhendo ao novo conceitode redução na fonte de contaminação, mediante programas de prevenção. Tabela 1.1 – Acontecimentos mais importantes relacionados com a consciência global do ambiente Ano 1955 1972 1972 1980 1987 1987 Acontecimentos Primeira Conferencia Internacional sobre “O papel do homem em mudar a face da Terra” Princeton, Nova Jersei. Celebra-se em Estocolmo a primeira Conferencia Internacional sobre o Ambiente, patrocinado pela ONU. O Clube de Roma apresenta seu controvertido relatório com aspectos apocalípticos, titulado: Os limites do crescimento (The Limites of Growth) O Relatório Mundial 2000, publica-se no mandato do presidente Cárter. O relatório teve boa aceitação no meio internacional. O protocolo de Ozono de Montreal aborda a questão da camada de ozono. A Comissão Mundial de Meio Ambiente e Desenvolvimento, presidida pelo Primeiro-ministro de Noruega., Gro Harlem Brundtland, publica “Nosso futuro comum” onde dá conhecer o termo desenvolvimento sustentável (DS). 17 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 1.1 – Acontecimentos mais importantes relacionados com a consciência global do ambiente Ano 1989 1992 1992 1996 1997 2002 2002 Acontecimentos Holanda publica o primeiro Plano Nacional de Política Ambiental (NEPP) conhecido como o Plano Verde. Seguem o Canadá e Nova Zelândia num prazo inferior a dois anos. Celebra-se a Conferência de Meio Ambiente e Desenvolvimento, patrocinado pela ONU conhecida como a Cimeira do Rio. O plano Agenda 21 proclama o DS. O Conselho Empresarial para o DS e Stephan Schmidheing publicam Mudando o Rumo: uma perspectiva de âmbito mundial para o desenvolvimento e o meio ambiente (Changing course: a Global Business Perspective on Development and the Environment) Publica-se a norma ISO 14001 para a gestão ambiental. Foi aprovado o Protocolo de Quioto, estabelecendo como meta, reduzir as emissões de gases poluentes dos países industrializados em 5.2%, sobre os níveis existentes em 1990, até 2012. Os Estados-Membros da União Europeia aprovam reduzir, em conjunto, as suas emissões de gases com efeito de estufa em 8%, entre 2008 e 2012 Celbra-se a Conferência sobre DS em Joanesburgo, resultando dois documentos: um sobre a declaração política, que expressa os compromissos dos paises e os rumos para o DS; e outro sobre o plano de ação, que estabelece metas e ações de forma a guiar esta implementação. Outra mudança, resultado da experiência da EPA e do Projecto denominado XL (Excelência e Liderança) é de que cada empresa desenvolverá seus próprios métodos para a melhoria do ambiente. Este projecto tem aspectos em comum com a norma internacional ISO 14001. Baseado nas recomendações feitas no relatório Brundtland, muitos países trataram de conformar o “movimento verde” (E.U.A., Dinamarca, Alemanha, Holanda, Noruega, Suécia e Suiça) mediante a implantação do denominado Plano Verde. Em vez de leis isoladas que enfrentavam os problemas um por um, esses países unificaram esforços dos seus ministérios e agências para melhorar a qualidade do ambiente. Um bom exemplo é o Plano Nacional Holandês sobre a política do ambiente, que considera não ser possível realizar uma política nacional do ambiente sem a existência de uma política de âmbito mundial (NEPP1 e NEPP2). Finalmente a norma da Organização Internacional de Normalização (ISO), com a recente aparição da família de normas para os sistemas de gestão ambiental conhecida como ISO 14001, tem a característica de ser uma norma de nível internacional. De 1 a 10 de Dezembro de 1997, realizou-se em Quioto, Japão, a III Conferência das Partes da Convenção Quadro das Nações Unidas, sobre Mudança do Clima, com objectivo de lutar contra as alterações climáticas através de uma acção internacional de redução das emissões de determinados gases com efeito estufa, responsáveis pelo aquecimento global. O Protocolo de Quioto incide nas emissões de seis gases: dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), protóxido de azoto (N2O), hidrofluorocarbonetos (HFC), hidrocarbonetos perfluoretos (PFC) e hexafluoreto de enxofre (SF6). No protocolo (Anexo I) todas as partes comprometem-se a reduzir as suas emissões de gases com efeito de estufa em pelo menos 5% em relação aos níveis de 1990 durante o período 2008-2012 (http://www.riomaisdez.gov.br/documentos/1749-Protocolodekyoto.pdf). 18 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Na União Europeia toma-se a decisão 2002/358/CE do Conselho, relativa à aprovação do protocolo de Quioto da Convenção Quadro das Nações Unidas, sobre as alterações climáticas e ao cumprimento conjunto dos respectivos compromissos, no sentido de os Estados-Membros da União terem de reduzir, em conjunto, as suas emissões de gases com efeito de estufa em 8%, entre 2008 e 2012 ( http://europa.eu.int/scadplus/leg/). 1.4. Desenvolvimento Sustentável 1.4.1. Conceitos sobre desenvolvimento sustentável O conceito de desenvolvimento sustentável tem notória presença desde 1987, quando a Comissão de Comércio Mundial de Meio Ambiente e Desenvolvimento publicou o trabalho Our Common Future (nosso futuro comum) conhecido como relatório Brundtland, cuja conclusão considera que o grande problema ambiental deve ser abordado com um desenvolvimento sustentável. O documento Cuidar a Terra – uma estratégia para viver de maneira sustentável, publicado em 1991 pela UICN (União Internacional para a Conservação da Natureza), manifesta que a humanidade precisa viver cuidando os limites da capacidade de carga da Terra e afirma que existe um grande risco de degradação ambiental pelas acções de desenvolvimento que o próprio homem realiza, pelo que, se não beneficiarmos dos recursos da Terra de maneira sustentável e prudente, hipotecaremos o futuro das pessoas. A WCED (Comissão Mundial de Meio Ambiente e Desenvolvimento) define desenvolvimento sustentável, aquele desenvolvimento que satisfaz as necessidades do presente sem comprometer a capacidade das gerações futuras. A conferência Cimeira do Rio de Janeiro realizada em 1992, no seu primeiro princípio, proclama que os seres humanos constituem o centro das preocupações relacionadas com o desenvolvimento sustentável. Todos eles têm direitos a uma vida saudável e produtiva em harmonia com a natureza. Indica, também, que o direito ao desenvolvimento deve ser de forma que responda equitativamente às necessidades ambientais e do desenvolvimento das gerações presentes e futuras. 1.4.2. Princípios do desenvolvimento sustentável e a agenda 21 Segundo Sands, P., (1995) o conceito de desenvolvimento sustentável pode-se identificar com o princípio da equidade nas gerações e princípios que estabelecem o uso equitativo e sustentável dos recursos naturais. Brow, W.E., (1989) afirma que o princípio de desenvolvimento sustentável consiste na obrigação de conservar a diversidade natural e cultural dos recursos com o fim de não restringir as opções das gerações futuras. A Comissão Mundial sobre o Ambiente e Desenvolvimento (WCED) indica que o princípio da vida sustentável está no estabelecimento da ética baseada no respeito e a consideração para todos e cada um de nós com a Terra. O desenvolvimento não pode conseguir-se comprometendo gerações futuras, nem deve constituir uma dificuldade para a sobrevivência de outras espécies. 19 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Assim também, os princípios de uso equitativo e sustentável explicitam o objectivo da exploração dos recursos naturais de forma prudente, racional e/ou apropriada. Dentro de outra óptica, o princípio de desenvolvimento sustentável é reflectido no estabelecimento de padrões para o uso e a exploração dos recursos naturais. Trata-se portanto, de garantir uma utilização óptima dos recursos, sem comprometer a capacidade do planeta de gerar recursos renováveis e sem pôr em perigo o esgotamento dos recursos não renováveis. A Agenda 21, documento da Conferência das Nações Unidas para o Ambiente e o Desenvolvimento, que data de 1992, define as acções a realizar na última década do século XX (que passou), e as primeiras do século XXI (que estamos iniciando), agrupadas nas quatro secções seguintes: Secção I: define as acções de cooperação internacional, de integração dos processos de decisão, das exigências ambientais no tema de desenvolvimento, de luta contra a pobreza e de protecção da saúde; Secção II: define as acções necessárias para uma protecção e uso sustentável dos recursos naturais, considerando vários sectores: atmosfera, desflorestação, águas, gestão de resíduos, etc.; Secção III: identifica os grupos de actores implicados e o papel que têm na implementação da Agenda: mulheres, crianças, jovens, povos, indígenas, ONGs, autoridades locais, membros da comunidade científica, etc.; Secção IV: considera os meios para garantir a aplicação da Agenda 21, relacionados com os recursos e mecanismos financeiros, transferência de tecnologia, educação, participação pública, etc. Na Agenda 21 enuncia-se no sentido de que a humanidade de hoje tem a capacidade de desenvolver-se de uma forma sustentável, sendo entretanto preciso garantir as necessidades do presente sem comprometer a capacidade das futuras gerações em satisfazer suas próprias necessidades e acredita-se que isso será possível, com um desenvolvimento sustentável (DS), definido como o equilíbrio entre a tecnologia e o ambiente com a participação consciente dos grupos sociais na busca da equidade e justiça. O DS tem seis aspectos prioritários entendidos como metas (Mendes, M.C., 2002, www.educar.sc.usp.br): A satisfação das necessidades básicas da população (educação, alimentação, saúde, lazer, etc.); A solidariedade para com as gerações futuras (preservar o ambiente de modo que elas tenham oportunidade de viver); A participação da população envolvida (todos devem tomar consciência sobre a necessidade de conservar o ambiente e fazer cada um a parte que lhe corresponde para tal); A preservação dos recursos naturais (água, oxigénio, solo, etc.); 20 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A constituição de um sistema social garantindo emprego, segurança social e respeito a outras culturas (erradicação da miséria, do preconceito e do massacre de populações oprimidas, como por exemplo os índios); A efectivação dos programas educativos. Na tentativa de chegar ao DS a educação ambiental é parte vital e indispensável, pelo que é a maneira mais directa e funcional de se atingir pelo menos uma das suas metas que é a participação da população. 1.5. O Solo E Os Impactes Ambientais Para o objectivo do presente livro, é indispensável tomar como base os conceitos e experiências da gestão ambiental desenvolvidos até o momento; portanto, a seguir apresenta-se uma breve revisão do tema, iniciando com o relacionado ao solo e depois relativamente aos problemas ambientais na atmosfera e água. 1.5.1. Condição e qualidade natural da litosfera A parte superior do leito rochoso da Terra, em média, tem uma fracção sólida de 50% (45% de minerais e 5% de material orgânico) e espaço de poros de 50% (água e ar). O movimento do ar e a humidade originam a lixiviação e o escoamento superficial, que constituem uma acção potencial para a poluição de águas superficiais e subterrâneas. A textura do solo é uma propriedade física importante que é relacionada com a condutividade hidráulica e a capacidade da retenção de água. Assim, uma textura grosa permite maior condutividade hidráulica e menor capacidade de retenção da água. Outra propriedade do solo, também importante é a quantidade de poros (Kiely, G., 1999). As propriedades químicas do solo são importantes, porque este contem nutrientes, e dos não disponíveis para as plantas não existe ameaça para a qualidade ambiental, enquanto que, os disponíveis são um potencial para a poluição. Por isso, a capacidade de troca de catiões e aniões é particularmente importante. As Tabelas 1.2. e 1.3. apresentam a composição elementar e mineralógica do solo natural. As tabelas mostram que o maior predomínio elementar é do oxigénio e sílica, que em conjunto atingem 80% do total, e que ocorrem formando minerais com predomínio da combinação Si – O. Os minerais principais são o quartzo, mica, anfíbola, piroxena e olivina, que têm origem na rocha mãe. Tabela 1.2 – Componentes elementares mais importantes do solo e crosta terrestre (Adaptado de Kiely, G., 1999 e de Sposito, 1989) Solo Crosta Solo Crosta Elemento Elemento (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) O Si Al Fe C/Ca Ca/Mg 490000 310000 72000 26000 25000 24000 474000 277000 82000 41000 41000 23000 K/Na Na/K Mg/Ti Ti/P S/Mn F/C 21 15000 12000 9000 2900 1600 950 23000 21000 5600 1000 950 480 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 1.3 – Componentes mineralógicos mais importantes do solo (Adaptado por Kiely 1999, de Sposito 1989) Nome Quartzo Mica Fórmula química SiO2 K2Al2 (Si2O5)3Al4(OH)4 Nome Feldespato Piroxena Formula química (NaK)AlO2 (siO2) 3 (Ca,Mg,Fe,Ti,AlSi,Al)O3 Anfíbola ((Si, Al)4=11) 2 Epídoto Ca2 (Al,Fe) 3 (OH)Si3O12 Olivina (Mg, Fe) 2SiO4 Turmalina NaMg3Al6B3Si6O27(OH,F) 4 O ar presente no solo tem uma composição similar ao ar atmosférico; mas pode variar em certas condições, como por exemplo o ar atmosférico tem uma concentração em O2 de 209000 ppm e o ar do solo apenas pode estar próximo de 20000 ppm; o dióxido de carbono (CO2) atmosférico é uns 300 ppm e no solo varia de 3000 a 30000 ppm. A água não é pura porque contem minerais dissolvidos, coloidais e suspensões. Entre a fase sólida e a líquida do solo existe uma fase coloidal onde há troca de catiões/aniões. A fase coloidal possui geralmente carga negativa pelo que retém os catiões na lâmina de água, e esta retenção diminui a perda dos catiões (por exemplo Ca2+, Mg2+, K+, Na+), que podem trocar com outros iões por processos naturais ou artificiais (rega, fertilização, etc.). Assim, uma solução de sulfato de amónio pode produzir uma extensão de sulfato cálcico, onde o catião dominante NH4+ muda a Ca2+, facto que influência no pH do solo. Segundo Sposito, 1989, a troca de Mg2+ por Ca2+ está representado por: CaCO3(s) + Mg2+ (ac) = MgCO2(s) + Ca2+ (ac). A salinidade determina-se pela condutividade eléctrica (solo salino > 4000 µS/cm), onde µS representa microsiemens. 1.5.2. Alterações e impacte ambiental A nível geral o impacte ambiental produzido no solo associa-se aos seguintes aspectos: a) Destruição directa de solo; b) Poluição do solo; c) Alteração morfológica; d) Perda de recursos minerais e rochas industriais; e) Modificações devido à erosão e desertificação (fig. 1.7); f) Alterações da estabilidade de taludes; g) Subsidência; h) Alteração na sedimentação; i) Alteração na dinâmica de leitos e zonas de inundação; j) Sismicidade induzida e vibrações; k) Alterações na qualidade e impacte visual. Cada um de estes factores que ocasionam impactes ambientais merecem estudos específicos, como exemplo a seguir ilustra-se na Tabela 1.4 o relacionado como a erosão do solo. Figura 1.7 – Erosão pela acção da mineração (esquerda) e desertificação eólica (direita) 22 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A predição da média anual de perda de solo causada pela erosão laminar denominada USLE (Universal Soil Loss Equation), não adequada para a estimativa de eventos fluviométricos específicos (Mark, N., 1996) é dada por A = R. K. L.S. C. P onde, A é a perda de solo (t/ha.ano), R é o factor de erosividade da chuva, K é o factor de erodibilidade do solo, L é o factor de comprimento da rampa baseado nos seus valores, S é o factor de declividade baseado nos valores em percentagem, C é o factor de uso e manejo, e P é o factor de práticas conservacionistas. Tabela 1.4 – Poluição e impacte ambiental de solo/terra (baseado em Conesa, V., 1997) Poluentes Fontes de poluição Impacte sobre o meio -O clima: intensidade e frequência das precipitações e a sua distribuição na área definida. Intensidade e regime de ventos e temperatura. - O solo: tipos, textura e estrutura, litologia ou composição mineralógica. -Geomorfologia: forma e textura de releve, topografia de degraus. -Vegetação: configuração e classe de vegetação, qualidade e quantidade. -Outros: geologia, hidrologia, deslizamento, salinação, fogos, etc. -Industria e actividades consomem energias fósseis que produzem um acréscimo do balanço energético da atmosfera por contaminação térmica. -Industria e actividades queimam gás natural, petróleo e bosques, aumentam o anidrido carbónico incorporando ao ciclo de carbono. O CO2 ao ser emitido ao exterior encerra energia gerando aquecimento que modifica as precipitações provocando a aridez e erosão. -A mineração, ao destruir bosques e alterar a superfície mediante o movimento de terras provoca a erosão. -Pastoreio e agricultura em encostas. -Erosão hídrica, expressada em: selecção de partículas do solo por erosão laminar, aumento da erosão nos canais, deslocamento de lama por a grande quantidade de água no solo, deslocamentos superficiais e de fundo por efeito da presença de planos lubrificados e água saturada. -Intensificação da erosão eólica, oclusão de passagens de águas, valetas e danos em superfícies de edifícios, e outros. -Desertificação de solos de zonas áridas e semiáridos. -Impacte visual. Medidas preventivas e correctivas -Ao planificar ou projectar, considerar níveis de tolerância, controlando assim: .Tipo de coberto vegetal; .Percentagem de coberto herbáceo e o grau de consolidação; .Forma topográfica do cultivo. -Métodos baseados na vegetação e tipo de cultivo. -Gestão adequada do gado, evitando o sobre pastoreio. -Métodos mecânicos como: técnicas de não cultivo com regos localizados, aparas de madeira, hidrosememnteira, etc. -Terraços em valetas, com colectores e talude relvado. Desvios para evacuação de água, etc. Grande parte do mundo sofre com a desertificação, com a deterioração dos solos, da vegetação e das águas (Tabela 1.5). 23 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 1.5 – Áreas afectadas pela desertificação (UNEP, 1991, www.desert.org.br) Áreas degradadas Km2 % do total de terras secas Pela irrigação 430000 0.8 Pela agricultura de sequeiro 2160000 4.1 Pela pecuária (solos e vegetação) 7570000 14.6 Pelo homem (1+2+3) 10160000 19.5 Pelo pastoreio 25760000 50.0 Total de áreas degradadas (4+5) 35920000 69.0 As regiões áridas e de terras secas, ocupam mais de 37% de toda a superfície do planeta, abrigando mais de 1 bilião de pessoas, ou seja, 1/6 da população mundial, cujos indicadores principais são os de baixo nível de renda, baixo padrão tecnológico, baixo nível de escolaridade e ingestão de proteínas abaixo dos níveis aceitáveis pela OMS (Organização Mundial da Saúde). Apesar de todas essas restrições, as terras áridas são responsáveis por mais de 22 % de toda produção mundial de alimentos e, no passado, formaram o berço dos grandes impérios e civilizações, como o Egipto, a Pérsia, a China e a Índia. Figura 1.8 – Impacte paisagístico devido a subsidência e processamento de minerais nas operações mineiras (www.folhadomeioambiente.com.br) Já os dados da ISRIC (International Soil Reference and Information Centre), concluem que 19.5% das regiões áridas do mundo estariam sofrendo algum tipo de degradação. Um problema ambiental relacionado ao solo é a subsidência provocada pela mineração subterrânea (fig. 1.8 esquerda) e degradação pelo processamento de produtos minerais (fig. 1.8 direito). 1.6. A Água e a Contaminação A água é um dos elementos de maior importância para todas as formas de vida na Terra. Ela está presente em todos os organismos vivos, fazendo parte de uma infinidade de substâncias e órgãos. Além disso, transporta diversos compostos nutritivos dentro do 24 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações solo, ajuda a controlar a temperatura de nossa atmosfera e apresenta uma série de funções de extremo valor. As principais fontes de contaminação das águas são ocasionadas por resíduos, sejam eles agrícolas (de natureza química ou orgânica), esgotos, resíduos industriais, lixo ou sedimentos vindos da erosão. A poluição das águas pode aparecer de vários modos, incluindo a poluição térmica, que é a descarga de efluentes a altas temperaturas, poluição física, que é a descarga de material em suspensão, poluição biológica, que é a descarga de bactérias patogênicas e vírus, e poluição química, que pode ocorrer por deficiência de oxigênio, toxidez e eutrofização . A eutrofização é causada por processos de erosão e decomposição que fazem aumentar o conteúdo de nutrientes, aumentando a produtividade biológica, permitindo periódicas proliferações de algas, que tornam a água turva e com isso podem causar deficiência de oxigênio pelo seu apodrecimento, aumentando sua toxidez para os organismos que nela vivem (como os peixes, que aparecem mortos junto a espumas tóxicas). Na natureza existem águas superficiais (rios, lagos, mares e oceanos) e subterrâneas, e mais de 97% da água doce disponível em nosso planeta para uso pelo homem é a subterrânea. Em muitos partes do planeta a água subterrânea é a principal fonte de abastecimento para o uso doméstico, agrícola e industrial. Mas de 1.5 biliões de habitantes de áreas urbanas são abastecidos com água subterrânea. 1.6.1. Propriedades e qualidade natural 1.6.1.1. Propriedades físicas São de dois tipos: padronizadas (peso molecular, densidade, ponto de fusão, ponto ebulição, etc.), e as que apresentam ampla variação (Barnes, D., et al., 1986) como são os que se descrevem a seguir: Cor: produzido pelo mineral dissolvido ou ácido fumico das plantas e mede-se em mg/litro de platino, que nas águas dos rios oscila entre 5 e 200 mg/litro. Turbidez: é causada pela matéria em suspensão, mede-se em mg/litro de SiO2, que nas águas do rio oscila de 2 a 200 mg/litro. Cheiro: é inodora quando é limpa (destilada). O H2S torna à água com um mau cheiro. Mede-se ao diluir uma amostra de água sem cheiro (valor 1) até detectar cheiro perceptível. Sabor: faz variar a presença de microrganismos, algas ou sais, como Ca2+, Mg2+ e Cl-. Temperatura: quando esta propriedade aumenta reduz a quantidade de oxigénio podendo apresentar estratificações em profundidade. Sólidos presentes: são de origem orgânico e inorgânico. A quantidade, tamanho e tipo de sólidos são função do tipo de água. Os sólidos se determinam em função de: sólidos totais (ST) que é todo o resíduo que fica depois da evaporação a uma temperatura de 105 °C, sólidos em suspensão ou não filtráveis (SS) com tamanho de 10-3 a 1 mm, sólidos totais dissolvidos (STD) que é a diferença de ST-SS, com tamanhos de 10-3 a 10-9 25 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações mm, sólidos totais voláteis (STV) que são a fracção orgânica e inorgânica gasificada a 550 °C, sendo a restante não volátil ou sólidos fixos em suspensão e finalmente sólidos coloidais cujo tamanho é de 10-3 a 10-6 mm. 1.6.1.2. Propriedades químicas a) Propriedades químicas das substâncias inorgânicas das águas, são relacionadas às propriedades específicas (Ca2+ e Mg2+) ou metais (Pb, Cu, Zn, Sn, Hg) e propriedades gerais (alcalinidade, dureza, condutividade eléctrica, acidez, etc.). As espécies iónicas principais de algumas águas naturais, estão indicadas na Tabela 1.6 e as espécies iónicas secundárias são: Al3+, NH4+, As+, Ba2+, BO43-, Cu2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, HSO4-, HSO3-, CO32-, F-, OH-, H2PO4-, HPO42-, HPO43-, S2- e SO32-. Tabela 1.6 – Espécies iónicas principais em águas naturais (baseado em Kiely, G., 1999) Grupo iónico Ião constituinte Água de chuva Concentrações (mg/litro) Água de rio, Agua prometido Subterrânea, mundial Daeton Ohio Água de mar Catiões Cálcio Ca2+ Magnésio Mg2+ Sódio Na+ Potássio K+ 0.09 0.27 1.98 0.30 1.5 4.1 6.3 2.3 92 34 8.2 1.4 400 1350 10500 380 Aniões Bicarbonato HCO3Sulfato SO2Cloreto ClNitrato NO3 0.12 0.58 3.79 - 58.4 11.2 7.8 1.0 339 84 9.6 13 142 2700 19000 - Características gerais STD Dureza total PH como CaCO3 7.13 5.7 120 56 - 434 369 - 34500 - As propriedades gerais que determinam a qualidade das águas são: pH, alcalinidade e acidez, dureza e condutividade. O pH é o logaritmo decimal negativo (base 10) da concentração do ião hidrogénio e é sem dimensão, ou seja: pH = - Log (H+). A água dissocia-se muito pouco em H+ (ião hidrogénio) e em OH- (ião hidroxilo). Quando não há presença de substâncias estranhas na água (água destilada) a concentração resulta [H+] = [OH-] e no caso da electroneutralidade ∑catiões = ∑aniões; portanto a definição de neutralidade para a água é pH = 7 = pOH. A acidez implica um pH <7 e basicidade implica um pH> 7 (fig. 1.9). O pH aceitável para tratamento de águas residuais é de 6 a 8. O aumento da alumina como coagulante reduz o pH o qual pode ser requerido para a correcção pelo uso da cal (CaCO3)-. Para fins ambientais na Tabela 1.7 refere-se os valores típicos expressos em CaCO3/litro, que é resultado da medição volumétrica com H2SO4 N/50. 26 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Figura 1.9 – A escala de pH da água A alcalinidade é a capacidade da água para aceitar os iões H+ ou capacidade de desneutralização da base. Stumm e Morgan em 1981 definiram como [Alc] = [OH-] + 2[ CO32-] + [ H CO3- ] - [H-] . Tabela 1.7 – Valores típicos de alcalinidade da água (Kiely, G., 1999) Aplicação Montante do rio (calcário) Lago em jusante baixa Água potável Água residual doméstica Alcalinidade (mg CaCO3/l) 50 - 200 10 - 30 50 - 200 200 - 400 Aplicação Água com lodo anaeróbio Corrente de água ácida Corrente não ácida Água de solo ácido Alcalinidade (mg CaCO3/l) 2000 - 8000 10 - 20 750 10 - 20 A dureza é normalmente a soma dos catiões metálicos bivalentes Ca2+ e Mg2+, sendo considerada para água potável e não para água residual, e expressando-se em mg/litro de CaCO3 ou em meq/litro. Os iões responsáveis pela dureza são: Ca2+, Mg2+, Si2+,HCO3-, Cl-, NO3-, SiO32- Fe2+, Mn2+, SO42-. Na Tabela 1.8 apresenta-se a dureza relativa das águas. Tabela 1.8 – Dureza relativa das águas Dureza meq/l Branda Moderada dura <1 1-3 mg/l como CaCO3 0 - 75 75 - 150 Dureza meq/l mg/l como CaCO3 Dura Muito dura 3-6 >6 150 - 300 > 300 A condutividade é a capacidade da solução de transportar a corrente eléctrica, mediante o movimento de iões, de modo que quanto maior é o número de iões (maior concentração de sais) maior é a mobilidade iónica e consequentemente maior é a condutividade. Na Tabela 1.9 vê-se a condutividade para diferentes tipos de águas. Mesmo que este parâmetro não está relacionado com a saúde os E.U.A. estabelece um limite superior de 1500 µS/cm (µS é microsiemens). Tabela 1.9 – Valores típicos da condutividade para diferentes águas Água Quimicamente pura Destilada Água de chuva Água branda Condutividade (µS/cm) 0.05 0.1 – 4 20 – 100 40 - 150 Água Condutividade (µS/cm) Água dura Água de rios Águas subterrâneas Água do estuário 200 – 500 100 – 1000 200 – 1500 200 - 2000 b) Propriedades químicas das substâncias orgânicas da água, são correspondentes aos componentes orgânicos cuja presença na água constituem poluentes 27 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações de origem natural ou sintética. Os componentes sintéticos são produtos da indústria química, petrolífera ou agrícola, tais como: pesticidas, produtos agro químicos, produtos tensioactivos (emulsões, espumantes, etc.), hidrocarbonetos halogéneos (clorofórmio, bromofórmio, etc.). Os componentes naturais podem ser: proteínas (bactérias C5H7NO2), lípidos (gorduras, parafinas, aceites e hidrocarbonetos), hidratos de carbono (C6H12O6 glicose, celulose, amido) e pigmentos vegetais (clorofila, etc.). c) A solubilidade dos sólidos ocorre por processo de dissolução ou precipitação. Por exemplo: 1) A eliminação por precipitação do fósforo usando o elemento férrico; 2) Alguns gases (O, N, Ca2CO3) dissolvem-se em contacto com a água, pelo que as águas expostas à atmosfera podem conter estes gases; 3) A saturação de O2 em alguma água à temperatura de 20 °C é de 7.5 mg/litro que equivale a 80% de saturação. Para pesca é necessário um nível de oxigénio acima de 3 mg/litro. d) O sistema carbonato, está sempre presente no ambiente e nomeadamente na água. As espécies químicas inorgânicas que são originados pelos minerais (Ca2CO3) e na atmosfera (CO2) podem dissolver-se em água e produzir impacte sobre pH, alcalinidade e capacidade tampão das águas. Por exemplo HCO3-, CO23- e OH- opõem-se à mudança do pH ao aumentar-se ácido forte como HNO3 e H2SO4. As águas subterrâneas em zonas com formações de calcário são duras devido à alta concentração de cálcio, magnésio e carbonato, e em formações vulcânicas e arenito são brandas. Na Tabela 1.10 vê-se a composição química de algumas águas. Tabela 1.10 – Química de água subterrânea – Irlanda (Kiely, G., 1999; Daly, D., 1994, analise no Irish Geological Survey State Laboratory) Emprazamento do poço Parâmetro BallenGoreyW Knocktop-her Ballaghereen Mortar-stown (mg/litro) curry Sólidos totais dissolvidos Dureza total em CaCO3 Alcalinidade como CaCO3 Cálcio Magnésio Sódio Potássio Cloreto Sulfato Nitrato como N Amónio livre e sal N Amónio albumina N Ferro Manganésio exford Kilkenny Rosco-mmon 92 60 18 80 9.7 24 3.1 35 45 0.5 0.1 0.1 nada 280 185 184 54 1\2.2 16 1.9 20 nada 3.0 0.01 0.01 nada nada 360 307 295 102 12.9 8.8 3 26 nada 0.9 0.05 0.08 nada nada Tipper-ary 283 225 237 60 13.4 18.8 1.3 17 2 1.4 0.04 nada 0.01 Carlow 500 320 304 118 6.3 12 0.6 22 2 2.8 0.04 0.01 nada nada As águas subterrâneas tendem a ser mais ricas em sais dissolvidas do que as águas superficiais. As quantidades presentes reflectem não somente os substratos 28 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações rochosos nas que escoam mas variam também em função do comportamento geoquímico dos compostos químicos envolvidos. Como há sensíveis variações nas composições químicas das rochas, é de esperar a existência duma certa relação entre a composição da água e das rochas preponderantes na área (Tabela 1.11). Desta forma o sódio e o potássio, dois elementos que ocorrem em concentrações muito próximas na crosta continental participam em quantidades sensivelmente diferentes nas águas subterrâneas. Tabela 1.11 – Composição média da crosta continental (www.meioambiente.pro.br) Composto SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P 2O 5 Composição 61.9 % 0.8 % 15.6 % 2.6 % 3.9 % 0.1 % 3.1 % 5.7 % 3.1 % 2.9 % 0.3 % Elemento Bário (Ba) Estrôncio (Sr) Zircónio (Zr) Cobre (Cu) Escândio (Sc) Chumbo (Pb) Urânio (U) Mercúrio (Hg) Prata (Ag) Ouro (Au) Composição 425 mg/L 375 mg/L 165 mg/L 55 mg/L 22 mg/L 12.5 mg/L 2.7 mg/L 0.08 mg/L 0.07 mg/L 0.004 mg/L O cheiro e o sabor de uma água (Tabela 1.12) dependem dos sais e gases dissolvidos. Em geral as águas subterrâneas são desprovidas de odor. Algumas fontes termais podem exalar cheiro de ovo podre devido ao seu conteúdo de H2S (gás sulfídrico). Da mesma maneira águas com presença de matérias orgânicas em decomposição (turfa por exemplo) podem apresentar H2S. O ferro em contacto com oxigénio do ar precipita e torna-se de cor vermelho a castanho e o sabor da água é metálico. O sulfureto de hidrogénio é um gás com cheiro a ovo podre, e existe em águas desoxigenadas das rochas como a argila preta, calcário com pirite ou leitos de jazigos de sal. Tabela 1.12 – Sabor das águas subterrâneas pela influência de sais e gases dissolvidos Composição Sabor Cloreto de sódio (NaCl) Salgado Sulfato de Sódio (Na2SO4) Ligeiramente salgado Bicarbonato de Sódio (NaHCO3) Ligeiramente salgado a doce Carbonato de Sódio (Na2CO3) Amargo e salgado Cloreto de Cálcio (CaCl2) Fortemente amargo Sulfato de Cálcio (CaSO4) Ligeiramente amargo Sulfato de Magnésio (MgSO4) Ligeiramente amargo em saturação Cloreto de Magnésio (MgCl2) Amargo e doce Gás Carbónico (CO2) Adstringente, picante 29 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Alguns contribuintes industriais à contaminação das águas subterrâneas são: Pesticidas que podem ser de uso agrícola ou não. Os E.U.A. considera como padrão uma concentração máxima de 0.1 µg/litro para pesticidas individuais e de 5 µg/litro para pesticidas totais. Dissolventes industriais são degradantes das massas lubrificantes nas indústrias de metal, electricidade, químicas, papel, peles, etc. (percloroetileno, tricloroetileno, cloreto de metileno, etc.). Óleos minerais refinados como a gasolina, o gasóleo, etc., que no caso dos E.U.A. o limite máximo admissível é de próximo a 10 µg/litro. As causas principais da poluição das águas subterrâneas ocasionadas pela actividade humana podem agrupar-se em quatro grupos dependendo da actividade humana que as originou (fig. 1.10): poluição urbana e doméstica, poluição agrícola, poluição industrial e contaminação induzida pelo esgoto. Figura 1.10 – Fontes da poluição da água subterrânea (www.igm.pt) Para o estudo de amostras de águas subterrâneas, alguns autores, recomendam limitar os componentes. Presença de E. Coli indica presença de bactérias fecais. O nitrato é o poluente mais comum e nas crianças podem produzir methahemoglobinemia. Nos E.U.A. consideram como concentração máxima permissível de 50 mg/litro. O amoníaco, potássio, cloro, ferro e magnésio, não geram problemas de contaminação significativos para o homem. 1.6.2. Poluição e impactes ambientais nos recursos hídricos Existem várias fontes de poluição das águas (Tabela 1.13) e a maior delas está localizada nas cidades, onde a falta de saneamento básico adequado contribui para que a grande parte do esgoto das casas e das indústrias sejam descarregados nos rios e ribeiras. 30 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Muitas das estações de tratamento de esgoto descartam o lixo produzido directamente nas águas correntes. Tabela 1.13 – Formas de poluição das águas (www.terravista.pt/Ancora/1245/ipolágua.html) Fontes Exemplo Fábricas de polpa de papel, fábricas de químicos, fábricas de têxteis, Industrial fábricas de produtos alimentares. Estação de tratamento de esgotos que podem receber descargas Municipal indirectas de complexos industriais. Escoamento de superfícies impermeáveis incluindo ruas, edifícios e Esgotos pluviais/ outras áreas pavimentadas para esgotos ou tubos antes de escoamento urbano descarregarem para águas superficiais. Excesso de fertilizantes que vão infiltrar-se no solo e poluir os lençóis Agrícola de água subterrâneos e por sua vez os rios ou ribeiros onde estes vão dar. Extracção de recursos Minas, petróleo, carvão, gás, etc. Modificações Canalizações, construção de barragens. hidrológicas Os lixos dos aterros municipais quando vazam acabam indo para as águas subterrâneas. Produtos químicos usados nas casas e apartamentos como solventes de tintas, limpadores de fornos, etc. são arremessados no lixo ou no esgoto. De uma maneira ou de outra acabam sempre indo parar na água que abastece as cidades. A chuva ácida é outra das grandes fontes de poluição da água e a sua capacidade de destruição é tão grande que chega a acabar com a vida aquática. Os produtos agrotóxicos utilizados nas lavouras infiltram-se no solo e escorrem para os rios, lagos e até às águas subterrâneas. As águas que provêm das minas subterrâneas em operação ou abandonadas (fig. 1.11) produzem contaminação das águas superficiais (rios, ribeiras, lagos, mares, etc.) pela sua acidez e concentração de metais. A poluição da água consiste na alteração da sua qualidade natural pela acção do homem, facto que torna parcial ou totalmente inadequada para a aplicação ou uso (Bolea, E., 1984). Na tabela 1.14 apresentam-se os principais poluentes, fontes, o impacte produzido e as medidas de prevenção e correcção comummente utilizadas. 31 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 1. 14 - Poluição e impacte ambiental da água (elaborado baseado em Conesa V., 1997) Poluentes Fontes de poluição Impacte sobre o meio Medidas preventivas e correctoras de -Águas superficiais: -Erosão, inundações, -Obstrução lagos, . Redução do volume efluentes de plantas correntes, barragens e canais. de celulose, etc. de vertido e dos -Plantas de energia, -Redução de oxigénio poluentes (recirculação, e separação, eliminação, do aço, dissolvido -Elementos que fábricas dos recuperação e mudança mudam o calor: água refinarias, unidades decomposição contaminantes e de uso). quente, corantes, entre de refrigeração. afecção à vida outros. .Implantação de -Mineração, tratamento de vertidos. processos industriais, aquática. -Compostos naturais, -Efeitos tóxicos sobre . Eliminação de águas inorgânicos: sal depósitos o homem e a vida residuais não tratadas. comum, ácidos, sais água de rega. metálicos, etc. -Águas residuais silvestre, mau cheiro e - Águas subterrâneas: -Nutrientes: urbanas e industriais, sabor, corrosão de . Perímetros de compostos de águas procedentes de equipamentos. protecção. nitrogénio, fósforo, rega com arraste de -Excessivo potássio, etc. fertilizantes, águas crescimento da vida . Impermeabilização e residuais de aquática, aumento na drenagem adequada. -Resíduos que demanda de oxigénio, . Controlo de injecção explorações demandam nitrogénio: mau sabor e cheiro. zootécnicas, etc. materiais orgânicos de resíduos com podres de bactérias -Resíduos domésticos -Afectação dos peixes sondagem. aeróbias, que e de industrias a falta de oxigénio. . Depuração artificial e requerem oxigénio alimentárias etc. -Ameaça à pesca e natural. dissolvido. -Efluentes vida silvestre, riscos . Redução da para e o homem em quantidade de vertido -Compostos orgânicos domésticos, prazo por da indústria. tóxicos: detergentes, industriais e de longo praguicidas, etc. explorações agro- ingestão. . Redução de pecuárias. -Necessidade de fertilizantes. -Contaminantes biológicos: bactérias e -Resíduos humanos, tratamento intenso de . Implantação de vírus, produtos de de animais e de água potável. barreiras de pressão e doenças, etc. indústrias de carne e depressão. matadouros. . Intercepção de poluentes. -Sólidos em suspensão: solos, minerais, subprodutos industriais, etc. . Tratamento de águas ácidas. É necessário salientar que as leis ambientais cada vez cobrem zonas maiores e continentais, como no caso dos E.U.A. onde a norma aplica-se a todos os estados. Nos países da União Europeia, a comissão da União Europeia (Bruxelas), define normas para todos os países membros. Nem nos E.U.A. nem na União Europeia (EU) está permitido 32 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações que um estado ou país membro adopte menores exigências às dadas. Portanto, as normas Portuguesas que em seguida se apresentam são praticamente iguais às normas dadas pela EU. Figura 1. 11 - Poluição ambiental mediante águas ácidas (Boca da mina Dóllar, Hunacavelica – Peru, Vidalón J., 2001) 1.6.3. Padrão de qualidade da água Os padrões de qualidade das águas são as características de ordem física, química e biológica desejáveis nas águas em função dos usos preponderantes estabelecidos pela sociedade. Os principais parâmetros físicos de qualidade das águas são: cor, turbidez, sabor, odor e temperatura. Os químicos, pH (acidez e alcalinidade), dureza, metais (ferro e manganês), cloretos, nitrogênio (nutriente), fósforo (nutriente), oxigênio dissolvido, matéria orgânica, micropoluentes orgânicos e micropoluentes inorgânicos como os metais pesados (zinco, cromo, cádmio, etc). Finalmente, os parâmetros biológicos são analisados sob o ponto de vista de organismos indicadores, algas e bactérias. Os padrões das Tabelas 1.15, 1.16 e 1.17 correspondem ao Decreto-Lei n.º 236/98 de 1 de Agosto dado em Portugal, que transpõem as Directivas da actual União Europeia seguintes: Directiva n.º 75/440/CCE do Conselho, de 16 de Junho, relativa à qualidade das águas doces superficiais destinadas à produção de água para consumo humano, a Directiva n.º 78/659/CEE, do Conselho, de 18 de Julho, relativa à qualidade das águas doces superficiais para fins aquícolas, Directiva n.º 76/464/CEE, do Conselho, de 14 de Maio, relativa à poluição causada por determinadas substâncias perigosas lançadas no meio aquático, assim como a Directiva n.º 80/68/CEE, do Conselho, de 17 de Dezembro, relativa à protecção das águas subterrâneas contra a poluição provocada por certas substâncias perigosas. 33 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 1.7. Poluição da Atmosfera 1.7.1. Qualidade natural e química do ar A região atmosférica de maior interesse para o tratamento do ecossistema é a que está próximo à superfície do solo que é denominado troposfera, onde existe o componente biológico do ecossistema. A densidade da atmosfera a nível do mar é de 1.29 kg/m3 e diminui a medida que aumenta a altitude, acentuando-se a partir de 10 km. Esta realidade implica que a baixas alturas o número de moléculas é elevado num volume determinado de ar e quanto maior a altura diminui este número de moléculas, pelo que o choque molecular é com menor frequência que em camadas baixas e como consequência a temperatura do ar é menor. Portanto, a medida que aumenta a altura existe decréscimo da temperatura em próximo a 0.65 °C por cada 100 m de altitude, conhecido como gradiente vertical. A uma altitude de 20 a 35 km forma-se a capa de ozono (O3). Tabela 1.15 – Valor máximo admissível (VMA) da água para consumo humano (Decreto-Lei n.º 236/98) Grupo Componente Físico- Temp. quím. PH Condutiv. Cloretos Sulfatos Cálcio Magnésio Sódio Potássio Alumínio Resíduos dissolvidos total Sub. tóxica Arsénico Cádmio Cianetos Mercúrio Níquel Chumbo Antimónio Selénio Pesticidas VMA 25°C 6.5<pH<8.5 400 µS/cm 25 mg/l Cl 250 mg/l SO4 100 mg/l Ca 50 mg/l Mg 150 mg/l Na 12 mg/l K 0.2 mg/l Al Grupo Componente Organolépticos Cor Turvação Cheiro Sabor Nitratos Nitritos Azoto amoniacal Azoto Kjeldahl Oxidabilidade Sulfureto de hidrogénio Hidrocarbonetos Fenóis Sulfato de laurilo e sódio Organoclorados Ferro Manganésio Cobre Fósforo Flúor Sólidos Prata Substâncias indesejáveis 1500 mg/l 50 µg/l As 5 µg/l Cd 50 µg/l Cn 1 µg/l Hg 50 µg/l Ni 50 µg/l Pb 10 µg/l Sb 10 µg/l Se 0.1 µg/l VMA 20 mg/l, escala Pt/Co 10 mg/l SiO2 Diluição de 2 a 12°C 3 a 25 °C Diluição de 12a 12°C 50 mg/l NO3 0.1 mg/l NO2 0.5 mg/l NH4 mg/l N 5.0 mg/l O2 Não detectável 10.0 µg/l 0.5 µg/l C6H5OH 200 µg/l µg/l 200 µg/l Fe 50 µg/l Mn 100 µg/l Cu 5000 µg/l P 1500 µg/l F 100 µg/l Ba 10 µg/l Ag A concentração dos gases na troposfera é de 78% de N2, 21% de O2, 1% de A (árgon) e fracciones pequenas de CO2, CH4, H2, CO, etc. (Tabela 1.18). Além, na atmosfera existem constituintes variáveis de origem natural como: vapor de água, NaCl, polvo de meteoritos, compostos de origem vulcânica (polvo de cinzas: HCl, HFl, e H2S), ozono, bactérias, esporas, núcleos de condensação (Magil, 1956). 34 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Na atmosfera os gases apresentam-se em partes por milhão (ppm), partes por bilhão (ppb) e incluso em partes por trilião (ppt), como o SO2 em zonas de atmosfera limpa existe em 200 ppm, mas no ambiente poluído pode atingir até 200000 ppt ou 0.0002 % em volume, que em conjunto é insignificante, porém não é desejável por sua toxicidade para o homem e outras vidas. Tabela 1.16 – Valor máximo admissível (VMA) de águas piscícolas (Decreto-Lei n.º 236/98) Parâmetros Fonte térmica (jusante) (ºC) Oxigénio dissolvido (mg/l O2) pH Sólidos suspensos (mg/l) Nitrito (mg/NO2) Amoníaco não ionizado (mg/l NH3) Azoto amoniacal (mg/l NH4) Cl resid. Dissolv. total (mg/l HOCl) Zinco total (mg/l Zn) Cobre solúvel (mg/l Cu) Água de salmonídeos VMA ∆T <1.5 da temp. Nat. 50% ≥ 9, 100%> 7 6–9 25 0.01 0.025 1 0.005 0.3 0.4 Água de Ciprinídeos VMA ∆T <3 da temp. Nat. 50% ≥ 7 6–9 25 0.03 0.025 1 0.005 1.0 0.04 Tabela 1.17 – Valor máximo admissível (VMA) de águas destinadas à rega expresso em mg/l (Decreto-Lei n.º 236/98) Parâmetros Alumínio (Al) VMA 20 Parâmetros Arsénico (As) VMA 10 Berílio (Be) 1.0 Boro (B) 3.75 Cádmio (Cd) Cobalto (Co) 0.05 10 Chumbo (Pb) Cobre (Cu) 20 5.0 Crómio (Cr) Lítio (Li) Molibdénio (Mo) 20 5.8 0.05 Flúor (F) Manganésio (Mn) Níquel (Ni) 15 10 2.0 Selénio (Se) Zinco (Zn) 0.05 10 Vanádio (V) pH 1.0 4.5-9.0 Tabela 1.18 – Concentração natural de gases na atmosfera (Rasiwell, R., et al., 1992) Gás Composição em volume (ppm) Gás Composição em volume (ppm) N2 02 780900 209500 H2 Xe 0.5 0.08 A CO2 Ne He CH4 Kr N2O 9300 300 18 5.2 2.2 1 1 O3 NH3 NO2 NO SO2 H2S 0.02 0.006 0.001 0.0006 0.0002 0.0002 35 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Existem dois tipos de poluentes: primário e secundário. Os poluentes primários (SO2 e SOx, CO, NOx, metais, partículas e hidrocarbonetos, aerossóis) são emitidos por acções realizados pelo homem e os poluentes secundários (O3, oxidantes fotoquímicos, nitrato de peroxiacetilo NPA, hidrocarbonetos oxidados e chuva ácida) são produzidos pela reacção química/fotoquímica dos contaminantes primários. O SO2 tem cheiro picante e não arde; porém o SO3 é altamente reactivo. O SOx forma-se do modo seguinte: S + O2 = SO2 e 2 SO2 + O2 = 2 SO3 Geralmente o SO3 está presente quando a concentração de água é muito baixa, mas quando é alta o SO3 e H2O combinam-se para formar o ácido sulfúrico (H2 SO4). O CO é incolor, inodoro e insípido, pouco mais ligeiro que o ar e é formado pelas reacções seguintes: Combustão, 2C + O2 = 2CO e 2CO + O2 = CO2 Dissociação de CO2 a> 1700 °C, CO2 = CO + O Reacção de CO2 e C a> 1700 °C (motores), CO2 + C = 2CO O NO é incolor, inodoro e insípido, porém o NO2 é picante. O NO2 emite-se em <quantidade que o NO. A reacção produz-se a 1200 °C. N2 + O2 = 2NO e 2NO + O2 = 2NO2. O poluente NOx gera-se ao formar os oxidantes fotoquímicos mediante um processo cíclico e consiste em: NO2 + Hv = NO + O*, donde Hv é fotão da energia solar e O* oxigénio atómico muito reactivo; depois O* + O2 = O3 e finalmente O3 + NO = NO2 + O2. Os hidrocarbonetos contêm hidrogénio e carbono, ao estado gasoso e são de três classes: alifático (propano C3H8), aromático (benzeno C6H6, tolueno C7H8) e acíclico (ciclohexano O6H12). Estes hidrocarbonetos interagem desequilibrando o ciclo, de modo que o NO converte-se em NO2 e consequentemente aumenta O3. Quando o NOx, os hidrocarbonetos e a luz solar combinam-se produzem poluentes secundários denominados fotoquímicos: Hidrocarbonetos + NOx + luz solar = névoa fotoquímica. O HNO3 (ácido nítrico) e o H2SO4 (ácido sulfúrico) são os componentes da chuva ácida. O HNO3 forma-se das maneiras seguintes: 2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2 O3 + NO2 = NO3 + O2, NO3 + NO2 = N2O5 e NO5 + H2O = 2HNO3 1.7.2. Poluição acústica da atmosférica A poluição acústica é um dos problemas ambientais mais frequentes na actualidade, que está relacionada aos meios de transporte, industrias, construções, instalações e serviços (Tabela 1.19) gerando distintos níveis de impacte ambiental. 36 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Figura 1.12 – Fontes do ruído nas operações da mineração subterrânea (Navarro, V.F., 1999) Na indústria e em particular na mineração (fig. 1.12) o ruído tem um carácter laboral cujos efeitos manifestam-se: na produtividade e na segurança (ruídos constantes acima de 80 dB (A) prejudicando a produção levando o trabalhador à irritabilidade, dificuldade de concentração, diminuição da produtividade, erros e acidentes de trabalho), efeitos sobre o trabalhador (agressividade, doenças psicossomáticas e depressão, conduzindo a longo prazo à surdez profissional que ocorre aos níveis de 4000 Hz com características da perda auditiva lenta, gradual, progressiva e irreversível), fadiga auditiva (ocorre em indivíduos expostos a alto nível de ruído, é reversível e desaparecem algumas horas quando o indivíduo deixa o ambiente ruidoso), surdez profissional (ocorre por destruição das células cilhadas do órgão de Corti no ouvido interno, a perda de audição é principalmente a 4.000 Hz, e com o passar do tempo atinge a frequências de 3000 a 6000 Hz). Tabela 1.19 – Poluição e impacte ambiental sonoro (elaborado baseado em Conesa, V., 1997) Poluentes Fontes de poluição Impacte sobre o meio -Estímulos que directa ou indirectamente interferem desfavoravelmen te com o homem, a través do ouvido, dando lugar a sons indesejáveis ou ruídos. -Meios de transporte (tráfego de automóveis, ferroviário, aeronaves, etc.). -Industria e construção (máquinas nas obras). -Instalações e serviços (Ar condicionado, ascensores, e bombas, etc.) -Organismo (Fisiológicos, psicológicos, sociológicos e psicossociais; reversíveis e irreversíveis). -Comunidade (perturbação de actividades típicas como trabalho, estudo, sono, etc.) -Psicossociais. Medidas de prevenção e correcção -Planificação urbana. -Mapas acústicos. -Na indústria realizar, controlo e correcção, além de adopção de sistemas de protecção adequados. O ouvido humano capta uma enorme gama de pressões sonoras. A potência mais débil de som é captada sem dor, sendo que o mecanismo auditivo responde de forma relativa, às mudanças das pressões sonoras. A pressão de referência é o umbral da audição, ou seja o som mais leve que o ouvido pode detectar (pressão sonora de cero dB), 37 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações mas níveis de som inferiores a 25 dB não se encontram normalmente. Os sonómetros convencionais podem medir desde 38 dB. Os níveis típicos de pressão sonora estão apresentados na Tabela 1.20. Tabela 1.20 – Níveis permissíveis de ruído do Departamento de Trabalho dos E.U.A. (1971-1979) e a escala comparativa de pressão sonora e o nível sonoro (Kiely G., 1999) Ruído dB Duração Escala comparativa pressão sonora (µPa) e nível sonoro dB (A) (h/dia) (A) Motor a Reacção 90 92 95 97 100 102 105 110 115 8 6 4 3 2 1.5 1 0.5 <0.25 µPa 100000000 10000000 Música 140 dB Umbral de dor 120 100 1000000 Despegue do avião (100 m de distancia) Martelo 80 Tráfego urbano médio 100000 60 Gabinete 10000 40 100 20 20 0 Camião Conversação oral Biblioteca Dormitório Quarto de sala (sem TV, Rádio, etc.) Umbral auditivo 1.7.3. A poluição da atmosfera por gases e partículas A poluição da atmosfera por gases e partículas sólidas são causadas na maioria dos casos pela acção do homem que causa e emissão de poluentes diversos, havendo os que provocam alterações ambientais locais, regionais e globais, que precisam a aplicação de medidas de prevenção e correctivas adequadas (Tabela 1.21). A poluição do ar é caracterizada pela presença de gases tóxicos e partículas líquidas ou sólidas em suspensão. As descargas de gases dos veículos, das chaminés de fábricas, as queimadas, as indústrias como a mineração (fig. 1.13) lançam constantemente ao ar grandes quantidades de substâncias prejudiciais à saúde. Figura 1.13 – Fontes de poluição do ar por partículas (poeira) e gases 38 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 1. 21 - Poluição e impacte ambiental na atmosfera por gases e partículas (elaborado baseado em Conesa, V., 1997 e http://www.brasil.terravista.pt/albufeira/1950/Poluição%20ar%20(2).htm) Poluentes Fontes de poluição Impacte sobre o meio Medidas preventivas e correctoras -Radiações e ruído. -Aerossóis (partículas sólidas e liquidas de 10-1 a 1O3 µm). -Gases (SO2, SO3, SH2; NO, NO2, NOx; HnCm; CO, CO2). -Metais pesados (Pb, Cr, Cu, Hn, Ni, As, Cd, Hg). -Halogéneos (ClH, Cl2, FH, hidrocarbonetos aromáticos, dioxinas, substancias radioactivas, etc.). -Aparição de O3 e radicais livre activos. -Chuva ácida. -Diminuição da capa de ozono. -Naturais (cinzas vulcânicas, incêndios florestais, decomposição de matéria orgânica no solo e oceanos). -Industriais (SOx, hidrocarbonetos, CO, sólidos em suspensão). -Domésticos (calefacção: SO2, hidrocarbonetos). -Centrais térmicas (SOx, NOx). -Refinaria de petróleo (SO2, CnHm, NOx, NHm, CO). -Veículos com motores de combustão interna, aeronaves, barcos (CO, Pb, SO2, NO, CnHm). -Saúde e bem-estar do homem (irritações, afecções pulmonares, danos fisiológicos). -Mudança de precipitações, névoa e radiação solar, efeito estufa. -Abrasão, ataque químico e electrolítico. -Diminuição da capa de ozono (cancro de pele, cataratas, etc.). -Precipitação e absorção pelo solo. -Possibilidade de geração de substâncias tóxicas. -Programas de controlo da qualidade do ar. -Avaliação de impacte ambiental. -Tecnologias de baixa ou nula emissão de resíduos. -Avaliação de danos em vegetais. -Concentrar e reter os poluentes. -Motores ecológicos em veículos. -Controlo de emissões de combustíveis e carbonetos. -Uso de produtos alternativos não poluentes. -Planificação dos usos do solo. -Áreas verdes. A emissão excessiva de poluentes tem provocado sérios danos à saúde como problemas respiratórios (bronquite crônica e asma), alergias, lesões degenerativas no sistema nervoso ou em órgãos vitais e até produzir o cancro. Esses distúrbios agravam-se pela ausência de ventos e no Inverno com o fenómeno da inversão térmica (ocorre quando uma camada de ar frio forma uma barreira na atmosfera que impede a passagem do ar quente e a dispersão dos poluentes). Morreram em decorrência desse fenómeno cerca de 4000 pessoas em Londres no ano de 1952. Os danos não se restringem só à espécie humana e toda a natureza é afectada. A toxicidade do ar ocasiona a destruição de florestas, chuvas fortes que provocam a erosão do solo e a obstrução dos rios. Os principais impactes ao meio ambiente são a redução da camada de ozono e o efeito estufa. 39 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 1.7.4. Padrões de qualidade de gases e partículas Os padrões de qualidade do ar apresentados nas Tabelas 1.22, 1.23 e 1.24 são os definidos pela Portaria n.º 286/93 de 12 de Março do governo de Portugal como um dos instrumentos de uma politica de gestão da qualidade do ar adequadas à protecção da saúde e do ambiente, habilitando se promova a transposição de directivas da União Europeia relativas aos valores limites e valores guias para o dióxido de enxofre e partículas em suspensão (n.º 80/779/CEE e 89/427/CEE), dióxido de azoto (n.º 85/203/CEE), valor limite para o chumbo (n.º 82/884/CEE) e valores guia para o ozono. Tabela 1.22 – Valores limites admissíveis (VLA) para NO2, Pb, CO, expressos em µg/m3 (elaborado de Portaria n.º 286/93) Período considerado NO2 Pb CO Ano........... (.) 200 (..) 2 Uma hora.......... (...) 40000 (h) Oito horas......... (...) 10000 (hh) (.) Percentil 98 calculado a partir dos valores horários ou de períodos inferiores a uma hora obtidos durante o ano. (..) Media aritmética dos valores médios diários obtidos durante o ano. (...) Estes valores só podem ser excedidos uma vez no ano. (....) Valor médio calculado a cada hora em base nos oito valores horários entre h e h9. Valor médio horário. (hh) Valor médio de 8 horas consecutivas, calculadas a cada hora com base nos 8 valores entre h e h9. Nos casos que não se justifique a monitorização simultânea de SO2 e das partículas suspensas (pelo método dos fumos negros), serão aplicados para partículas suspensas os valores indicados. Nos casos que não se justifiquem a monitorização simultânea de SO2 e das partículas suspensas (quer pelo método dos fumos negros, quer pelo método gravimétrico) serão aplicados para o SO2 os valores indicados. Tabela 1.23 – Valores limites admissíveis (VLA) para SO2 e valores associados (VA) para as partículas em suspensão expressos em µg/m3 (elaborado de Portaria n.º 286/93) Período considerado Ano........ (*) Medidos por método de fumos negros (simultâneo) Medidos por método de gravimetria (simultâneo) VLA para SO2 VS para partículas VLA para SO2 VS para partículas 120 120 130 180 (i)250 >40 ≤40 >60 ≤60 >150 80 120 130 180 (i)250 >150 ≤150 >200 ≤200 >350 Inverno (1 Outubro a 31 Março) (**) Ano (período medição (24 horas) (i)30 (i)350 ≤150 (***) (*) Mediana dos valores médios diários obtidos durante o ano. ≤350 (**) Mediana dos valores médios diários obtidos durante o inverno. (***) Percentil 58 calculado a partir dos valores médios diários obtidos durante o ano. 40 VLA de SO2 (1) VLA de SO2 (2) VA para partículas em suspensão (3) 80 100 150 130 - - (i)25 (i)250 300 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A norma da União Europeia (86/188/CEE) trata sobre a protecção dos trabalhadores contra os riscos relacionados com a exposição ao ruído no trabalho, especificando que quando o nível de exposição diária seja maior de 85 dB (A) o trabalhador deve ser alertado dos riscos e treinado para uso de protectores dos ouvidos, mas quando ultrapassa os 90 dB (A) será necessário implementar um programa de redução. Os Valores limites dos níveis sonoros do ruído produzido por veículos automóveis contemplado pelo Decreto-lei nº 292/89 de 2 de Setembro de Portugal apresenta-se na Tabela 1.25. A ISO (International Organization for Standarization) 1996 estabelece limites admissíveis de ruído para zonas residenciais e ambientes de trabalho, os que foram tomados como referência por alguns países do mundo (Tabela 1.26). Tabela 1.24 – Valores limites de emissão de aplicação geral, expressos em mg/m3 para toda indústria e para um teor de 8% de O2 (elaborado da Portaria n.º 286/93) Poluente Partículas Bióxido de enxofre SO2 Sulfureto de hidrogénio H2S Óxido de N expressos em NO2 Monóxido de carbono CO Compostos orgânicos, expressos em C total Compostos inorgânicos fluorados, expressos em FCompostos inorgânicos clorados, expressos em ClMetais pesados totais Cd, Hg As, Ni Pb, Cr, Cu VLA 300 2700 50 1500 1000 Substâncias cancerígenas Substâncias cancerígenas: 50 Categoria 1: Amianto, fibras de todos os tipos, benzeno, cloreto de vinilo, cromatos de zinco e potássio, 2-naftilamina, trióxido de arsénico. Categoria 2: Acrinonitrilo, benzopireno, 1.3 butadieno, 1-cloro,2 3-epoxipropano (hipocloridina), cromato de cálcio, cromato de crómio III, cromato de stroncio, dibenzoantraceno, 1 2-dibromoeteno, 3 3-diclorobenzidina, 1.2-exporipropano, oxido de etileno, sulfato de dimetilo. Categoria 3: Cromato de chumbo. 50 250 8 0.2 1 5 Categoria 1: para caudal mássico> = 0.5 g/h Categoria 2: para caudal mássico> 5 g/h Categoria 3: para caudal mássico> =25 g/h 1.8. As Mudanças Climáticas O balanço de energia do sistema terra/atmosfera tem um importante efeito modificador da radiação terrestre: trata-se do efeito estufa, pelo qual parte da energia calorífica emitida pelo solo volta a este ao serem absorvidas pelas moléculas do vapor de água e outros gases, chamados gases estufa, os quais depois de absorverem a dita energia emitem de novo radiação calorífica em todas as direcções. Desta forma a temperatura próxima à superfície é uns 33 ºC superior à que a Terra teria no caso de não ser influenciada por este fenómeno. 41 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 1.25 – Valores limite do nível sonoro contínuo equivalente (Leq) (Decreto-Lei n.º 292/2000) Categoria de veículo Zonas sensíveis (usos habitacionais, escolas, hospitais, espaço de lazer) Zonas mistas (comercio, serviços) VLA Leq dB (A) 55 diurno 45 nocturno 65 diurno 55 nocturno Veículos rodoviários a motor (tolerância em relação ao valor fixado) Para veículos que não têm valor fixado no livrete, a medição será em 5 base a NP 2067 Tráfego aéreo (proibido aterragens ou descolagens de aeronaves civis, entre 0 a 6 horas) Tabela 1.26 – Limites de ruído dB (A) para instalações industriais em áreas residenciais (Falch, E. et al, 1998) Pais Hora do dia Período de descanso Hora de noite Áustria 50-55 40-45 Bélgica 45-50 40-45 35-40 Dinamarca 45-50 40-45 35-40 França 50-55 45-50 40-45 Alemanha 50-55 Ajuste 6 dB 35-40 Hong Kong 60-65 50-55 Itália 50-55 50-55 Japão 50-60 45-50 40-45 Coreia 50-55 45-50 40 Holanda 50 45 40 Noruega 50 45 40 Suécia 50-55 45-50 40-45 Suíça 55 45 Desde o começo da era industrial, as concentrações atmosféricas do dióxido de carbono aumentaram quase 30%, as concentrações do metano foram dobradas, e as concentrações do óxido de azoto aumentaram aproximadamente 15%. Acredita-se que os combustíveis fósseis queimados para fazer funcionar carros, camiões, casas e negócios do calor e fábricas da potência são responsáveis com aproximadamente 98% de emissões do dióxido de carbono nos E.U.A., 24% de emissões do metano, e 18% de emissões do óxido de azoto. Em 1997, os E.U.A. emitiram-se aproximadamente um quinto de gases globais totais da estufa. Para 2100, na ausência de políticas do controlo de emissões, as concentrações do bióxido de carbono são projectadas em 30-150% mais elevado do que níveis actuais. 42 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Figura 1. 14 – Mudança global do clima (Centro de Estudos integrados sobre meio ambiente e mudanças climáticas, disponível em http://www.centroclima.org.br/aquecimento.htm) As temperaturas de superfície médias globais, influentes na mudança do clima, aumentaram de 0.5 a 1.0 °F desde o passado século XIX. A cobertura da neve no hemisfério do norte e o gelo flutuando no oceano árctico diminuíram. O nível de mar levantou-se de 4 a 8 polegadas no século passado (fig. 1.14). A precipitação sobre a Terra aumentou por aproximadamente um por cento. A concentração crescente de gases da estufa é provável que acelere a mudança do clima. Espera-se que a temperatura da superfície global em média aumente de 1 a 4.5 °F (0.6 a 2.5 °C) nos cinquenta anos seguintes, e de 2.2 a 10 °F (1.4 a 5.8 °C) no século seguinte, com variação regional significativa. A evaporação aumentará quando o clima aquece, aumentando a precipitação global média. A humidade do solo é provável que decline em muitas regiões, e é provável que as tempestades intensas se tornem mais frequentes. O nível de mar é provável que aumente 0.60 m ao longo da maioria da costa dos E.U.A. O Protocolo de Quioto foi aprovado em 1997, e estabeleceu como meta, reduzir as emissões de gases poluentes dos países industrializados em 5.2% até 2012, sobre os níveis existentes em 1990. 43 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 1.9. Técnicas de Análise Ambiental As técnicas de análise ambiental têm relação com a economia, a contaminação e uso do ambiente com externalidades. A preocupação ambiental implica acção mais respeitosa com o ambiente para o qual é necessário estabelecer meios ou ferramentas que permitam a sua protecção. Na União Europeia aconselham-se as seguintes ferramentas: a). Auditoria ambienta; b) Identificação de riscos; c) Análises de risco; d) Análises de risco de vida; e) Gestão e controlo da qualidade ambiental; f) Análise custo/beneficio; g) Estudos de impacte ambiental e h) Controlo integral da contaminação. Estas técnicas têm aplicação distinta, assim, a análise do ciclo de vida é aplicável aos produtos para diminuir seu impacte ambiental negativo; a auditoria ambiental é aplicável a uma empresa ou instalação para adaptar às normas ambientais; os estudos de impacte ambiental aos projectos para entre varias alternativas a que seja a menos daninha para o ambiente. 1.9.1. Metodologia de minimização: objectivos A minimização é um processo produtivo relativo ao consumo de matérias e serviços, e à produção de resíduos e emissões. Para isso, adaptam-se medidas de organização e de operação que procurem a minimização viável técnica e economicamente. Sempre é muito importante à redução em origem de produtos poluentes e assim reduzir os processos de tratamento e eliminação final. A minimização, consiste em aplicar as equações de balanço de massa e de energia, de forma selectiva e orientada especificamente a uma melhora e um mínimo contacto ambiental, implica acções de organização do trabalho, o controlo de qualidade, a gestão de todas as matérias e serviços utilizados, que darão como resultado uma produção mais económica, de melhor qualidade e de melhor competitividade. A aplicação desta metodologia exige três etapas: Primeira etapa: acção frente a uma legislação e norma sobre vertidos de água, de resíduos, de emissões à atmosfera e sobre danos ao ambiente, que contemplam sanções económicas e até com pena privativa de libertdade. Segunda etapa: vai mais lá do estrito cumprimento da norma, adoptando-se um comportamento ambiental com forte orientação à redução de custos. A norma é reduzir, reciclar e recuperar (RRR). Terceira etapa: considera o comportamento ambiental do entorno relacionado ao uso do produto, embalagens, relação com o cliente, imagem, etc. Nesta parte é importante o cumprimento das normas existentes. Os componentes dum processo de minimização são: a) Plano de minimização; b) Auditoria de resíduos e c) Mudanças nas técnicas e na organização. 1.9.2. Auditoria ambiental É similar à avaliação de impactes ambientais, com a diferença de que na auditoria se realiza a avaliação para num processo, para uma actividade ou uma operação e não para todo um projecto. Consiste numa inspecção sistemática relacionado ao 44 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações ambiente. O Conselho da UE adoptou em 1993 um esquema de Auditoria de Gestão Ambiental (EMAS), passando a ser obrigatório desde 1995. Os EMAS são um processo contínuo e gradual de melhoria ambiental em relação com as actividades das industriais. No caso da auditoria ambiental para uma indústria, pretende-se identificar e avaliar os efeitos ambientais tanto directos como indirectos, como são: a) As emissões controladas e não controladas à atmosfera; b) Os vertidos controlados e não controlados nas águas e esgotos; c) Os resíduos sólidos e de outro tipo, particularmente os perigosos; c) A contaminação do solo; d) A utilização do solo, água, combustíveis e energia, e outros recursos naturais; e) A emissão de energia térmica, ruído, cheiros, poeiras, vibrações e impacte visual; f) As repercussões em sectores concretos do ambiente e do ecossistema. 1.9.3. Gestão do risco ambiental As responsabilidades por danos ambientais levaram as empresas a prever a gestão do risco ambiental nas empresas, fundamentalmente em empresas cuja actividade reverte perigosidade. A imagem pública, a regulamentação, os seguros, os custos financeiros, etc. fazem necessário prevenir a gestão do risco dum acidente industrial. Esta gestão realiza-se a diversos níveis da empresa e com diferentes prioridades prevendo diversos cenários de acidentes e planificando o inesperado. A modelização e a formação jogam um grande papel na gestão do risco ambiental, juntamente com a prevenção da poluição e seu controlo. 1.10. Avaliação do Impacte Ambiental Tem por finalidade a identificação, a predição, a interpretação, a prevenção, a correcção e a ponderação dos impactes ambientais que um projecto ou actividade produziria no caso da sua realização, com a possibilidade de evitar ou reduzir a níveis aceitáveis. Pode-se tipificar em: Avaliação simplificada, para projectos de baixo risco de afecção e só com a avaliação qualitativa do impacte; Avaliação preliminar, realizado com informação existente e sem investigação específica, pode dar passo à avaliação detalhada; Avaliação detalhada, com aplicação de projectos com altos riscos e vários níveis de afecção. A nível geral a metodologia de avaliação do impacte ambiental resume-se na fig. 1.15. 1.10.1. Inventário ambiental e identificação de factores vulneráveis Descreve o estado de referência ou pré-operacional do ambiente, assim também a predição da sua evolução sem a acção do projecto. Os elementos e factores ambientais, Tabela 1.27, podem ser inventariados em termos cartográficos devendo ser uma informação sensata e moderada. O inventário é útil no momento da avaliação de impactes e comparar alternativas. 45 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações É necessário identificar os factores susceptíveis de receber impactes pela execução do projecto, usando os seguintes critérios: a) Representatividade do entorno afectado; b) Relevância em relação à magnitude do impacte; c) A não sobreposição com outros factores; d) Facilidade para a sua identificação e e) Possibilidade da sua quantificação Tabela 1.27 – Elementos e factores ambientais (Barettino Fraile, D., 1992) Elemento do Factor ambiental meio Terra Solo, morfologia, elementos singulares, recursos minerais e rochas industriais Atmosfera Composição da atmosfera, clima, ruído, cheiros. Agua Superficiais e subterrâneas. Processo Dinâmica dos leitos, zonas inundáveis, erosão, sedimentação, geofísico estabilidade de encostas, subsidência, sismicidade induzida, vibrações, recarga de aquíferos. Paisagem Qualidade da paisagem, incidência visual. REALIZAÇÃO DE AVALIAÇÃO DE IMPACTE AMBIENTAL ANÁLISE DA INFORMAÇÃO EXISTENTE ESTUDO DO MEIO: (inventario ambiental, conhecimento as situação inicial, definição de variáveis, hierarquização) ANÁLISE DO PROJECTO: (Objectivos, metas e conteúdo. Planificação dos trabalhos) IDENTIFICAÇÃO E PREDIÇÃO DE IMPACTES: (ordem de prioridade, relações causa/efeito) AVALIAÇÃO DE IMPACTES: (caracterização, ponderação, avaliação) INFORME DE IMPACTE AMBIENTAL APLICAÇÃO DE MEDIDA CORRECTORAS PLANIFICAÇÃO DA ETAPA DE ABANDONO MONITORIZAÇÃO E CONTROLE Figura 1.15 – Metodologia geral de avaliação do impacte ambiental (Sanz, J.L, 1992) 1.10.2. Identificação DAS acções que causam impactes ambientais É conveniente identificar as acções e elementos relacionados para cada fase do projecto. Por exemplo estas acções podem ser: movimento de terras, ocupação do solo pelas instalações e equipamentos da indústria, emissão de poluentes, eliminação da cobertura vegetal, mudança temporal ou permanente dos causes de águas, construção de 46 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações estradas e acessos. Para tal fim podem-se usar os instrumentos existentes: Listagem geral, consulta a grupo de espertos, mios comparados, matrizes gerais e particulares da relação causa/efeito. 1.10.3. Identificação e predição de impactes Utiliza as técnicas de: sobreposição de cartografias temáticas, meios comparados, matrizes causa/efeito, matrizes cruzados, redes e gráficos de interacção, etc. Os impactes ambientais podem ser directos ou indirectos. Assim, um impacte directo sobre a água supõe alteração da sua qualidade e como consequência indirectamente o impacte sobre a fauna e a flora e inclusive sobre a saúde humana. 1.10.4. Caracterização e ponderação de impactes As caracterizações dos impactes ambientais podem ser realizadas considerando diversos critérios, segundo: a) Seu carácter genérico ou sinal: benéfico ou positivo, adverso ou negativo; b) O tipo de relação causa/efeito: directos e indirectos; c) A projecção no tempo: temporal ou permanente; d) A projecção no espaço: local ou pontual ou extensivo; e) A proximidade espacial do impacte: próximo à fonte ou afastado da fonte; f) Sua reversibilidade pelos próprios mecanismos do meio: reversível ou irreversível; g) Sua recuperabilidade com meios correctoras: recuperável ou não recuperável. A avaliação pode ser qualitativa, estabelecendo uma escala seguinte: compatível, moderada, severo e crítico. Também pode ser quantitativo mediante indicadores de impacte. 1.10.5. Metodologia e avaliação de impactes ambientais Segundo Sanz, J.L., (1992), existem mais de cinquenta metodologias de avaliação de impactes ambientais, elaborados para projectos específicos, mas pode-se aplicar a outros similares. Estes métodos agrupam-se do modo seguinte: a) Rede e gráficas: matriz causa/efeito, listagem, CNERPAB, Bereano, Sonrensen, guias metodológicas de MOPU e banco Mundial; b) Cartográficos: sobreposição de transparentes, Mc Harg, Tricart e Falque; c) Indicadores, índices e interpretação da avaliação: Holmes, Universidade de Georgia, Hill-Schechter e Fisher-Davis; d) Quantitativos: Batelle – Columbus. 1.10.6. Matriz causa/efeito É um método qualitativo e muito útil para avaliar diversas alternativas dum mesmo projecto, sendo mais conhecido como matriz de Leopold. Este método considera nas linhas os factores ambientais que podem ser afectados e nas colunas as acções que ocasionariam os possíveis impactes (Tabela 1.28). Cada quadrícula da interacção divide-se em diagonal, fazendo constar na parte esquerda à magnitude M do possível impacte, precedido de sinal positivo (+) ou negativo (-) conforme o impacte seja favorável ou desfavorável, na escala de 1 a 10, respectivamente mínima e máxima (zero não é válido). Na parte direita da diagonal faz-se constar a importância do possível impacte, também em escala de 1 a 10 (com idéntica estrutura). O texto que acompanhe a matriz 47 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações consistirá na discussão dos impactes mais significativos, isto é, aquelas cudrículas cujas linhas e colunas estejam indicados com as maiores qualificações e aqueles valores isolados com números superiores. O somatório das magnitudes por filas indica as incidências do conjunto sobre cada factor ambiental e portanto, a sua fragilidade ante o projecto, e o somatório por colunas dará o valor relativo ao efeito que cada acção poderá produzir no ambiente e, portanto, a sua agressividade. Água Flora Processos Atm. Impacte geoambiental Impactes social e económico Fauna Impacte Bio ambiental Factores Ambientais -2 /2 -5 /2 S u b terrâ n ea s Q u a lid a d e C o m p o s iç ã o (g a s es , p oeira s ) R u íd o E ro s ã o In u n d a ç ã o S ed im en ta ç ã o S u b s id ê n c ia In s ta b ilid a d e D is s olu ç ã o C o m p a c ta ç ã o e a s s en ta m en to s Á rvo res A rb u s tos e h erb á ce a s M icro flo res ta A ves A n im a is terres tres M ic ro fa u n a C u ltivos P a is a g en s E s p a ç os a b erto s E m p re g o U s os d e s olo (T u ris m o, etc .) A va lia ç ã o -9 /5 -1 0 /1 0 -5 /6 -1 0 /6 -1 0 /8 -8 /9 -8 /9 -1 0 /1 0 -4 /1 -3 /4 -5 /9 -3 /4 -6 /5 -5 /7 -8 /8 + 1 0 /+ 10 + 1 0 /1 0 + 2 /1 0 + 1 0 /8 + 5 /9 + 5 /1 0 -4 1 /4 1 -1 8 /3 1 -1 6 /5 9 + 5 /1 0 0 /3 5 + 7 /1 0 + 3 /5 -1 /3 0 -5 /1 8 -2 /5 -7 /5 -5 /6 -5 /5 -2 /1 -7 /9 -5 /5 + 4 /7 + 2 /8 + 5 /7 + 5 /7 + 5 /7 + 7 /1 0 + 5 /5 + 1 0 /1 0 -5 /1 0 -8 /8 -1 /2 -1 0 /1 0 -8 /1 0 -5 /7 -1 0 /8 -1 0 /1 0 -1 0 /1 0 -1 0 /1 0 + 5 /1 0 -3 /5 -3 /5 -2 /1 -3 /4 -5 /5 -2 /2 -3 /5 -5 /5 -5 /8 -5 /8 -1 0 /1 0 -5 /1 0 -3 0 /4 8 -7 /1 1 -1 1 /5 48 8 7 /1 1 7 -1 0 /7 -4 /7 + 1 /5 + 1 0 /6 + 7 /6 -4 /4 + 2 /5 + 2 /6 -3 /8 -1 0 /1 0 -1 0 /1 0 + 2 /1 0 + 6 /9 + 5 /1 0 + 2 /7 + 2 /1 0 -5 /1 0 -6 /4 9 -6 5 /7 4 -1 0 3 /1 2 0 + 8 /7 3 5 /6 4 Avaliação -8 /7 Acções de rede de drenagem -1 0 /8 -1 0 /1 7 -5 /9 Implantação Processos de classificação e tratamento -4 /2 -1 /5 -1 /2 Esgotos e drenagens -8 /3 -2 /2 -2 /7 Processos de vertido e transporte S o lo M orfolog ia S u p erficia is Processos de arranque Te rra im p a c te s Novas viagens M a triz de a m b ie n ta is Construção de edifícios e plantas A c ç õ e s c a u sa m e fe it o s a m b ie n t a is O p e ra ç õ e s d e in fr a G e ra ç ã o d e e st ru t u r a e sc o m b r e ira s Medidas correctivas (restauração) 1.10.7. Método do Instituto Batelle – Columbus O método está baseado na definição duma lista de indicadores de impacte com 78 parâmetros ambientais que se ordenam primeiramente segundo 18 componentes ambientais agrupados em 4 categorias (Tabela 1.29), denominando os do 1º nível como categoria, do 2º nível como componentes, 3º nível como parâmetros e a os de 4º nível como medidas ou índices. O componente de 3º nível é a chave do sistema de avaliação. Os 18 componentes que este método considera são: espécies e população, habitats e comunidades, ecossistemas, poluição da água, poluição atmosférica, poluição do solo, ruído, solo, ar e água, etc.. Com a lista de parâmetros ambientais pretende-se obter: representação de qualidade do ambiente, facilidade na medição no terreno, resposta às experiências do projecto e possibilidade de avaliação do mesmo (Conesa, V., 1997). Tabela 1.28 – Exemplo de matriz de impactes ambientais (modificado de Sanz, J.L., 1992) 9 8 /1 4 0 -1 5 /1 7 -8 /2 5 -3 /2 8 0 /1 2 -2 /1 0 /1 9 0 /1 0 + 1 0 /1 0 -1 9 /4 0 -1 5 /4 1 -5 /5 -4 /3 -1 1 /3 1 -5 /5 + 3 /1 7 -3 0 /4 6 -1 8 /2 7 + 2 9 /5 0 -2 /2 7 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 1.29 – Categorias ambientais do método Batelle – Columbus Categoria ambiental Componente Índice de qualidade ambiental IQA Sem Com Mudança neta impacte impacte Parâmetros Sinais de alerta Ecologia Poluição Estética Humano 1.11. O Ciclo de Vida do Produto O ciclo de vida do produto, denominado LCA (Life Cicle Assessment), analisa o impacte ou carga ambiental ocasionado ou associado aos produtos, processos e actividades desde a sua origem (matérias primas, secundarias ou produtos semielaborados) a partir dos quais fabricam-se ou processam-se, passando pelo uso de energia, fabricação, transporte, distribuição, armazenamento, utilização, manutenção e reutilização, até retirar do mercado e transformar-se em resíduo que será reciclado, depositar ou eliminado. Na fig. 1.16 é ilustrado um esquema que representa em termos gerais o ciclo de vida do produto no processo produtivo de operações mineiras e nomeadamente nas etapas de exploração e concentração. Em cada momento e lugar, a tecnologia, as condições ambientais, os factores culturais, etc. condicionam de diferente maneira nos resultados da análise do ciclo de vida. Igual que qualquer análise de impacte ambiental as etapas são: a) A realização do inventário, aquisição de recursos, fabricação, usos e gestão de resíduos; b) A análise do impacte, que supõe uma classificação, caracterização e avaliação dos impactes; (c) A análise das melhoras, que consiste na procura de alternativas de prevenção e correcção dos impactes identificados. A realização das diversas etapas está normalizada por organismos como a ISO (International Organization for Standardization). Partículas, gases, ruído Partículas, gases, ruído Reserva mineral Perfuração, desmonte, carga e transporte Concentrado EXPLORAÇÃO Escombros Minério extraído Drenagem ácida Agua e reactivos de mineral CONCENTRAÇÃO Rejeitados da lavaria Água residual de lavaria, reciclado Figura 1.16 – Esquema general do ciclo de vida na exploração e concentração de minerais 49 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 1.12. Normas da Série ISO 14000 1.12.1. Aspectos gerais A ISO (International Organization for Standarization) é um organismo não governamental com sede em Genebra, com mais de 100 países membros e é dedicada à padronização para produtos, segurança e ambiente, com abrangimento internacional. Em 1987, a ISO conclui as normas da série ISO 9000 adoptadas e reconhecidas a nível mundial, cujo êxito permitiu adquirir confiança para desenvolver outras normas. A causa de preocupação global sobre os problemas ambientais, a ISO estabelece um compromisso com a UNCED (Conferência sobre o Meio Ambiente e o Desenvolvimento) para elaborar as normas ambientais, constituindo um grupo de trabalho denominado SAGE (Strategic Advisory Group on the Environmental) que equivale a dizer Grupo Assessor Estratégico sobre o Ambiente, que conclui as suas actividades no ano de 1992. Em Março de 1993 a ISO constitui o comité técnico denominado ISO/TC 207 (fig. 1.17) com a finalidade de desenvolver os sistemas e ferramentas de administração ambiental para certas áreas ambientais. Este comité (TC 207) dividiu-se em seis grupos, cada um deles dirigidos por um representante de um país: Sistemas de administração ambiental: Reino Unido Auditoria ambiental: Países baixos Classificação ambiental: Canadá Desempenho ambiental (avaliação do desempenho ambiental): E.U.A. Análise do ciclo de vida (avaliação do ciclo de vida) E.U.A. Aspectos ambientais em normas sobre produtos: Alemanha Entre as normas ISO 9000 e ISO 14000 existem algumas semelhanças embora existam marcadas diferenças (Tabela 1.30). Figura 1.17 – Organigrama da ISO 14000 50 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 1.12.2. Importância da norma ISO 14000 Considera-se a norma ISO 14000 como um factor de desenvolvimento e do comércio internacional (Cascio, J. et al., 1997), fundamentalmente porque: Facilita o comércio eliminado as barreiras comerciais, nos últimos anos deram-se normas nacionais e regionais no campo ambiental, como no caso dos E.U.A., Canadá, Inglaterra, União Europeia entre outros, que criaram barreiras comerciais, como a Eco etiqueta por exemplo. A norma permite a melhoria ambiental a nível mundial, pelo facto de serem normas de consenso internacional, proporcionar uma concepção e terminologia ambiental comum e desempenhar um papel significativo na avaliação ambiental do planeta que facilitam a harmonização internacional de estratégias ambientais. Melhora a administração ambiental, por estar preparada para atender todas as etapas da operação duma organização, seus produtos e serviços, incluindo elementos de política ambiental, recursos, capacitação, operações, resposta a emergências, auditorias, medidas e revisões administrativas; conseguindo-se a fiabilidade mediante a percepção continua e a participação de todos os directivos e empregados. Tabela 1.30 – Comparação entre as normas ISO 9000 e a ISO 14000 Partes Metas Estrutura Conteúdo ISO 9000 Proporciona às organizações um meio de demonstrar ante o cliente os requisitos e objectivos de qualidade ISO 14000 Proporciona um elemento dum sistema de administração ambiental, incluindo assessoria e conseguir as expectativas dum bom desempenho ambiental Está dentro dum modelo baseado em: planificar, fazer, verificar e actuar. A norma é separada Mistura de actividades de administração com requerimentos de processo e de verificação. Norma é aparte ISO 9001 como ISO 14001 incluem elementos de compromisso e responsabilidade da direcção, documentação de administração do sistema, controlo de documentos, controlo operacional, capacitação, vigilância, inconformidade e medida correctiva, registos e auditoria ISO 9001 inclui elementos discretos ISO 14001 inclui elementos discretos ambientais, de planificação de qualidade, requerimentos legais, objectivos e metas, identificação do produto e programa de administração, comunicações e monitorização e técnicas estatísticas resposta a emergências 1.12.3. A ISO 14001 ou Sistema de Gestão Ambiental Segundo a série ISO 14001, a gestão ambiental é a declaração da organização das suas intenções e princípios em relação com seu comportamento ambiental, que proporciona um marco para a sua actuação e para o estabelecimento de seus objectivos e metas ambientais. Segundo a norma francesa NF (X-30-200 Système de Management Environnemental), a gestão ambiental é um conjunto de actividades de gestão que define a política ambiental, seus objectivos e responsabilidades e que serve para implantar tais actividades mediante a planificação dos objectivos, a medida dos resultados e controlo dos efeitos. Esta norma indica que a responsabilidade das tarefas de gestão ambiental é 51 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações competência de todos os escalões da gestão da empresa, que deve ser conduzido pela direcção, tomando em consideração os aspectos económicos e sociais pertinentes. O plano Verde Holandês indica que o objectivo principal da gestão ambiental é a conservação da capacidade de carga do meio ambiente para o desenvolvimento sustentável e que supõe prevenir ou minimizar os efeitos não desejados provenientes da actividade humana. O sistema de gestão ambiental inclui a estrutura organizacional, a planificação das actividades, as responsabilidades, as práticas, os procedimentos, os processos e recursos para desenvolver, implantar, realizar, revisar e manter actualizada a política ambiental. 1.12.3.1. A série ISO 14001 como elemento mais importante da norma ISO 14000 Os temas que abrangem a norma ISO 14000 podem-se dividir em duas áreas separadas: A primeira é relacionada com a administração duma organização e seus sistemas de avaliação e a segunda com ferramentas ambientais para a avaliação do produto (fig. 1. 18). As normas ISO 14000 podem-se agrupar em termos gerais em dois: a) A do sistema de gestão (14010, 14011, 14012 e 14031) e b) Norma de produtos (14020, 14021, 14023, 14024, 14040, 14041, 14042, 14043 e 14060) (Tabela 1.31). A ISO 14000 é aplicável quer a empresas grandes quer a pequenas, tendo alcance mundial. 1.12.3.2. Avaliação da organização A norma de série ISO 14001 é a base de toda a norma ISO 14000, denominada norma do sistema de administração ambiental EMS (Environmental Management System) e é o documento de especificações do sistema da administração da série ISO 14000, que deve cumprir uma organização que procura o registro ou certificação pela norma, depois de passar uma auditoria dum terceiro independente e devidamente acreditado e registrado. ISO 14000 NORMAS DE ADMINISTRAÇÃO AMBIENTAL AVALIAÇÃO DA ORGANIZAÇÃO AVALIAÇÃO DO PRODUTO Sistema de gestão ambiental (ISO 14001) Aspectos ambientais nas normas dos produtos Auditoria ambiental Classificação ambiental Avaliação de desempenho ambiental Avaliação do ciclo de vida Figura 1.18 – Família das normas ISO 14000 (baseado em Cascio, J. et al., 1997) A função da norma ISO 14001 é similar às das normas ISO 9001, 9002 e 9003 da série ISO 9000. 52 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A ISO 14001 também foi concebida para aquelas organizações que queiram declarar a sua conformidade à norma pelas segundas partes que estejam dispostas a aceitar a auto declaração sem a participação dum terceiro. O desafio principal quer para a organização quer para o auditor é de que exista uniformidade na interpretação das especificações. A estrutura do EMS inclui o compromisso e política ambiental com metas e objectivos definidos, a planificação, actividades de implantação e operação, programa de controlo ou comprovação, revisão ou auditoria administrativa, de maneira que coadjuve em alcançar as metas e objectivos antes estabelecidos (fig. 1.19 esquerda). A figura 1.19 (direita) ilustra em termos gerais os elementos do EMS onde os de maior importância estão na parte inferior. Tabela 1.31 – ISO 14000 normas de administração ambiental (baseado em Cascio, J. et al., 1997) Série Avaliação da organização Série Avaliação do produto 14001 Sistema de Gestão ambiental 14020 Classificação ambiental (EL): EMS: especificação com guia princípios básicos para as para seu uso classificações ambientais 14004 Sistema de Gestão ambiental 14021 Classificação ambiental (EL): auto (EMS): guias gerais sobre declaração de afirmações, termos e definições princípios, sistemas e técnicas de suporte Classificação ambiental (EL): 14010 Guia para auditoria 14022 ambiental (EA): princípios símbolos e rotulagem ambiental gerais 14011/ Guia Classificação ambiental (EL): para auditoria 14023 1 metodologia de testes e verificações ambiental (EA): procedimentos de auditoria 14024 Classificação ambiental (EL): Parte 1 – auditoria de sistemas princípios guia e procedimentos de administração ambiental para certificados de programas de critérios múltiplos 14012 Guia Avaliação de ciclo de vida (LCA): para auditoria 14040 ambiental (EA): critérios de princípios gerais e guias para qualificação para auditores de análise do ciclo de vida sistemas de administração 14041 Avaliação de ciclo de vida (LCA): ambiental análise de metas e definições/âmbito de inventário 14031 Avaliação de desempenho 14042 Avaliação de ciclo de vida (LCA): ambiental (EPE): guias para a avaliação do impacte avaliação do desempenho 14043 Avaliação de ciclo de vida (LCA): ambiental avaliação das melhoras 14050 Termos e definições (T&D) 14050 Termos e definições (T&D) 53 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações É importante salientar que a ISO 14001 não tem nada ver com a maneira em que a empresa opta em mitigar ou reduzir os impactes ambientais para obter a maior eficiência ambiental. A ISO 14001 aborda a maneira em que a empresa pode proceder em implantar uma estrutura de gestão que garanta a implantação de programas de mitigação ou redução dos impactes ambientais, que os processos estejam documentados, que se definam e atinjam as metas ambientais e que se dê uma formação adequada. Política ambiental Melhoria continua Planificação Revisão administrativa Revisão administrativa Auditoria e medida correctiva SISTEMA DA ADMINISTRAÇÃO Programa de controlo ambiental Metas e objectivos ambientais Comprovação e acção Implantação e operação Compromisso e política ambiental Figura 1.19 – Elementos principais (esquerda) e pirâmide (direita) dum sistema de administração ambiental EMS ISO 14001 A diferença da ISO 9000 a ISO 41001 fixa objectivos e metas, mas também a forma como realizar o seguimento e medição destes. As guias gerais sobre princípios, sistemas e técnicas (ISO 14004) têm carácter informativo e não é utilizado para a certificação ou registo, inclui alguns exemplos, decisões e opções e recomendações práticas que ajudam a implementação do EMS. As ISO 14010, 14011 e 14012 são documentos a serem utilizados como guias para funcionários de registo, auditores e organizações que ponham em prática o documento de especificações ISO 14001. A ISO 14010 estabelece que uma auditoria deve ter claramente definido e documentado o tema a auditar, pelo que os auditores não estão em liberdade de escolher o tema, sendo responsabilidade da organização definir os objectivos da auditoria. O âmbito e critérios da auditoria são estabelecidos entre o auditor e a organização. Os membros da equipa de auditoria devem ser independentes da actividades que estão a auditar, embora que o uso de auditor externo ou interno está a escolha da organização. O relatório final inclui temas numerosos sendo a conclusão o mais delicado que constitui o juízo profissional do auditor. A ISO 14011 é de uso opcional da norma ISO 14001 e o seu elemento chave é o desenvolvimento de um plano de auditoria. Indica o relacionado a que aspectos os auditores devem auditar os processos da revisão administrativa interna para assegurar a adequação e efectividade do EMS e não desempenhos ou efectividade do sistema. A ISO 14012 também é opcional da ISO 41001 e estabelece critérios de qualificação dos auditores ambientais internos e externos em relação a seu nível de 54 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações educação, capacitação, experiência, atributos, habilidades pessoais e grau de competência. A ISO 14031 é relacionada com a avaliação do desempenho ambiental, que também para a norma ISO 14001 é opcional, embora recomenda-se que as organizações a podem utilizar como referência. Proporciona uma base de indicadores de desempenho ambiental para organizações de todo tipo e com carácter de exemplo. 1.12.3.3. Avaliação do produto As séries correspondentes à avaliação do produto compreendem os guias para aspectos ambientais em normas de produtos EPAS (ISO 14020, 14021, 14022, 14023 e 14024) e para a classificação ambiental e avaliação do ciclo de vida LCA (ISO 14041, 14042 e 14043), mas não são necessariamente parte do EMS pelo que não são exigidos por ISO 14001. As séries EPAS só advertem que os redactores das especificações de normas de produtos considerem as consequências positivas e negativas que elas geram. Em relação à classificação e avaliação do ciclo de vida LCA, também a norma ISO 14000 não se define os padrões ambientais pela sua complexidade e diversidade de organizações existentes. 1.13. Custo Ambiental É evidente que a protecção ambiental tem um custo económico. Por exemplo, uma preocupação global no aspecto ambiental sem dúvida é o impacte ambiental negativo na atmosfera terrestre como a poluição do ar, o efeito estufa e a camada de ozono. Estima-se que a nível mundial existem cerca de 800000 mortes por ano devido à poluição do ar (bronquite crónica, cancro dos pulmões, doenças cardiovasculares, pneumonia e asma) dos quais um 80% acontece em países desenvolvidos (World Health Organization WHO and the World Resources Institute, WRI, 2000). Estima-se que na Europa provoca cerca 6% da mortalidade total com um custo de 1.7% do PIB no caso da França, Suécia e Áustria (Europe Ministerial Conference for Environment, 2000). Em países em desenvolvimento atribui-se que a poluição do ar provoca mortes por infecção dos pulmões em 80% de crianças menores de 5 anos (Tabela 1.32). Tabela 1.32 – Cargas ambientais que provocam riscos de doenças na saúde humana (Murray and López 1996; Smith, 1998) Grupo de saúde ambiental Água/saneam-ento Malária Poluição ar interior Poluição ar urbano Lixos agroindustriais África Índia 13 9 5.5 1 11 0.5 6 2 1 1 Percentagem do total de DALY´s Ásia/ Améric FSE China Pacific a Latina o 4.5 10 7 2 0 1.5 0 0 9.5 4 0.5 0 5 2 3 3 1.5 55 1.5 2 2 LDC s EM E 9 3 5 2 1.5 0 0 1 1 2.5 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A estimativa do custo ambiental global realizado pelo Yokohama Group (2000) com base do ano fiscal de 2000 baseado no conceito do Indicador da Carga Ambiental denominado Eco Point (EP) (Tabela 1.33) considera as emissões de CO2, CH4, SOx, NOx, CFC (cloruracão), COD (Demanda Química de Oxigénio), P, metais pesados, etc. gerados pelas actividades produtivas e de serviços. Em 1999 uma Comissão Europeia (Amann, M. et al., 2000) estimaram o custo de redução do nível de poluição ambiental do ar atmosférico dos países membros da União Europeia (15) para os principais poluentes identificados paróxismo de 70 milhões de Euros por ano (Tabela 1.34). Tabela 1.33 – Custos ambientais globais ocasionados pelas actividades produtivas e de serviços (Yokohama Group, 2000) Categoria de custos ambientais de produção e serviços Prevenção de poluentes Protec. ambiental global Reciclagem Impactes por redução e aumento de área Actividades de gestão Investigação e desenvolvimento Protecção em actividades sociais Danos ambientais Medida Ar, água e solo Uso eficiente de energia, etc. Papel, deposição e tratamento de lixo Custos Milhões % Yen 186 15.8 84 07.1 182 15.8 Aquisição “verde” 11 00.9 EMS e educação ambiental 543 46.2 Processos e tecnologia limpa 101 08.6 Reservas naturais e comunidade 60 05.1 Investigação e restauração solos 8 00.5 Tabela 1.34 – Custo de redução de alguns poluentes atmosféricos que causam o efeito estufa em países da União Europeia (Amann, M., et al., 2000). Poluente Redução de 1999 a 2010 (%) NOx e VOC SO2 NH3 50 – 53 75 15 Custo de redução (bilhões de Euros/ano) 54 14 1.6 VOC: Componentes Voláteis Orgânicos Na República Popular de China os custos da monitorização e mitigação estimados para diversas indústrias representam um valor médio de 23% (Tabela 1.35) (Consultants, Ecology and Environment, Inc., United States, 2001), sendo para a indústria mineiro metalúrgica de 2% a 43%. Finalmente, o problema da economia ambiental relaciona-se com o custo e beneficio das disitintas empresas dedicadas à exploração e transformação de recursos naturais. 56 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações O objectivo básico da empresa é a geração de lucro, portanto, esta deve gerar recursos para investir na recuperação daquilo que ela utilizou da natureza. Actualmente aumenta a importância das auditorias nas grandes células sociais para avaliar os custos ambientais presentes e futuros (Contabilidade Social e Ambiental). Aumentam os investimentos das células sociais na recuperação e preservação ambiental; portanto, o activo e o passivo ambiental não podem ser ignorados. Tabela 1.35 – Custo de protecção ambiental na República Popular de China (Consultants, Ecology and Environment, Inc., E.U.A., 2001) Nome Investimento fixo (Y100000) ATC CNM WFW WHC WSC WZM HTS JTS Monitorização Total 57058 17984 31930 19339 38045 39981 26026 16094 4263 250720 Investimento na protecção ambiental (Y10000) 19112 5097 564 882 8573 4550 7727 7064 4263 57832 Percentagem (%) 33.5 28.3 1.8 4.6 22.5 11.4 29.7 43.9 100.0 23.1 ATC=Anhui Tongdu Copper Limited Company; CNM=Chizhou Non-Ferrous Metals Group Company; WFW=Wuhu Felying Wood Chemicals Limited Company; WHC=Wuhu Hengxin Copper Group Company; WSC=Wuhu Shangjiang Chemicals Limited Company; WZM=Wuhu Zhengxing Materials Limited Company HTS=Huangshan Tourist Group Limited Company; JTS=Jihua Tourism Group Company. 1Yuan = 0.1208 $US O passivo ambiental é avaliado mediante auditoria especializada nas unidades produtivas da empresa, identificando a não conformidade com os requisitos legais e com sua política ambiental, para depois fazer a avaliação da área contaminada para que finalmente as soluções sejam valorizadas monetariamente Os três principais categorias de custos que compõem o passivo ambiental são: (1) Multas, taxas e impostos a serem pagos face a inobservância de requisitos legais; (2) Custos de implantação de procedimentos e tecnologias que possibilitam o atendimento às não conformidades; (3) Dispêndios necessários à recuperação da área degradada e indeminização às populações afetadas. Um conceito interessante é a exaustão de recursos minerais ou florestais que é idêntica à depreciação da estimativa de produção (Gouveia, N., 1976). Consiste em obter o valor da exaustão por unidade, e multiplica-lo pela quantidade extraída em cada ano, até a exaustão total dos recursos. A vida útil, no caso de recursos minerais e florestais, é determinado pela estimativa de unidades de produção que serão extraídos dessa fontes. Exemplificando, suponhamos uma jazida do minério X adquirida por € 100000.00, sendo estimada sua capacidade em 800000 toneladas (vida útil). O valor de exaustão de cada tonelada será: 100000€/800000 t = 0.125€/t 57 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Supondo que no primeiro ano sejam extraídas 200000 toneladas de minério, o valor da exaustão desse ano seria de € 25000 (200.000 t x € 0.125). Sendo extraídas 120000 toneladas no segundo ano, a exaustão será de € 15000. Quando a jazida estiver completamente esgotada, o valor da exaustão total corresponderá ao custo histórico da jazida A exaustão dos recursos naturais vai prejudicar o meio ambiente como também a empresa que faz uso destes recursos como matéria prima. Com a escassez de matéria prima utilizada pela empresa ela gerará ineficácia por não satisfazer as suas necessidades e também como isto gerará ineficácia no meio ambiente por exaurir os recursos naturais. Uma empresa de celulose que não originar recursos para reflorestamento chegará um ponto que não haverá mais árvores para serem utilizadas como matéria prima. A indústria do pescado deve fazer com que não haja desequilíbrio na reprodução dos peixes. Caso contrário terá ineficácia dos meios patrimoniais. O progresso de todos deve ser feito com uso racional do meio ambiente natural, devolvendo ao mesmo tempo aquilo que for tirado. 58 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Capitulo 2 METODOLOGIA PARA MINAS SUBTERRÂNEAS 2.1. Mineração e o Ambiente 2.1.1. Introdução Historicamente, a mineração é vista essencialmente como uma actividade industrial não compatível com a protecção do ambiente. Mas, em anos recentes, os problemas ambientais nesta indústria têm sido abordados de maneira importante, ocupando uma posição significativa nos aspectos político, social e económico (Singh, R.N., 1998). No aproveitamento do recurso mineral da natureza, a participação humana utilizando diversos processos, produz impacto ambiental, não só pelo movimento de terras ou rochas, mas também pelo uso de substâncias químicas perigosas. A exploração e o aproveitamento dos recursos minerais, dentro do conceito da conservação do meio ambiente, devem realizar-se mediante uma gestão racional e integral. O esquema da fig. 2.1 representa um modelo de funcionamento do processo mineiro, onde se observa o carácter dinâmico, espacial e temporário das suas actividades. As actividades básicas que são: prospecção e avaliação de reservas, exploração, concentração ou beneficiação e refinação; provocam impacte ambiental de diversa forma e intensidade, tais como: uso original de terrenos, emanação de poluentes diversos em cada actividade unitária e, finalmente, no esgotamento de reservas, etapa em que se deve realizar um fecho sistemático e restauração dos terrenos afectados. O uso racional, integral e eficiente do meio natural, no processo da indústria mineira, precisa duma gestão adequada dos recursos minerais, para o qual é necessário considerar os seguintes aspectos: ‚ Aproveitamento integral das matérias-primas; ‚ Reciclagem de efluentes ou resíduos resultantes do processo operacional; ‚ Eficiente utilização da energia; ‚ Exploração racional de jazigos minerais; ‚ ‚ Planeamento de produção de acorde com a procura e oferta; Legislação e norma ambiental. 59 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Uso inicial de terrenos Substituição técnica Prospecção Procura Investigação Influências externas sobre a procura Mercado Jazigo mineral Plano de exploração e avaliação de reservas Exploração Influências externas sobre a oferta Oferta Minério tal e qual Tratamento mineralurgico Preço Produto vendável Esgotamento de reservas Estéreis e resíduos Utilização Restauração Fecho de mina Reciclagem Mudança de uso do terreno Consumo Figura 2.1 – Esquema geral de uma actividade da indústria mineira López Jimeno, C., 1989) A maior parte das actividades que o homem desenvolve são em maior ou menor grau agressivas para a natureza. No caso da mineração, por exemplo, a restauração de terrenos afectados no final da vida da mina é importante porque, se assim não for, o terreno ficará em situação de degradação. Portanto, na actualidade o conceito baseia-se em considerar as operações de exploração como transitórias e não terminais. 2.1.2. Actividades mineiras e a sua relação com o ambiente A OGMC (Oil, Gas, Mining, Chemicals) da IFC (International Finance Coporation) do Banco Mundial (http://www.ifc.org/mining/key/environment/ environment.html), referindo-se à mineração e ambiente indica que a mineração pode causar perturbações ambientais que variam desde a deposição de escombros e rejeitados, alteração dos solos, a poeira e o ruído e até o uso e poluição da água. No caso em que não é controlada adequadamente, algumas destas alterações podem afectar adversamente a saúde e a subsistência dos grupos vulneráveis e a biodiversidade da área de influência das operações. A chave para a mitigação dos riscos ambientais é de ajuste a padrões apropriados e a monitorização. Todos os projectos da mineração têm de odedecer às normas sociais e 60 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações ambientais que ajudem a assegurar que as operações de mineração sejam empreendidas duma maneira responsável. Para este fim, é necessário considerar seis aspectos principais: uso da terra e da água; gestão de escombros; gestão de produtos químicos e poluentes; deposição dos rejeitados; riscos de saúde humana; riscos ambientais potenciais e planos para mitigação destes riscos. Finalmente, é importante anotar que a adequada protecção ambiental e social tem que ser assegurada em todos os estágios de uma operação de mineração como: prospecção e avaliação do jazigo mineral, construção, operação e fecho de operações da mina. O processo da actividade mineira deve-se realizar dentro do princípio da conservação do ecossistema e para que isso aconteça é necessário realizar uma adequada gestão ambiental, tendo em consideração a interacção das actividades do projecto mineiro com ambiente circundante. A concepção actual da relação da actividade mineira com o ambiente está orientada fundamentalmente ao impacte causado pela actividade da exploração de minérios realizado pelo homem frente ao ecossistema localizado no seu âmbito de acção (fig. 2.2). Para uma adequada gestão ambiental nas operações mineiras é fundamental realizar-se o estudo de impacte ambiental (Tabela 2.1), que deve compreender a caracterização das fontes, identificação dos impactes ambientais e procurar medidas correctivas, a aplicação destas (medidas correctivas) e, finalmente, o acompanhamento mediante uma monitorização sistemática que garanta o cumprimento da aplicação da medida adoptada para desta forma garantir a protecção ambiental da natureza. Ecossistema Ecossistema AR . Partículas e gases . Ruído, radiação e iluminação . Temperatura e humidade . Explosões e incêndios, etc. SOLO/ROCHA . Movimento de terras/rochas . Desflorestação . Alterações geofísicas . Depósitos de escombros e rejeitados de lavaria . Subsidência, etc. PLANTAS NATIVAS . Terrestres . Aquáticas ANIMAIS NATIVOS . Terrestres . Aquáticos HOMEM . População da comunidade . Pessoal do projecto ÁGUAS . Subterrâneas ácidas . Contaminadas da mina e lavaria e oficinas . Do rejeitado da lavaria . Dos escombros, etc. Elementos biológicos Figura 2.2 – Concepção da relação entre as actividades da mineração e o ambiente 61 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 2.1.3. Exploração de jazigos minerais É a etapa que compreende a construção da infra-estrutura mina, o arranque, remoção e transporte das reservas minerais, para seu posterior tratamento mineralógico e metalúrgico, utilizando métodos, equipamentos, materiais e produtos de vários tipos. O método de exploração utilizado normalmente divide-se em dois grupos: subterrâneo e céu aberto. A exploração a céu aberto aporta mais de 70% da produção mineral no mundo e a subterrânea os restantes 30% (fig. 2.3). Na maioria dos países produtores de mineral, como o Peru, as minas que utilizam o método subterrâneo são entre 80% a 90% e entre 10% a 20% os que exploram pelo método a céu aberto (Llanque, O;Navarro, V.F., et al., 1999). A mineração subterrânea é o sector com maior pessoal humano directamente ocupado (López Jimeno, C. 1989). Tabela 2.1 – Fontes de impacte ambiental e medidas correctivas no processo da exploração de minas Fontes e impacte ambiental . Ocupação do solo pelas aberturas, escombreiras, construção de vias de acesso, edifícios e planta de tratamento mineralurgico. . Poluição de águas superficiais (partículas sólidas, elementos tóxicos e não desejáveis dissolvidos, acidificação, presença de elementos metálicos como Cu, Fe, Mn, Zn, etc.) pelos escombros, e pela descarga de efluentes de água ácida de uma mina. . Alteração do regime de águas subterrâneas por bombagens e aberturas no maciço rochoso. . Contaminação das águas subterrâneas com aceites, hidrocarbonetos, etc. . Poluição do ambiente com poeiras, gases, ruído, explosões, incêndios. Medidas correctivas . Retiro e recolha de terra vegetal das áreas ocupadas com vegetação . Plano e modelos de recuperação do terreno, depois da exploração, de modo a que permita a utilização produtiva e ecológica. . Revegetação de áreas afectadas. . Uso de métodos indirectos de exploração e métodos alternativos de deposição de escombros. . Estabilização física e química da escombreira. . Canalização e drenagem a depósitos de sedimentação para o processo de decantação antes da bombagem. . Monitorização permanente sobre a quantidade e qualidade da água. . Isolamento de materiais solúveis e poluentes, com protecção mediante materiais estáveis da própria mina. . Recolha de óleos e massas consistentes, hidrocarbonetos, etc. para evitar a poluição da água. . Prevenção e controlo de poeiras, gases, ruído e riscos de incêndios. . Rega das frentes de trabalho e estabilização físico-química de poeiras. . Uso de equipamento e maquinaria adequados. . Utilização de dispositivos de protecção. A nível geral a exploração a céu aberto caracteriza-se pela remoção de grandes volumes de material e como consequência utilização de maquinaria de grande capacidade, realiza-se normalmente por processo de bancadas descendentes com secções transversais troncos cónicas (fig. 2.4). 62 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Método Subterrâneo Método a Céu Aberto 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Produtos de Carvão pedreiras betuminoso Lignite Minério de ferro Fosfatos Asbesto Bauxite Urânio Níquel Outros(Pb, Zn, Ag, etc) Figura 2.3 – Relação da mineração subterrânea e a céu aberto na produção de diferentes substâncias minerais (elaborado baseado em López Jimeno, C., 1989). O movimento de material pode atingir no caso do Peru a ordem de 50000 a 150000 t/dia, utilizando máquinas de perfuração para realizar furos com 215 a 440 mm de diâmetro, cargas explosivas na ordem de 0.15 a 0.20 kg/t, pás carregadoras até 23 m3 de capacidade de balde e camiões com motor diesel na ordem de 200 a 350 t de capacidade. No transporte algumas minas utilizam telas transportadoras e locomotivas com motor diesel. Na exploração subterrânea a remoção de escombros é em menor quantidade que no método a céu aberto sendo, neste caso, um dos problemas do controle da estabilidade das aberturas subterrâneas (fig. 2.4). A produção de minério pode atingir entre 6000 a 30000 t/dia, utilizando máquinas de perfuração pneumáticas ou electro-hidráulicas (furos com diâmetros de 33 mm a 165 mm) e carga explosiva da ordem de 0.25 a 0.30 kg/t. Na carga e transporte utilizam-se normalmente LHDs eléctricas ou diesel, locomotivas eléctricas e camiões diesel. Para a avaliação de impactes ambientais gerados pelo processo de exploração de jazigos minerais, é muito importante identificar as fontes de impacte ou poluição ambiental, o qual tem relação com o ciclo operacional ou ciclo de vida (fig. 2.5) desta etapa produtiva. 63 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Lavaria Exploração a céu aberto Chaminé de ventilação Travessa Sub nível 1 Frente de exploração Sub nível 2 Poço de extracção Rampa Nível principal 1 Filão Chaminé de estéril Chaminé de minério Tecto Câmara de água Nível principal 2 Muro Câmara de britagem primário Estação de bombagem Skip Pendor Poço interior Sistema de Furos de sondagem carga do skip Galeria de prospecção Figura 2.4 – Métodos de exploração subterrânea e a céu aberto (Llanque, O; Navarro, V.F., et al., 1999) Cada método de exploração subterrânea ou a céu aberto tem vantagens e inconvenientes ambientais (Tabela 2.2), devido às particularidades no processo operacional. O presente estudo de investigação está orientado à engenharia do ambiente subterrânea, que tem relação com o processo de exploração subterrânea do jazigo mineral. Portanto, as fontes de contaminação ou poluição ambiental estão relacionadas com as actividades do ciclo operacional, que em termos gerais são: perfuração, desmonte (disparo), suporte, remoção, carga e transporte de mineral e/ou estéril, que ocasionam a contaminação da atmosfera subterrânea, os riscos ambientais pela alteração do escoamento das águas subterrâneas e drenagem ácida e pela queda e desprendimento de rochas. 64 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações . Poeira e gases . Ruído . Explosões e incêndios . Poeira e gases . Ruído . Vibração . Explosões e incêndios . Incêndios . Poeira Suporte Reserva mineral Perfuração . Óleo diesel . Ar comprimido . Electricidade . Agua industrial . Equipamento Desmonte . Explosivo . Ar comprimido . Equipamento . Rejeitado de lavaria . Brita, areia . Madeira . Água industrial Remoção, carga e transporte de mineral Remoção, carga e transporte de escombros . Gasóleo . Electricidade . Equipamento . Poeira . Ruído . Gases . Grassa Produto mineral . Alteração superficial . Escombros . Instabilidade de rochas . Poluição de água subterrânea e superficial . Equipamentos Figura 2.5 – Etapas gerais da exploração de jazigos minerais e fontes de impacte ambiental 2.2. Concepção do Ambiente Subterrâneo 2.2.1. Definição de ambiente subterrâneo As pesquisas bibliográficas realizadas no Capitulo 1, sobre o avanço da humanidade no tema ambiental, permitem caracterizar e definir o que é o ambiente subterrâneo. Para tal fim é conveniente rever algumas definições aceitas sobre o ambiente, para depois conceber o ambiente subterrâneo, visando desenvolver a Engenharia Ambiental para este âmbito. Uma definição aceitada do ambiente pela Conferencia de Estocolmo em 1972 é no sentido de que o ambiente é um conjunto num momento dado, dos agentes físicos, químicos, biológicos e dos factores sociais susceptíveis de causar um efeito directo ou indirecto, imediato ou em longo prazo, sobre os seres vivos e as actividades humanas. Tabela 2.2 – Vantagens e desvantagens ambientais dos métodos de exploração de minas (Ripley Earle, A., et al., 1996; Llanque, O, Navarro, V.F., et al., 1999) Métodos de exploração a) Subterrâneo . Sem suporte . Com enchimento Vantagem ambiental - Escasso desmonte de rocha em relação à mineração a céu aberto - Pouco risco de subsidência - Pouco escombro 65 Desvantagem ambiental - Potencial grande de subsidência - Oxidação por exposição do material - Risco de oxidação e combustão de material de suporte - Drenagem ácida e afecção aquíferos Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 2.2 (cont.) – Vantagens e desvantagens ambientais dos métodos de exploração de minas (Ripley Earle, A., et al., 1996; Llanque, O, Navarro, V.F., et al., 1999) Métodos de exploração b) Superficial . Céu aberto . Aluvial c) Indirecto . Lixiviação “in situ” . Utilização “in situ” Vantagem ambiental - Fácil acesso e menor risco para trabalhadores, em comparação à mineração subterrânea Desvantagem ambiental - Grande quantidade de escombros - Poeiras, ruído e oxidação - Risco de emissão de partículas para a atmosfera e hidrosfera. - Alteração superficial - Relativamente fácil controle do dano ambiental - Redução de escombros, - Grande quantidade de solução de sal. rejeitados e alteração - Risco de contaminação de águas superficial subterrâneas e superficiais - Redução do risco de trabalho - Difícil controle do processo no - Mínimo risco de subsidência subsolo e escassa produção de - Alto risco de contaminação de águas resíduos sólidos subterrâneas - Mínimo risco de trabalho Gallopin em 1981, conceitua que o ambiente dum sistema pode-se definir como outro sistema que influi no sistema considerado e recebe a influência deste. Kielly, G. (1999), pergunta-se de que é o ambiente? Logo responde-se no sentido de que em forma habitual nos referimos ao ambiente, ao meio, ou ao meio. Continua a indicar que o ambiente natural é composto por componentes não biológicas (ar, água, terra) e componentes biológicas (plantas, animais, organismos mortos). O homem não só é dependente dos meios vivos, mas da totalidade da Terra, e depende da conservação do meio natural e da interacção entre os organismos vivos (incluído o homem) e os componentes físico-químicos do planeta Terra. As componentes físico-químicas (inertes) e as biológicas (vivos) são os factores ambientais que podem ser modificados pelas actividades realizadas pelo próprio homem. Gómez Orea, D.(1988), define o ambiente ou meio ambiente como o meio vital, ou conjunto de factores físico – naturais, sociais, culturais, económicos e estéticos que interagem entre si, com o indivíduo e a comunidade em que vive, determinando a sea forma, carácter e sobrevivência. Não se deve considerar como o meio envolvente do homem, mas como algo indissociável dele, da sua organização e seu progresso. Os factores ambientais são as componentes do ambiente onde a desenvolve a vida no planeta Terra, sendo o suporte de toda actividade humana. Estes factores são susceptíveis de serem modificados pelo homem que, num nível determinado, podem ocasionar problemas graves de forma imediata, mediana ou de longo prazo. Estes factores são: ‚ O homem, flora e fauna; ‚ O solo, água, clima e paisagem; 66 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações ‚ Bens naturais e património cultural. Conesa, V., (1992) define impacte ambiental quando uma acção ou actividade produz uma alteração no meio ou em alguma componente ou sub componente. Esta acção pode ser um projecto de engenharia, um programa, um plano, uma lei ou uma disposição administrativa com implicações ambientais. Quando um impacte ambiental é negativo produz uma degradação ambiental podendo comprometer em risco da vida humana, pelo que é necessário tomar medidas de prevenção ou mitigação correspondentes. De forma similar, o ambiente subterrâneo, é o meio com componentes ambientais não biológicas (ar, água e rocha) e biológicas (vírus, bactérias, incluído o próprio homem) (fig. 2.6). A atmosfera subterrânea está composta pelo ar proveniente do ar do ambiente global, encaminhado seja por meio natural ou artificial. A hidrosfera subterrânea está representada pelas águas subterrâneas e a litosfera pela rocha e no caso de aberturas próximas à superfície por solos e/ou rochas. AMBIENTE GLOBAL OU EXTERIOR NÃO BIOLÓGICO ATMOSFERA (Ar) LITOSFERA (Terra sólida, solos) HIDROSFERA (Oceanos, lagos, rios, aguas subterrâneas) LITOSFERA ATMOSFERA (Solos/Rocha) SUBTERRÂNEO (Ar) HIDROSFERA (Águas subterrâneas) BIOLÓGICO ORGANISMOS VIVOS (Plantas, animais, vírus, bactérias, fungos,) e MATÉRIA ORGÂNICA MORTA (Organismos mortos e produtos residuais,) ORGANISMOS VIVOS (Vírus, fungos, homem) Figura 2.6 – Componentes do ambiente global e do ambiente subterrâneo A componente biológica está conformada principalmente pelo homem, mas também por vírus, bactérias e fungos que podem ser resultado da decomposição da madeira utilizada no suporte. O ambiente subterrâneo constitui parte do ambiente global ou exterior, não sendo isolado ou independente do ecossistema (fig. 2.7). Rocha/solo Água subterrânea Radiação Entrada de ar do ambiente exterior Iluminação e radiação Gases explosivos, incêndios Vírus, bactérias, fungos Homem no ambiente subterrâneo Saída de ar para o ambiente exterior Gases tóxicos, calor, poeiras, ruído Figura 2.7 – Ambiente subterrâneo como parte do ambiente global ou exterior 67 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações De forma similar ao que acontece no ambiente exterior, entre as componentes do ambiente subterrâneo existe uma interacção e relação, assim, qualquer alteração das condições naturais destes componentes causam impactes ambientais podendo pôr em risco a vida humana (fig. 2.8). HOMEM ÁGUA . Alteração do nível freático, mediante aberturas ou bombagens . Água ácida pela presencia de ar e contacto com a rocha . Risco de inundação . Risco pela acidez . Risco pela concentração de metais . Risco económico ROCHA/SOLO . Instabilidade do maciço provocado pelas aberturas e vibrações . Alteração da estabilidade do maciço pela mudança do escoamento da água . Risco por instabilidade e desprendimento de rochas . Risco por subsidência . Risco económico AR . Alteração da composição natural de oxigénio . Poluição com gases tóxicos, poeiras, ruído, iluminação, radiação, explosões, incêndios etc. . Aumento de temperatura . Desconforto e risco de desidratação . Risco pelos gases tóxicos e peias . Risco pela baixa composição de oxigénio . Risco por explosões e incêndios, iluminação, radiação, etc. Figura 2.8 – Interacção entre os componentes físico-químicos e o homem no ambiente subterrâneo Em semelhança às definições do ambiente revistas, ambiente subterrâneo pode-se conceituar como o meio subterrâneo onde acontece a interacção dos quatro domínios ambientais que são: atmosfera subterrânea, água subterrânea, rocha e as componentes biológicas (principalmente o homem). No âmbito subterrâneo, também, o homem é a componente biológica mais importante e a sua acção ocasiona efeitos ambientais negativos directos ou indirectos, imediata, mediana e longo prazo, provocando impactes no meio subterrâneo (vida humana) e exterior (subsidência, escombros, água ácida). De igual forma o Sistema de Gestão Ambiental Subterrâneo (SGAS) pode-se definir, como o conjunto de acções, de toda a estrutura organizacional da empresa, encaminhadas a prevenir ou minimizar os efeitos não desejados sobre o ambiente, ocasionados pelas actividades de exploração subterrânea que realiza o homem. 2.2.2. Hipótese para o desenvolvimento da engenharia ambiental subterrânea Com os fundamentos e análise comparativa e visando desenvolver a engenharia ambiental subterrânea, formula-se o axioma ou hipótese seguinte: Sendo o ambiente subterrâneo parte do ambiente exterior (global), neste âmbito também existe uma natural interrelação e interacção dos quatro domínios do ambiente (atmosfera subterrânea, água subterrânea, maciço rochosos e a componente biológica – homem), os que, pela presença e acção do próprio homem, são alterados as suas condições naturais, traduzem-se em impacte ou risco ambiental, por conseguinte, reverte 68 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações uma grande importância desenvolver uma Engenharia Ambiental Subterrânea (EAS), considerando a interacção integrada destes componentes e com abordagens contemporâneos. Quantidade de eventos Quantidade de acidentes 2.2.3. Justificativas do trabalho de investigação A Engenharia Ambiental Subterrânea (EAS) a desenvolver permitirá uma abordagem global e bem consistente da gestão do ambiente subterrâneo, para uma adequada protecção ambiental, face às alterações provocadas pelas actividades de exploração dos recursos naturais (minerais) do subsolo. O desenvolvimento da EAS é plenamente justificada, pelo facto de que a acção humana no subsolo provoca uma alteração dos componentes do meio do ambiente natural criando riscos que afectam o meio e a vida humana, reflectido-se nos frequentes acidentes mortais que ocorrem nas minas subterrâneas do mundo, como mostra a fig. 2.9, as estatísticas de acidentes mortais em minas subterrâneas dos E.U.A. e a fig. 2.10 em minas peruanas. A Tabela 2.3 apresenta a relação entre os acidentes fatais e a quantidade de trabalhadores mineiros, elaborado com base na média de trabalhadores mineiros da mineração subterrânea e na média de acidentes fatais nos últimos 10 anos (1990-2000), das estatísticas de MSHA de E.U.A. www.msha.gov, 2001, Sociedad Nacional de Minería, Energía e Petróleo do Peru, www.snmep.org.pe, 2001 e revista Água &Ambiente n.º 20 – Ano 2, Especial indústria extractiva (Portugal 2001). Figura 2.9 – Perda de vidas humanas em minas subterrâneas dos E.U.A. de 1900 a 2000(Mine Safety ,Health and Administration MSHA E.U.A. www.msha.gov) Além das mortes, a contaminação da atmosfera subterrânea causa afecção de doenças ocupacionais (cancro dos pulmões pelo efeito da emissão dos equipamentos com motor diesel e radiações, silicose e doenças similares, surdez pelo ruído, desconforto pelas altas temperaturas, explosões e incêndios), as águas subterrâneas e drenagem ácida provocam inundações, afecções da biodiversidade e o ecossistema e a instabilidade do maciço rochoso ocasiona acidentes com inabilitação física, psíquica e corporal. 69 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 50 Percentagem do total (%) 45 40 PERDAS DE VIDA TOTAL 1999 82 2000 54 2001 66 35 30 25 20 15 10 5 0 Queda de pessoas Operação com Desprendimento de máquinas e tránsito rochas Disparos com explosivo Intoxicação com gases Uso de materiais e outros Carga, remoção e transporte Figura 2.10 – Perda de vidas humanas em minas subterrâneas do Peru (baseado em estatísticas dos anos 1999, 2000 e 2001 do Ministério de Energia e Minas do Peru, disponível em http://www.mem.gob.pe/wmem/publica/dgm/indice_1999.htm) Tabela 2.3 – Relação de acidentes fatais com base na média de trabalhadores da mineração subterrânea e média de acidentes fatais Quantidade média Quantidade Relação de acidente Pais de trabalhadores média acidentes fatal/trabalhadores mineiros fatais mineiros E.U.A. Portugal Peru 229471 713 48000 51 0.4 85 1/4499 1/1783 1/565 Estes problemas do ambiente subterrâneo são tradicionalmente são abordados mundialmente mediante procedimentos, técnicas e sistemas de gestão de Segurança e Higiene, mas não como um aspecto ambiental. Portanto, uma abordagem ambiental, proporcionaria ferramentas técnicas e sistemas de gestão viáveis para um aproveitamento dos recursos naturais do subsolo em harmonia com natureza e o ambiente. 2.3. Ambiente, Saúde e Segurança 2.3.1. Conceitos do ambiente, saúde e segurança Em relação ao termo ambiente, no novo dicionário da língua Portuguesa Aurélio (http://www.redeambiente.org.br/Opiniao.asp? artigo=62) encontra-se as definições seguintes: o Ambiente, o conjunto de condições naturais e de influências que actuam sobre os organismos vivos e os seres humanos. o Meio, é o lugar onde se vive, com suas características e condicionamentos geofísicos; ambiente; esfera social ou profissional (onde se vive ou trabalha). Isso quer dizer que, tudo o que fazemos ou deixamos de fazer no dia a dia tem reflexos ínfimos ou gigantescos no ambiente. Assim, é extremamente necessária uma 70 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações consciência ambiental em todos os ramos da sociedade, para o nosso bem-estar e de todas as gerações (princípios do desenvolvimento sustentável e Agenda 21). Em relação ao termo saúde o dicionário da língua Portuguesa da Porto Editora (http://www.portoeditora.pt/dol/default.asp? param=08010100) dá a seguinte definição: saúde, estado do que é são; ausência de doença; estado normal dos órgãos; vigor; robustez. Mas, diferentemente da doença, que em geral é tangível, reconhecível e facilmente identificável, a saúde é uma condição difícil de definir. Uma pessoa pode ser forte, resistente a infecções, apta a enfrentar o desgaste físico e outras pressões da vida quotidiana, mas ainda assim ser considerada doente se o seu estado mental for julgado frágil. O conceito de saúde envolve mais do que o condicionamento físico, implicando também o bem-estar mental e emocional. Uma pessoa revoltada, frustrada, emocionalmente instável, mas em excelente condição física não pode ser considerada saudável, porque não está em perfeita harmonia com seu ambiente. Um indivíduo nesse estado é incapaz de emitir juízos correctos e de ter reacções racionais. Uma definição mais exacta de saúde pode ser, portanto, a capacidade que o organismo apresenta de funcionar em completa harmonia com seu ambiente, o que envolve a aptidão para enfrentar física, emocional e mentalmente as tensões quotidianas. De acordo com essa definição, a saúde é interpretada em função do ambiente individual. Em resumo, saúde pode ser definida como a capacidade física, emocional, mental e social que o indivíduo tem de interagir em completa harmonia com seu ambiente. Finalmente, em relação ao termo segurança a melhor definição pode ser obtida através do dicionário Aurélio (http://www.scua.net/ seguranca/conceitos/seguranca.htm) conforme descrito a seguir: Segurança é o estado, qualidade ou condição de seguro; condição daquele ou daquilo em que se pode confiar e finalmente é a certeza, firmeza, convicção. Seguro provem do latim securu, que significa livre de perigo; livre de risco; protegido, acautelado, garantido; em quem se pode confiar; certo, indubitável, incontestável e eficaz, eficiente. 2.3.2. Ligação entre ambiente, saúde e segurança O ambiente, saúde e segurança têm uma interrelação no sistema produtivo da indústria mineira e nomeadamente dentro da actividade da exploração de minas, que é denominada EHS pela sua denominação em idioma inglês Environmental, Healh and Safety. Pode-se afirmar que uma boa qualidade ambiental pode implicar uma boa saúde humana e vice-versa, de igual forma uma boa segurança será reflectida em poucos acidentes e como consequência boa saúde ocupacional e vice-versa, finalmente as acções com segurança podem permitir melhorar o ambiente e vice-versa. A relação entre a segurança e o ambiente está em que uma boa segurança influi na boa qualidade ambiental (fig. 2.11). 71 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Portanto numa actividade industrial mineira e nomeadamente uma mina subterrânea, ao pôr em prática um sistema de gestão integrado do ambiente, saúde e segurança permitiria conseguir optimizar a conservação da qualidade ambiental, da saúde e segurança ocupacional do pessoal participante nas actividades da indústria. As empresas mineiras tem a obrigação de cumprir com todas as leis, normas e regulamentos ambientais aplicáveis, devendo promover a consciência, interesse e a instrução ou capacitação ambientais entre seus empregados e a comunidade na que opera. Organismos vivos e seres humanos SAÚDE Condições naturais e de influências Figura 2.11 – Relação entre ambiente, saúde e segurança (EHS) As empresas mineiras devem igualmente proteger a saúde e segurança ocupacional de seus empregados, e farão exame de todas as etapas para eliminar ou reduzir a exposição do pessoal às circunstâncias que afectem adversamente sua segurança e/ou saúde quando no trabalho, incentivando a consciência, interesse e capacitação do pessoal dentro e fora do ambiente operacional. 2.4. Situação Actual da Engenharia Ambiental Subterrânea Na actualidade, o problema da engenharia ambiental subterrânea vem sendo abordado do ponto de vista de segurança e higiene dos trabalhadores, sem considerar o conceito ambiental. Além de se tratar o ambiente de mina como um assunto de segurança e higiene ocupacional, é considerado simplesmente como a interacção das componentes físicoquímicas ou inertes (poeiras, temperatura, vibração, humidade, gases tóxicos, iluminação, ruído) existentes na atmosfera subterrânea ou no ar. Observa-se também, no esquema, que não é considerada a velocidade e caudal do ar; isto é devido a que estes aspectos são tratados em forma isolada e como um aspecto relacionado à ventilação de minas (fig. 2.12). 72 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Poeiras Temperatura Aceleração Processamento de dados Sensação Controle (Olhos, ouvidos, etc.) (Braço, pernas, etc.) Ruído Vibração Exposição de máquinas Humidade Controlo máquinas Radiação Operação de máquinas Iluminação Gases tóxicos AMBIENTE DE MINA Figura 2.12 – Segurança e saúde no ambiente de operação de minas (Mutmansky, J.M., et al., 1992) O ambiente subterrâneo conceituado dessa forma não considera a interacção das outras componentes do ambiente subterrâneo, que são a água e a rocha (fig. 2.13). A EAS deve considerar a interacção das três componentes ambientais (ar, água, rocha) que interagem entre si e fundamentalmente com a componente biológica ou viva que neste caso é principalmente a acção do homem. Na exploração de minas subterrâneas e em geral em escavações subterrâneas (túneis, câmaras para armazenamento de certos materiais, etc.) a presença da água e a instabilidade das rochas constituem um grande problema e preocupação histórica do homem, mas são abordados numa óptica isolada e também dentro dum conceito de segurança e saúde. BIOLÓGICO NÃO BIOLÓGICO ATMOSFERA (Ar) HIDROSFERA (Água subterrânea) Velocidade e caudal de ar Caudal e drenagem ácida LITOSFERA (Rocha) Queda e desprendimento ORGANISMOS VIVOS (Homem) Aspectos não considerados na interacção do ambiente subterrâneo Figura 2.13 – Componentes considerados e não considerados no conceito actual do ambiente subterrâneo 73 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Uma forma de expressar as afecções humanas é mediante os índices de frequência, de severidade e em alguns casos mediante o índice de acidentabilidade dados por: IF = 200000NAP/THH IS = 200000NDPA/THH onde, IF é o índice de frequência, NAP é o número de acidentes que ocasionam perdas de horas de trabalho, THH é o total horas homem trabalhados, IS é o índice de severidade, NDPA é o número de dias de trabalho perdidos por acidentes. Os índices de acidentes de trabalho referidos relacionam fundamentalmente a segurança e saúde do trabalhador mineiro; mas as horas perdidas para de acidentes fatais, descapacitantes ou leves são contabilizadas tendo em consideração todo tipo de situações de insegurança, que são diferenciados basicamente como actos inseguros e condições inseguras. Finalmente a forma de como é abordado o ambiente subterrâneo reflecte-se também pelas normas legais existentes como o Decreto-lei nº 162/90 de 22 de Maio de 1990 em Portugal e Decreto Legislativo Nro. 708 – 709 de 06 de Novembro de 1991 e Decreto supremo Nro.023-92-EM (Reglamento de Seguridad e Higiene Minera) no Peru. Portanto, o conceito actual da engenharia ambiental subterrânea, não tem os fundamentos, bases e tratamentos das correntes modernas da engenharia ambiental em geral, apesar de constituir parte do ambiente ou meio ambiente normalmente concebido. 2.5. Proposta da Engenharia Ambiental Subterrânea A proposta da Engenharia Ambiental Subterrânea (EAS) é baseada no processo da gestão ambiental do ambiente exterior, com particularidades próprias do meio subterrâneo, de modo que a exploração dos recursos naturais do subsolo (minerais) se realize com um plano de protecção ambiental e condições de qualidade do ambiente consoante aos padrões existentes. Esta proposta da EAS é para situações de ambiente subterrâneo em minas com operação (fig. 2.14) e para situações de projectos novos (fig. 11.2). O digrama da fig. 2.14 ilustra o sistema e sequência de acções da Engenharia Ambiental Subterrânea para uma mina em operação que, em termos gerais, compreende as seguintes acções: o Definição do âmbito de acção; o Caracterização da situação do ambiente; o Identificação dos níveis de impacte ambiental; o Medida correctiva a aplicar; o Monitorização e controle. 2.5.1. A definição do âmbito de acção É a acção referida à localização geográfica, características principais do maciço rochoso (solo) e do jazigo mineral, ambiente subterrâneo relacionado a toda a infraestrutura existente como são os trabalhos de desenvolvimento e traçagem (poços, 74 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações chaminés, galerias, rampas, câmaras para extracção, para bombagem, para britagem, para manutenção, etc.), preparação e frentes de exploração (desmontes) que variam em função do método de exploração. CONCEPÇÃO DO PROBLEMA AMBIENTAL Sim Projecto novo? Não DEFINIÇÃO DO ÂMBITO DE ACÇÃO CARACTERIZAÇÃO DA SITUAÇÃO DO AMBIENTE (levantamento in situ detalhado) Atmosfera . Fontes da poluição e características do ambiente . Dimensões geométricas . Homens e máquinas diesel . Velocidade e caudal . Temperaturas e humidade relativa . Pressão barométrica . Coeficiente de fricção . Comprimento equivalente . Concentração de poeiras, gases tóxicos e explosivos em locais definidos . Ruído, radiação, iluminação em locais definidos . Sentido do ar, ventiladores, portas, etc. . Entradas e saídas principais . Tendências de parâmetros térmicos, dinâmicos, volumétricos, poeiras, gases, ruído, radiação, etc. . Referência de custos Água subterrânea . Características geológicas e geotécnicas do maciço rochoso. . Características das aberturas subterrâneas. . Tendência da monitorização no acompanhamento geotécnico . Representação em mapas Rocha À QUARTA PARTE (Capítulo 2) 1 NO AMBIENTE SUBTERRÂNEO: . Fontes de risco e poluição . Local e trecho de medição de caudal e de amostragem. . Caudal, pH, % sólidos, concentração de metais (ppm ou %) . Fontes e lugar a onde drena. EM SUPERFÍCIE: . Características hidrogeológicas . Caudal, pH, % sólidos e metais na montante e jusante das ribeiras, lagos ou rios. . Balanço hídrico e variação do caudal em subsolo e em superfície ao longo do ano. . Variação do pH, % de sólidos e metais em água subterrânea e águas de superfície. BASE DE DADOS Âmbito de acção, caracterização e padrões de qualidades ambiental 4 Da TERCEIRA PARTE (Capítulo 2) IDENTIFICAÇÃO DO IMPACTE AMBIENTAL ROCHA . Indicadores da qualidade da rocha. . Tensão, deformação, resistências, etc. Não MONITORIZAÇÃO E CONTROLE AR . Dinâmico e volumétrico . Térmico, gases e poeiras . Acústico, iluminação e radiação . Explosões e incêndios ÁGUA SUBTERRÂNEA . Devido ao caudal . Acidez, % de sólidos e concentração de metais Existe impacto ambiental negativo? Sim 3 Da QUARTA PARTE (Capítulo 2) APLICAÇÃO DE MEDIDAS CORRECTIVAS MEDIDAS CORRECTIVAS (ROCHA, AR, ÁGUA SUBTERRÂNEA) . Alternativas técnicas viáveis técnica e economicamente . Consciência e ética ambiental . Sistemas de gestão ambiental (Normas ISO 14000, EHS, etc.) 2 Da QUARTA PARTE (Capítulo 2) Figura 2.14 – Metodologia da Engenharia Ambiental Subterrânea EAS para minas em operação que integra a figura 11.2 75 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 2.5.2. Caracterização da situação do ambiente Consiste num levantamento detalhado e minucioso de todas as informações que permitam caracterizar o ambiente. A investigação sobre processos de protecção e estudo de detalhe é usado para recolher a informação necessária, para seleccionar um processo de protecção ambiental ou medida correctiva que se encontre dentro das exigências das normas e leis do programa. A investigação sobre processos de protecção inclui a amostragem e análise para caracterizar a natureza e extensão da contaminação; avaliação de riscos futuros actuais e potenciais em relação a saúde humana e o ambiente; este estudo é apropriado, para avaliar a eficácia de tecnologias do tratamento ou da recuperação para reduzir a toxicidade, a mobilidade ou o volume de substâncias perigosas ou contaminadas. Caracterização da atmosfera subterrânea relacionado a: dimensões geométricas, características físicas, circuitos de ar (mapa adequado) indicando-se entradas e saídas principais, sentido do ar, velocidade e caudal de ar, ventiladores, portas e cortinas de ventilação, temperaturas e humidade relativa, pressão barométrica, coeficiente de fricção, comprimento equivalente, concentração de poeiras, gases tóxicos e explosivos, ruído, radiação, iluminação, homens e máquinas com motor diesel. É importante determinar as tendências de parâmetros térmicos, dinâmicos, volumétricos, poeiras, gases, ruído, radiação, etc., e considerar referência de custos. Caracterização da água subterrânea, que deve considerar: local de medição de caudal e de amostragem de água, trechos do escoamento, caudal, pH, % sólidos, concentração de metais (ppm ou %), fontes e lugar onde escoa, representação em mapa adequado, características hidrogeológicas da zona, pH, % sólidos e metais no montante e jusante das ribeiras, lagos ou rios, balanço hídrico e mapa de correlação, tendência do caudal em subsolo e superfície, tendência do pH, % sólidos e metais em água subterrânea e águas de superfície. Características geotécnicas do maciço rochoso circundante, características geométricas das aberturas subterrâneas, tendência da monitorização no acompanhamento geotécnico, representação em mapas, entre outros. 2.5.3. Identificação dos níveis do impacte ambiental É baseada nos padrões de qualidade ambiental definidos pelas normas de cada região ou país ou por instituições reconhecidas a nível internacional e nacional. No caso de padrões de qualidade ambiental de maciços rochosos, também será necessário considerar os resultados de parâmetros experimentais que tenham uma fiabilidade conseguida através de medições reiteradas e estudos. Estes índices e padrões permitem elaborar uma matriz base de níveis de impacte ambiental que, no estudo se consideram três a níveis: leve, moderado e alto. Esta matriz de base serve para a identificação do impacte ambiental negativo e expressa o nível correspondente utilizando o âmbito de acção definido e a caracterização do ambiente subterrâneo. 76 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A situação do problema ambiental identificado em respectivos níveis é recomendável apresentar numa matriz e mapa de impactes ambientais. 2.5.4. Medidas correctivas A procura de medidas correctivas consiste em duas etapas principais: 1) Desenvolvimento de alternativas de medidas correctivas e 2) Selecção da alternativa mais viável, que passa por uma análise detalhada. Uma escala de alternativas de acção correctiva é desenvolvida durante o estudo com os dados disponíveis da caracterização do local, isto ajuda reduzir as incertezas relacionadas com os custos e o desempenho de alternativas do tratamento. Durante a selecção do processo de protecção ambiental, identifica-se uma alternativa preferida, apresentada num plano proposta a documentar para a opinião pública. Planos, especificações e outros documentos necessários para construir ou para executar a alternativa são tomados durante o projecto de detalhe da medida correctiva Nesta etapa podem utilizar-se procedimentos técnicos, modelos matemáticos e computacionais (simulação). A alternativa mais viável desde o ponto de vista técnico e económico deve ser aplicada. 2.5.5. Monitorização e controle Consiste em estabelecer um seguimento que verifique a efectividade e eficácia da medida correctiva adoptada. Desta forma poderão detectar-se alterações não previstas e possíveis mudanças. Além da actualização constante do mapa de riscos ou impactes que permitam tomar medidas oportunas e cumprir o plano original aprovado pela autoridade competente ou situar dentro de padrões estabelecidos, como por exemplo a ISO 14000. 2.6. Minas Subterrâneas para a Aplicação do Estudo Para o estudo de casos foram consideradas três minas em operação actual: as minas de cobre e estanho de Neves Corvo da Sociedade Mineira de Neves Corvo S. A., as minas de volfrâmio da Panasqueira da Beralt & Tin Wolfram S. A. e a mina de estanho de San Rafael de MINSUR S. A. As primeiras duas minas estão localizadas em Portugal e a última no Peru. Os estudos de investigação práticos nestas minas servem quer para a validação de modelos matemáticos e procedimentos desenvolvidos, quer para a aplicação da engenharia ambiental subterrânea. A mina de Neves Corvo, localizada na zona do Alentejo, oferece condições interessantes para o estudo, devido a sua localização numa altitude próximo os 200 m, a geologia e pelo facto de produzir entre 6000 a 6500 t/dia de minério tal-qual, utilizando métodos de exploração com um alto nível de mecanização e como consequência aberturas subterrâneas de grandes dimensões, equipamentos com motor diesel e de grandes 77 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações capacidades, além de que as frentes de exploração estão localizadas em profundidades próximas a 700 metros, onde a temperatura da rocha virgem já se torna alta e seu sistema de ventilação é 100% forçado. Estes aspectos, genéricamente referidos, tornam esta mina propícia para a parte experimental do estudo. A mina da Panasqueira, localizada na parte montanhosa de Portugal, a uma cota aproximada de 750 m acima do nível do mar, também, oferece condições interessantes para a parte experimental do estudo, porque é uma mina medianamente mecanizada, com produção próxima das 2000 t/dia de minério tal-qual, com aberturas subterrâneas de medianas dimensões localizadas a pouca profundidade (150 m) escavadas principalmente em xisto, com sistema de ventilação mista (natural e forçada), utilização de equipamentos diesel e água subterrânea de caudal considerável que é descarregada numa ribeira em superfície. A mina de estanho de San Rafael, pelo facto de estar localizada nos Andes do Peru a uma altitude de uns 5000 m, ter uma profundidade próxima a um quilómetro, ser uma mina mecanizada que utiliza equipamentos diesel de grande capacidade, ocorrer em rocha vulcânica, e existir água termal nas partes profundas da mina. 78 SEGUNDA PARTE GESTÃO AO AMBIENTE SUBTERRÂNEO Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Capítulo 3 CONTAMINAÇÃO DA ATMOSFERA SUBTERRÂNEA 3.1. Temperatura 3.1.1. Efeitos fisiológicos sobre o homem O metabolismo humano é acompanhado pela geração de calor, com o que a temperatura do organismo se mantém próximo a 36.9 ºC, e em contacto com a temperatura do ar circundante o homem poderá sentir sensação de frio ou calor e os efeitos fisiológicos de baixas e altas temperaturas. 100 Eficiência no trabalho (%) Th 80 Te V = 4.06 m/s 60 V = 2.03 m/s 40 V = velocidade do ar Th = Temperatura húmida 20 V = 0.51 m/s 0 60 70 80 90 100 110 120 Temperatura efectiva, Te , ou Temperatura húmida, Th (ºF) Figura 3.1 – Efeito da temperatura sobre o rendimento do homem (Hartman H.L., et al., 1982) Quando uma pessoa é exposta a uma temperatura superior à de conforto, esta sofre os efeitos fisiológicos expressos da seguinte forma: Perda de interesse nas actividades que realiza, frequentes descansos ou folgas, desejo de concluir a actividade rapidamente, irritabilidade, redução do grau de concentração, falta de sentido e de atenção e até a morte. A exposição prolongada do homem em condições térmicas desfavoráveis conduz inevitavelmente ao aumento da temperatura no organismo e como consequência produz efeitos fisiológicos que reduzem seu rendimento (fig. 3.1) e até provocam a morte, com temperaturas superiores a 42 ºC e em tempo prolongado. 3.1.2. Fontes e caracterização da temperatura no ambiente subterrâneo O ar atmosférico que entra ao ambiente subterrâneo aumenta gradualmente a sua temperatura, quando aumenta a profundidade do local por onde escoa (fig. 3.2) e a causa principal é a transferência do calor da rocha virgem, devido ao conhecido grau geotérmico. Outras fontes do aquecimento do ar na atmosfera subterrânea são provocadas pela autocompressão, pela operação de equipamentos com motor diesel, pela detonação de cargas explosivas, pela presença de água termal e pelo metabolismo humano. 81 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 31 31 29 29 Temperatura(ºC) Temperatura(ºC) 27 25 23 21 Temperatura seca Temperatura húmida 19 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 25 23 21 Temperatura seca Temperatura húmida 19 17 0 27 4500 Percuso do ar (m) 17 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 Localização em profundidade do percurso do ar (m) Figura 3.2 – Variação da temperatura do ar no ambiente subterrâneo da mina de Neves Corvo, que entra pelo poço de Santa Bárbara e sai pelo poço CPV2 (baseado em medições realizadas no mês de Julho de 2000) 3.1.2 1. Temperatura de autocompressão É um processo que acontece durante a descida do ar pelas aberturas subterrâneas e devido a sua própria compressão. O enunciado matemático é deduzido considerando a condição de equilíbrio e propriedades do ar e é influenciada pelas forças verticais (fig. 3.3) expressa como: g.dh = dp/ρ; dh = dp/γ = vdp, pvk = constante no processo adiabático, diferenciando a equação de Claperon: pv = Rt obtém-se pdv + vdp = Rdt, de onde resulta: pdv = Rdt – vdp, com este resultado tem-se: dh + k(Rdt + kdh) = 0 , e integrando consegue-se obter: (1-k) ∫dh + kR∫dt = (1-k)h + kRt + C = 0, de onde: t = h(k-1)/kR - C. A constante de integração C, determina-se com a condição h = 0 e t = to , portanto C = - to Com estes valores, a equaçãotransforma-se em: t = to + h(k-1)/kR, mas como R = 29.27, k = 1.302 (valor médio) h = L senα, (fig. 2.3) resulta finalmente: t2 = t1 + 0.0098. L senα, logo: ∆t ha = 0.0098.L.senα (3.1) t1 Poço ou chaminé L α dp h dh t2 Figura 3.3 – Esquema de autocompressão 82 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Quando h = 1.0 m de profundidade o acréscimo da temperatura para este metro é de 0.0098 ºC, ou seja por cada 100 m de profundidade a temperatura do ar aumenta em 0.98 ºC que aproximadamente é 1 ºC. No processo da análise matemática realizada, g é aceleração da força da gravidade (m/s), h é a altura ou profundidade (m), L é o comprimento do poço ou chaminé, α é a inclinação do poço ou chaminé, p é a pressão (kg/cm2), ρ = γ/g é a massa volúmica do ar (Kg.s2/m4), v é o volume específico (m3/kg), R é a constante dos gases perfeitos, k é o índice adiabático dos gases, t é a temperatura do ar, t1 é a temperatura do ar à superfície (ºC), t2 é a temperatura de ar à profundidade h (ºC) e ∆tha é o acréscimo de temperatura por autocompressão (ºC). Este acréscimo da temperatura é muito mais notório em poços verticais que em aberturas inclinadas ou rampas e obviamente que em aberturas horizontais é nulo. 3.1.2.2. Transferência de calor do maciço rochoso ao ambiente subterrâneo Na capa superficial de 15 m (Hartman, H.L. et al., 1982), de 20 m (Vutukuri, V.S. et al., 1986) e de 20 a 40 m (Novitsky, A., 1962) de profundidade, a temperatura do maciço rochoso varia ao longo do ano e em relação à mudança da temperatura do ar superficial (fig. 3.4). Depois desta capa neutral térmica a temperatura do maciço rochoso aumenta gradualmente consoante o aumento da profundidade; a esta propriedade denomina-se grau geotérmico (Tabela 3.1). Para calcular o grau geotérmico Vutukuri, V.S. (1986) propõe a equação (3.2), onde gg é o grau geotérmico (ºC/m), fc o fluxo de calor do maciço rochoso que é aproximadamente 0.05 W/m2 e ctr a conductividade térmica do maciço rochoso (W/m.ºC). gg = fc ctr (3.2) Tabela 3.1 – Valores típicos do grau geotérmico (baseado em Vutukuri, V.S., 1986; Hartman, H.L., 1982 e Mine Ventilation Service, Inc. E.U.A., 2000) gg gg Lugar Tipo de rocha (ºC/100m) (ºC/100m) Jazigo de cobre, 4.6 –6.0 Magma Copper, Arizona 3.8 Montana Coal mines, United Kingdom 1.8 – 4.0 Jazigo de cobre, Arizona 4.5 Agnew Nickel, Australia 1.3 Jazigos carboníferos 2.0 – 4.5 Kolst gold, India 1.1 Argila 3.3 Witwatersrand, South Africa 0.7 – 1.3 Calcário 1.8 Broken Hill, NSW, Australia 1.97 Arenito 1.7 – 3.3 Ontario, Canada 1.22 Dolerito 3.0 Hungary 5.0 Quartzito 0.8 – 1.5 UK and Europe 1.0 – 3.0 Silvite 0.8 – 1.7 E.U.A. 0.91–3.65 Halite 1.0 – 4.0 83 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações qr L htcn t2 Q Zona neutral térmica h Abertura subterrânea A B h1, t1 α dx 2 1 Figura 3.4 – Capa de rocha com influência de temperatura exterior e abertura subterrânea elementar Com o grau geotérmico gg (m/ºC), com a temperatura da capa rochosa até a zona neutral térmica tcn (ºC), com a profundidade desde a superfície até a zona neutral térmica htcn (m) a temperatura do maciço rochoso a uma determinada profundidade h denominada thr (ºC), é dada por thr = tcn + (h – htcn)/gg Com esta equação e denotação de parâmetros na fig. 3.4 deduz-se a equação (3.3) que expressa o acréscimo da temperatura devido ao grau geotérmico ∆tgg (ºC), onde h1 é a profundidade do nó inicial do trecho medida desde a superfície (m), L o comprimento da abertura subterrânea (m), α a inclinação do trecho (º, +α quando o declive é descendente e –α quando é ascendente). ∆t gg = h1 − htcn ± L.senα gg (3.3) Aplicando às aberturas subterrâneas os fundamentos da transferência de calor no escoamento dos gases em tubos, sabe-se que o calor propaga-se dum ponto a outro por três modos distintos: condução; radiação e convecção. Na maior parte das vezes, estes três processos têm lugar simultaneamente (Holman, J.P., 1983), portanto a quantidade de calor q a fornecer a um corpo de massa m e calor específico Ce para que a sua temperatura se eleve de t1 a t2 é dada por q = m.Ce(t2 – t1 ) = m.Ce.∆t Aplicada esta expressão ao caudal de ar Q (m3/s) o calor recebido do maciço rochoso qr (W) resulta a equação 3.4 q r = 1000 .ρ a .C e .Q.∆t r = 1000 .ρ a .C e .Q.(t 2 − t1 ) (3.4) onde ρ a é a massa volúmica do ar (kg/m3), Ce é o calor específico do ar (Kj/m.ºC) e ∆tr é a variação da temperatura de t1 a t2. O calor do maciço rochoso dq recebido pelo ar do ambiente subterrâneo pode ser dado também em termos de coeficiente de transferência de calor do maciço rochoso (W/m2.ºC) (Holman, J.P., 1983) mediante a equação diferencial 84 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações dq = λ.P.dx.(Tp – Tm) onde Tp e Tm são as temperaturas de parede e de mistura de ar na posição particular dx (ºC) e P é o perímetro da abertura subterrânea (m). De forma similar o calor total qr transferido (W) pode ser expressa mediante a equação (3.5). q r = λ.P.L.(T p − Tm ) média (3.5) Atendendo à equação (3.3) e a nomenclatura da fig. 3.4 têm-se Tp = {t1 + [t1 + (h1 - htcn ± Lsenα)/gg]}/2 e Tm = (t1 + t2 )/2 as que substituídas nas equações (3.4) e 3.5) e igualando resulta a relação seguinte: [(λ.P.L)/2][ ( h1 - htcn ± Lsenα)/gg + t1 – t2 ] = 1000.ρ a. Ce.Q.( t2 – t1) Finalmente a variação da temperatura do ar que escoa nas aberturas subterrâneas por causa do grau geotérmico ∆tr (ºC) resulta a equação (3.6). ∆t r = t 2 − t1 = λ.P.L.(h1 − htcn ± L.senα ) g g (λ .P.L + 2000.ρ a .C e .Q) (3.6) Para chaminés ou poços (fig. 3.5), a profundidade inicial (h1) é zero e o trecho que recebe influência do grau geotérmico é Lsenα - htcn com α + , pelo que para estes casos resulta a equação (3.7). λ .P.( L.senα − htcn ) 2 ∆t r = t 2 − t1 = g g [λ .P.( L.senα − htcn ) + 2000 .ρ a .C e .Q ] (3.7) O coeficiente de transferência de calor λ é dado pela equação (3.8) em função da condutividade térmica K (W/m.ºC), a relação de Dittus e Boelter Nud (sem dimensão) e o diâmetro da secção d (m); para trabalhos horizontais e inclinados d = (B + A)/2, onde B é a base da secção (m) e A corresponde à sua altura (m). λ= K .Nu d d (3.8) d t1 htcn Zona neutral térmica Q 1 L d h Poço ou chaminé α qr t2 2 Figura 3.5 – Zona neutral térmica e representação elementar de um poço 85 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A relação de Dittus e Boelter Nud foi determinada por Petukohov “λ” (Holman, J.P., 1983) expressando-a para gases (ar) mediante a equação (3.9), onde Red é o número de Reynolds (sem dimensão), calculado com Red = V.d/µ, V é a velocidade média de escoamento do ar (m/s), d é o diâmetro da abertura subterrânea (m), µ é a viscosidade cinemática do ar (kg/m.s), f é o coeficiente de atrito das paredes da abertura subterrânea (kg/m3) e Pr é o número de Prandtl (adimensional) calculado mediante Pr = Ce.µ/K. As propriedades físicas e térmicas do ar podem ser obtidas da Tabela 3.2. Tabela 3.2 – Propriedades do ar à pressão atmosférica (National Bureau Standard E.U.A., Holman, J.P., 1983) 86 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações f Re d . Pr 8 Nu d = f 1.07 + 12.7( ) 0.5 (Pr 0.67 − 1) 8 (3.9) 3.1.2.3. Transferência de calor gerado por equipamentos com motor diesel Os equipamentos utilizados nos trabalhos subterrâneos que geram calor transmitido ao ar da atmosfera subterrânea são: 1) Equipamentos móveis com motor diesel e com motor eléctrico (jumbos para perfuração, camiões ou dumpers para transporte, pás ou LHDs para carga e remoção, locomotivas, etc.); 2) Equipamentos e sistemas eléctricos não móveis (ventiladores auxiliares, iluminação, bombas, guinchos, estações ou subestações de transformação, etc.). Da variedade de equipamentos usados em trabalhos subterrâneos, os movidos a diesel (fig. 3.6), contribuem significativamente na transmissão de calor ao ar que escoa na atmosfera subterrânea. LHD L Gases, poeiras e diesel Q calor 2 t2 t1 1 Figura 3.6 – Equipamento diesel em operação (LHD) e trecho elementar do ambiente subterrâneo O consumo de óleo diesel pelos motores dos equipamentos é de 0.24 kg/kWh, com um valor calorífico de 44 MJ/kg (Vutukuri, V.S. et al.,1986)), pelo que o total de energia libertada é de 0.24x 44x103 KJ/kWh = 10560 KJ/kWh = 176 KJ/minuto. KW = 2.9 kJ/s.KW = 2.9 KW/KW. De este total 1 KW é convertida em energia mecânica e 1.9 KW é liberada em gases expulsos pelo motor. Esta quantidade de energia não é transferida na sua totalidade ao ar que escoa no ambiente em que trabalha o equipamento, visto que é função do tempo efectivo de uso da máquina, portanto é particular e diferente para cada condição de trabalho subterrâneo sendo o valor próximo de 0.9 KW. A emissão de calor por equipamentos com motor diesel qed (KW) pode ser traduzida por qed = f.qd.p d 87 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações onde qd é a energia equivalente liberada por óleo diesel (2.9 KW/KW), pd é a potência do equipamento (KW), f= fm.ft é o factor combinado de conversão à energia mecânica e de utilização do equipamento, que é particular para cada mina e até diferente duma área de trabalho para outra. Desta expressão o acréscimo da temperatura provocado pela utilização de equipamentos diesel ∆Ted (ºC) exprime-se pela equação (3.10). ∆t ed = f m . f t .q d . p d ρ a .C e .Q (3.10) A influência no acréscimo da temperatura do ar neste caso é a partir do local onde trabalha ou trabalham as máquinas. 3.1.2.4. Transferência de calor por causa da detonação de explosivos Os disparos realizados com explosivo nas escavações subterrâneas geram calor que é transferido ao maciço rochoso e ao ar da atmosfera subterrânea. Mine Ventilation Service, Inc. de E.U.A. (2000) recomenda a expressão indicada a seguir para calcular este calor qex (KW), em função do calor libertado pela carga explosiva ce (KJ/kg), da quantidade de explosivo utilizado eu (kg/dia), e da energia calorífica do explosivo eu (para o ANFO é de 3900 KJ/kg e para a dinamite 60% de 4030 a 4650 KJ/kg). qex = (ce . eu)/86400 Com esta expressão o acréscimo da temperatura no ambiente subterrâneo por causa da detonação de cargas explosivas ∆tex resulta a equação (3.11). ∆t ex = ce .eu 86400.ρ a .C e .Q (3.11) A influência no acréscimo da temperatura dá-se também a partir do trecho do meio onde se realiza o disparo com explosivo. 3.1.2.5 Outras fontes de transferência de calor ao ambiente subterrâneo Hartman, H. L. et al. (1982), refere que o calor do metabolismo humano não é significativo e até pode ser ignorado, exemplificando que para 800 homens em condições usuais origina uma libertação total de 192 KW (65000 BTU/h), correspondendo a cada homem 0.25 KW de energia. Assim, quando a quantidade de homens presentes no ambiente subterrâneo é grande, o acréscimo da temperatura por causa do metabolismo humano ∆th (ºC) resulta o expressado pela equação (3.12), onde qh é o calor liberado por homem, é função da temperatura efectiva e determinado usando ábacos (kW/homem), n é o número total de homens. ∆t he = q h .n ρ a .C e .Q (3.12) 88 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 3.1.2.6. Transferência de calor em redes típicas de ar Para determinar a transferência de calor em circuitos típicos de ar no ambiente subterrâneo (fig. 3.7) aplica-se o fundamento da dinâmica do ar enunciado por Kreide, J. F. (2001). tf ti ti tf .i .f ti tf Qi-f Qi-f . i Qi-f .i .f .f Qf Qi Qi-f1 Qi1-f . f1 . i1 t f1 c) a) ti1 b) Figura 3.7 – Esquema dos circuitos típicos de ar no ambiente subterrâneo Circuito típico “a”: neste circuito mi-f.ti-f + mi1-f.ti1-f = mf.tf ; onde mi-f, mi1-f, mf, ti-f ti1-f, tf são massas m e temperaturas t de ar nos trechos i-f, i1-f e no trecho de conjunção com o nó inicial f respectivamente. Este balanço de massas tem o mesmo princípio que o balanço de caudais Q do ar, resultando Qi-f.ti-f + Qi1-f.ti1-f = Qf.tf, donde: tf = (Qi-f.ti-f + Qi1-f.ti1-f )/Qf onde, Qi-f é o caudal de ar no trecho i-f, ti-f = ti + ∆ti-f , Qi1-f é o caudal no trecho i1-f, ti1-f = ti1 + ∆ti1-f , Qf é o caudal no inicio do trecho de conjunção. Pela primeira Lei de Kirchoff Qf = Qi-f + Qi1-f, e assim, a temperatura no nó de conjunção f representada como tf, resulta a equação a seguir, que em termos de caudais dos trechos de junção resulta a equação (3.13). tf = [Qi-f(ti + ∆ ti-f ) + Qi1-f(ti1 + ∆ ti1-f)]/Qf tf = Qi − f (t i + ∆t i − f ) + Qi1− f (t i1 + ∆t i1− f ) Qi − f + Qi1− f (3.13) No circuito típico “a” cumpre-se a equivalência entre o produto de resistências e caudais demonstrada a seguir. Deduzindo desta equivalência o caudal em função das resistências e substituindo na equação (3.13) obtêm-se a equação (3.14). Req.Qf 2 = Ri-f. Qi-f 2 = Ri1-f. Qi1-f 2, de onde Req = {1/[(1/ Ri-f 0.5 + 1/ Ri1-f 0.5 ]}2 e, tf = ( Req Ri − f ) 0.5 (t i + ∆t i − f ) + ( Req Ri1− f ) 0.5 (t i1 + ∆t i1− f ) (3.14) Na equação (3.14), Req é a resistência equivalente do circuito inicial i e final f, Ri-f é a resistência do trecho i-f, Ri1-f é a resistência no trecho i1-f, ∆ti-f, ∆ti1-f são os acréscimos totais das temperaturas nos trechos i-f e i1-f, respectivamente. O acréscimo total de temperatura na atmosfera subterrânea ∆ttotal (ºC) é a soma total dos incrementos causados (equação 3.15) 89 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações ∆t total = ∆t ha + ∆t r + ∆t ed + ∆t ex + ∆t h + ∆t t (3.15) onde os acréscimos são provocados por autocompressão (∆tha), maciço rochoso (∆tr), equipamentos diesel (∆ted), detonação do explosivo (∆tex), metabolismo humano (∆th) e água termal (∆tt). Circuito típico “b”: neste tipo de circuito a temperatura tf no nó final f é expressa pela equação (3.16). t f = t i + ∆t i − f (3.16) Circuito típico “c”: neste tipo de circuito a temperatura nos nós finais dos dois ramais tf e tf1 são definidos com os mesmos conceitos utilizado para o circuito típico “a”, pelo que: Qi.ti = Qi-f.tf + Qi-f1.tf1 de onde, tf = (Qi.ti - Qi-f1.tf1 )/ Qi-f , e como: Qi = Qi-f + Qi-f1, têm-se: tf = (Qi-f.ti +Qi-f1.ti - Qi-f1 . tf1 )/ Qi-f = ti + Qi-f1/ Qi-f ( ti + tf1 ) mas como tf1 = ti + ∆ ti-f1 , resulta: t f = t i − ∆t i − f 1 ( Qi − f 1 Qi − f ) (3.17) De forma análoga ao procedido para o circuito típico “a” a equação (3.17) em termos da resistência das aberturas subterrâneas, resulta como o expresso pela equação (3.18) e (3.19). Req.Qi 2 = Ri-f. Qi-f 2 = Ri-f1. Qi-f1 2 , donde Req = {1/[(1/ Ri-f 0.5 + 1/ Ri-f1 0.5 ]}2 e, t f = t i − ∆t i − f 1 ( Ri − f ) 0.5 (3.18) ) 0.5 (3.19) Ri − f 1 tf1 = ti - ∆ ti-f ( Qi-f/ Qi-f1 ) t f 1 = t i − ∆t i − f ( Ri − f 1 Ri − f Estes modelos matemáticos foram validados na mina de Neves Corvo cujo processo é apresentado no item 3.2.5. 3.1.2.7. Influência da temperatura exterior na temperatura do ambiente subterrâneo A nível geral a temperatura média exterior do ar diminui progressivamente com o aumento da altitude, variando de 0.56 a 0.65 ºC por cada 100 metros (Tabela 3.3). As condições climáticas do ar exterior variam em função das estações do ano, facto que fprovoca no Verão entrada de ar quente na atmosfera subterrânea e no Inverno ar frio. Assim, existe influência da temperatura exterior na temperatura do ambiente subterrâneo tal como foi caracterizado na mina de Neves Corvo (fig. 3.8). 90 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações ∆T f = f .∆Te (3.20) Tabela 3.3 – Pressão e temperatura em relação à altitude e em condições normais (American Society of Heating and Ventilating Engineers, 1947) Altitude (pés) Pressão (polegadas de Hg) Temperatura (ºF) -1000 -500 0 +500 +1000 +5000 10000 15000 20000 25000 31.02 30.47 29.92 29.39 28.86 24.89 20.58 16.88 13.75 11.10 +62.6 +60.8 +59.0 +57.2 +55.4 +41.2 +23.4 +5.50 -12.3 -30.1 35.00 Temperatura seca (ºC) Temperatura seca (ºC) 35.0 30.00 30.0 25.00 25.0 20.00 20.0 15.00 15.0 Temperatura mínima Temperatura máxima Temperatura média 10.00 10.0 0 2 4 6 8 10 12 14 Meses do ano 5.00 0 Temperaturas máximas médias no exterior Temperaturas máximas médias nos desmontes 2 4 6 8 10 12 14 Meses do ano Figura 3.8 – Oscilação típica da temperatura média mensal ao longo do ano no ambiente exterior e subterrâneo da mina de Neves Corvo (com base na informação da Somincor 1998, 1999 e 2000) A estimação da variação da temperatura nas frentes de exploração em função da temperatura exterior é possível estimar com a equação (3.20). Onde ∆Tf é a variação de temperatura nas frentes de exploração ao longo do ano, f = 0.24 a 0.35 para grandes minas de Europa, e ∆Te a variação de temperatura exterior entre estações de menor e maior temperatura do ano. Esta influência é estudada detalhadamente no processo da aplicação a minas peruanas e portuguesas, que é abordado na quarta parte do presente livro. Um estudo detalhado realiza-se na terceira parte do livro. 3.1.3. Normas e padrões de qualidade ambiental térmico Em termos gerais as normas e regulamentação de distintos países, em relação ao limite da temperatura no ambiente subterrâneo varia dum país a outro (Tabela 3.4), quer na quantidade quer no parâmetro indicador. 91 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 3.4 – Valor limite admissível de temperatura Pais Temperatura seca Pais Temperatura seca (ºC) (ºC) E.U.A. 30 França 28 (Efectiva) Austrália 27 Sul África 27.5 Bélgica 30 (Efectiva) Brasil 30 Portugal 31 Zâmbia 32 Em E.U.A. a OSHA (Occupational Safety and Health Administration) consoante os valores limite admissíveis indicados na publicação de 1992-1993 por ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienists) são adoptados os padrões indicados na Tabela 3.5. Estes limites da exposição são válidos para pessoas com roupa leve pelo que para outros tipos de roupa deve ser corrigido. Para vestimenta total de algodão a correcção é com –2 ºC, para roupa de inverno com –4ºC e roupa impermeável (água) com –6ºC. Tabela 3.5 – Valores limite admissíveis de temperatura de bolbo húmido em º C (OSHA E.U.A. disponível em www.osha-slc.gov,1992) Trabalho efectivo por hora Continuo 75% 50% 25% Leve 30 30.6 31.4 32.2 Intensidade do trabalho Moderado 26.7 28 29.4 31.1 Alto 25 25.9 27.9 30 A Organização Mundial de Saúde (World Health Organization) recomenda uma temperatura efectiva < 30 ºC para actividades em condição sedentária, < 28 ºC para actividades com ritmo moderado e <26.5 ºC para trabalho forte. No caso dum processo de climatização individual o limite admissível aumenta em 2 ºC em cada caso. Para temperaturas de 27.7 a 30 ºC existe um aumento do rendimento humano (disponível em www.who.int/ e www.cdc.gov/niosh/pdfs/86-113f.pdf). Jhonson, B., 1992 considera que um bom padrão do conforto é quando a temperatura efectiva varia de 21 ºC a 26.5 ºC. Em relação ao conforto térmico ambiental a ASHARAE (American Society of Heating, Refrigeration and Air-Conditioning Engineers, Inc) define como temperatura operativa óptima de 22.7 ºC, a velocidade do ar de 0.15 m/s (Inverno) e 0.25 m/s (Verão) para um isolamento com roupa (Clothing Insulation, clo) de 0.9 clo (Inverno) e de 0.5 clo (Verão) (http://ergo.human.cornell.edu/studentdownloads/DEA350notes/Thermal/ thcomnotes1.html). Quando esta temperatura é maior de 28 ºC é preciso aumentar a velocidade do ar até 0.8 m/s. Para 0.05 clo a temperatura operativa óptima é de 24.4 ºC com um máximo permissível de 27.2 ºC nesta condição. Na Europa, a unidade de isolamento térmico de roupa é expressa por Tog (1 Tog = 0.645 clo) Em Portugal o Decreto-Lei n.º 162/90 do 22 de Maio de 1990, no Artigo 148º, é referido a temperatura em trabalhos subterrâneos, regulamentado da forma indicada na 92 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 3.6. O Decreto-Lei referido indica, além de que quando se suspeite locais de elevada temperatura e humidade ou poderem atingir-se os valores limite referidos, deve proceder-se à medição da temperatura pelo menos cada quinze dias e quando atingidos diariamente. Finalmente, o Decreto-Lei n.º 162/90 considera que os valores referidos da Tabela 3.6, podem ser alterados desde que não sejam superiores a 28 ºC a temperatura efectiva a determinar pela equação (3.21), onde, te, th e ts são a temperatura efectiva, a temperaturas húmida e seca, respectivamente e V é a velocidade da corrente de ar em metros por segundo. t e = 0.7Th + 0.3Ts − V (3.21) Tabela 3.6 – Decreto-lei n.º 162/90 do 22 de Maio, Artigo 148º Temperatura (ºC) Seca Húmida 31 26 31 - 35 26 - 30 >35 >30 Período de permanência no trabalho Permitido Seis (6) horas Não permitido No Peru o art.º 83 do novo Regulamento de Segurança e Higiene indica que nos lugares de trabalho onde ultrapasse uma temperatura efectiva de 30 ºC devem tomar-se medidas como: Período curto de descanso, fornecimento de água para beber, aclimatação, saquinhos de sal, entre outros a fim de controlar a fatiga, desidratação e outros efeitos sobre o pessoal e recomenda a forma de obter a temperatura efectiva permitida (Tabela 3.7). Na actualidade o conceito de conforto para o homem está relacionado com a temperatura operativa (operative temperature), a temperatura efectiva (effective temperature), e humidade relativa (fig. 3.9). Tabela 3.7 – Velocidade do ar (m/min) para obter uma temperatura efectiva de 30 ºC (Regulamento de Segurança e Higiene do Peru, 2001) Humidade relativa (%) do ar Temperatura do ar (ºC) 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 30 31 30 32 30 60 90 33 25 50 90 140 34 30 50 100 150 35 45 90 140 36 35 95 140 37 50 105 38 55 100 150 39 150 40 93 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 100% 60% 70% 50% 5 0 Verão Inverno 20 15 30% Temperatura efectiva 26 ºC 10 Temperatura efectiva 20 ºC Relação de Humidade do ar (g/kg) 15 30 25 Temperatura operativa (ºC) Figura 3.9 – Amplitude aceitável de temperatura operativa e humidade do ar para pessoas com actividade sedentária (≤ 1.2 met), baseada em 10% de insatisfação pessoal (baseado em Kreider, J.F., 2001). A temperatura operativa Top (ºF) é dada pela equação (3.22) (ASHRAE American Society of Heating, Refrigeration and Air-Conditioning Engineers, inc, 1997) Top = hcom .Ts + hrad .Tr hcom + hrad (3.22) onde, hcom = (M – 0.85)0.39, para pessoas em actividade 1.1 ≤ M ≤ 30 met, onde M é a produção de calor por metabolismo humano (met), (1met = 1M = 18.4 BTU/h.pé2 = 58.2 W/m2 ), Ts é a temperatura seca (ºF), Tr é a temperatura mínima de radiação referencial do corpo humano (80 ºF ou 26.7 ºC), hrad é o valor padrão de radiação do corpo humano (0.83 BTU/h.pé2.ºF). A produção de calor por metabolismo humano varia com relação ao tipo de actividades que o homem realiza e para actividades no subsolo os valores adaptados são os apresentados na Tabela 2.9, que mostram uma margem de valores de menor a maior intensidade. Kreide, J.F., (2001), determina a temperatura operativa admissível e óptima para o conforto humano para actividades normais (≤ 1.2 met) a 50% de humidade e velocidade do ar ≤ 0.15 m/s (Tabelas 3.8 e 3.9). Baseado na equação (3.22) e com simples transformação aritmética a temperatura Ts de conforto resulta expressa pela equação (3.23). Ts = Top (hcom + hrad ) − hrad .Tr (3.23) hcom 94 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 3.8 – Valores típicos da produção de calor por metabolismo humano (adaptado para actividades no ambiente subterrâneo de Kreide, J.F., 2001) Produção de calor por metabolismo humano (M) Actividade do homem BTU/h.pé2 2 W/m2 met Actividades de escritório 18 – 39 55 – 120 – 2.1 (relatórios e outras) Operador de máquinas leves 18 – 37 60 – 115 – 2.0 Operador de máquinas pesadas 33 – 74 105 – 235 1.8 – 4.0 (pás, jumbo, etc.) Trabalho manual com pico, pá, 74 235 4.0 maço, martelo, etc. Caminhar (0.88 m/s - 1.8 m/s) 37 - 70 115 - 220 2.0 – 3.8 Tabela 3.9 – Temperatura operativa para actividades normais do homem (≤ 1.2 met) a 50% de humidade e velocidade do ar ≤ 0.15 m/s (adaptado de Kreide, J.F., 2001) Amplitude de Top de Condição do Top óptima Tipo de vestido usado (ºC) conforto (ºC) ambiente Temperaturas Camisa manga cumprida e Baixas camisola, roupa pesada 22 20 – 23.5 (Inverno) (macacão) Roupa leve camisa e Temperaturas macacão manga curta 24.527 23 – 2626 - 29 altas (verão) Roupa mínima Verifica-se que a condição de conforto térmico do homem está entre 20 ºC e 29 ºC (temperatura seca de 17 ºC a 30 ºC) de temperatura operativa e a condição óptima manifesta-se em temperaturas operativas de 22 ºC a 27 ºC (temperatura seca 20 ºC a 27 ºC) para as condições referidas na Tabela 3.9. 3.1.4. Matriz para a identificação do impacte ambiental térmico A matriz base para a identificação do nível de impacte ambiental térmico está sustentada nos padrões de qualidade e conforto definidos pelas normas e instituições reconhecidas e desenvolvidas no item 1.2.3, que permitem estabelecer três níveis de impacte ambiental: Leve, moderado e alto. Tabela 3.10 – Matriz base para a avaliação do impacte ambiental térmico Níveis de impacte ambiental Temperaturas (ºC) Leve ∇ Moderado ⊗ Alto ♦ Seca (ts) ts>35 27<ts≤31 31<ts≤35 Húmida (the) The>30 25<the≤26 26<the≤30 Para identificar o impacte ambiental térmico deve-se analisar a totalidade dos locais com presença de pessoas, baseado nas redes de ar caracterizadas e comparando as temperaturas medidas com valores definidos pela matriz base (Tabela 3.10). O resultado 95 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações deve-se representar numa matriz de impacte ambiental térmico (Tabela 3.11) ou em mapa. Tabela 3.11 – Modelo de matriz de impacte ambiental térmico, dinâmico e volumétrico Frente de Níveis de impacte ambiental Circuito Trechos trabalho térmico 1-2 Galeria “A” ⊗ 1-3 Rampa “B” ♦ 3-4 Chaminé “C” ⊗ Poço “X” a Poço Painel de lavra “E” 4-5 ♦ “A” etc. 12-13 Colector “D” ∇ Galeria de 65-80 ∇ transporte Leve: ∇ Moderado: ⊗ Alto: ♦ 3.1.5. Medidas correctivas para atenuar o impacte ambiental térmico As técnicas para a atenuação ou redução de temperaturas que superem os níveis de conforto dependem da profundidade na que se localizam os ambientes de trabalho subterrâneo. Para profundidades onde a temperatura final nos locais de trabalho tf influenciado pela temperatura da rocha virgem (∆tr) ultrapassam o limite admissível (VLA) estabelecido pelas normas ou padrões de conforto, as técnicas adequadas são de refrigeração (caso de minas profundas), mas quando esta temperatura tf (por causa de ∆tr) está abaixo e próximo ao valor limite admissível (VLA) a técnica recomendável é a ventilação. No presente estudo desenvolvem-se as medidas correctivas para minas deste género (ventilação), pelo facto de que a sua aplicação é em minas de Portugal e Peru, países onde não existem actualmente minas de grande profundidade. 3.1.5.1. Validação do modelo matemático desenvolvido A funcionalidade prática do modelo matemático desenvolvido precisa ser comprovado, para considerar válida a sua aplicação. O ambiente subterrâneo elegido para foi o da mina de Neves Corvo, onde foram registadas temperaturas próximas ao VLA da norma portuguesa. 3.1.5.1.1. Em aberturas subterrâneas verticais Para a validação do modelo matemático desenvolvido foi seleccionado o poço CPV3 (fig. 3.10), construído com sistema raise boring entre as cotas de 1222.40 até 973.64 (248.76 m), com diâmetro de 2 m (perímetro 14.86m e secção 13.85 m2). O coeficiente de fricção identificado é de 0.0362 kg/m3, o caudal do ar de 164.03 m3/s e a temperatura exterior de 24.4 ºC (medidos no mês de Julho de 2000). 96 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações a). A temperatura de autocompressão (∆tha), obtêm-se aplicando a equação (2.1), resultando um acréscimo de 2.44 ºC. b). A transferência de calor do maciço ao ar subterrâneo (∆tr), calcula-se com a equação (3.6), sendo gg igual a 30.3 m/ºC (resultado de estudos hidrogeológicos realizados nos anos 1984 e 1985, na rampa de acesso e sondagem CVH1, Fernández Rubio R. et al., 1990). Superfície Poço CPV3 Nó 91C Figura 3.10 – Esquema do poço CPV3 Usando a equação (3.2) a condudividade térmica média do maciço rochoso na mina de Neves Corvo é de 1.52 W/m.ºC. Os parâmetros físicos químicos do ar à temperatura de 24.4 ºC (297.58 ºK) obtiveram-se interpolando os valores da Tabela 3.2 dando os resultados seguintes: ρ a = 1.1888 kg/m3, Ce = 1.0056 KJ/kg.ºC, µ = 16.48 x10-6 m2/s, K = 0.026 W/m.ºC e Pr = 0.709. Aplicando a equação (3.9) com f = 0.0362 Kg/m3, Pr = 0.709 e Red (número de Reynolds) = 1.44 x 10-6 calculados com Red = V.d/µ com velocidade V= 11.84 m/s, a relação de Dittus e Boelter Nud resulta 5162.02. Este valor permite calcular o coeficiente de transferência de calor λ mediante a equação (3.8) e com d = 2 m, resulta 76.106 W/m2.ºC. Com htcn = 30 m (para a mina de Neves Corvo), L - htcn = 248.76 m – 30 m = 218.76 m. Com todos estes valores e aplicando a equação (3.7) o acréscimo da temperatura por causa do maciço rochoso resulta ∆tr = t2 – t1 = 2.79 ºC. Finalmente o acréscimo da temperatura por autocompressão e pelo maciço rochoso no fundo do poço CPV3 dá um total de 5.23 ºC. Em medições realizadas no mês de Julho de 2000 na base do poço CPV3, registou-se a temperatura de 28 ºC quando no exterior era de 23ºC, existindo, portanto, uma diferença de 5 ºC. A diferença entre o resultado obtido mediante o modelo matemático (5.23 ºC) e os registos da medição (5 ºC) é de apenas 4.6%, demonstrando isto a validade do modelo matemático desenvolvido expresso nas equações desde (3.1) a (3.7). 3.1.5.1.2. Validação em aberturas horizontais Este caso corresponde ao circuito típico “b” e a validação do modelo matemático é na área de exploração Corvo, nomeadamente no acesso C0547GAM (fig. 3.11) às frentes de exploração 547GA1, 547GA2, 547GA3 e 547GA4, com as informações seguintes: produção de 6000 toneladas de minério por disparo com 0.20 kg ANFO/t (Coupers, D. et al., 1998), trabalha uma pá (LHD) Toro 500D com motor diesel de 204 97 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações KW, com presença dum máximo de três homens por turno. O desmonte está inclinado entre as cotas de 550.70 e 551.60 m no sentido do escoamento do ar, comprimento 204.0 m, secção 27.56 m2, perímetro 20.96 m, coeficiente de fricção 0.0046 kg/m3 e caudal 8 m3/s. Para determinar λ pela equação (3.8) é necessário calcular Nud. Com a equação (3.9) e com f = 0.0046 kg/m3, Pr = 0.709 e Red = 0.0902 x 10-6 calculado com Red = V.d/µ sendo a velocidade V= 0.29 m/s, a relação de Dittus e Boelter Nud resulta 36.693. a) A transferência de calor do maciço rochoso (∆tr), é calculado com parâmetros obtidos da Tabela 3.2 para uma temperatura t1 de 28 ºC (300 ºK) são: ρa=1.1774 Kg/m3, Ce=1.0057 KJ/kg.ºC, µ=16.84x10-6 m2/s, K =0.02624 W/m.ºC e Pr=0.709 . t25 CO547GAM t26 26 25 Q25-26 ∆t25-26 Figura 3.11 – Esquema representativo da frente de exploração CO547GAM Com este valor calcula-se o coeficiente de transferência de calor λ mediante a equação (3.8) e com d = 5.24 m, resultando λ = 0.1837 W/m2.ºC. Finalmente com h1 = 1210.00 - 550.70 = 659.30 m e aplicando a equação (3.6) o acréscimo da temperatura por causa da rocha virgem, para este caso (CO547GAM) e ao final do trecho é ∆tr = t2 – t1 = 0.826 ºC. b) A temperatura por detonação de explosivo (∆tex) é determinada aplicando a equação (3.11) com Ce para ANFO de 3900 KJ/kg e eu = (6000t/disparo)(2 disparos/semana-frente)(1 semana/6 dias)(0.2 kg ANFO/t) = 342.86 kg ANFO/dia–frente, resultando um acréscimo de temperatura de 1.63ºC. c) A transferência de calor de equipamentos ( ∆ted) é um factor conjugado fm.ft e próprio de cada área de trabalho, para o presente caso determinou-se baseado nos estudos realizados em Julho do 2000 em condição de mina parada e registos de Julho 1998 em condição de mina em operação (Tabela 7.11). Nestas condições existe uma diferença média de 3.4 ºC (8 m3 /s) em Corvo, 4.6 ºC (3.8 m3 /s) em Graça e 5.4 ºC (7 m3 /s) em Neves, para uma potência média de pás (LHDs) de 180.9 KW e sabendo que na condição de paragem da mina só existe influência de calor gerado pelo grau geotérmico, ao aplicar a equação (2.15) têm-se: ∆ttotal = ∆tex + ∆ted = 1.63 ºC +∆ted e com ∆ttotal = 3.4 ºC resulta ∆ted = 1.77 ºC para a área Corvo. Portanto para esta condição e com a equação (3.10) o valor do factor fm.ft resulta de 0.032 para a área de Corvo. Com o factor combinado o acréscimo de temperatura (∆ted) e com mesma equação (3.10) resulta de 2 ºC. Portanto ∆ttotal = ∆tr +∆tex + ∆ted = 0.83 + 1.63 + 2 = 4.46 ºC. Estes resultados expressos em percentagem são: ∆tr 18.6%, ∆tex 36.5% e ∆ted 44.9%. 98 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Hartman, H.L. (1982), refere que em minas de E.U.A. o acréscimo da temperatura é de 16.5% por causa do maciço rochoso, 31.1% devido à detonação de explosivo e 52.4% por equipamentos. Os resultados obtidos com a aplicação do modelo matemático desenvolvido estão próximos a estes valores, indicando a sua validade e aplicação para fins de previsão de impacte ambiental térmico. 3.1.5.1.3. Validação em aberturas com junção e disjunção As aberturas subterrâneas escolhidas foram na área Neves que correspondem ao colector N0900GV para o circuito típico “a” e a rampa NRAM02 (colector 900) para o circuito típico “c” (fig. 3.12). 20 19 N0900GV1 18 NO900GV3 Colector N0900GV 12 51A 50 NRAM02 51 N0810GAM 65 Rampa NRAM02: Colector N0900GV: Q50-51 = 40.91m3/s t51 = 24ºC Q19-20 = 74.61m3/s t19-20 = 24ºC t51-51A = 23ºC Q51-51A = 25.1 m3/s R51-51A =0.00336 ∆t51-51A = 1.57ºC t18 = 23.5ºC Q18-19= 43.04 m3/s R18-19 =0.00446 ∆t18-19 = 0,466ºC t51-65 = 23ºC Q51-65 = 15.81 m3/s R51-65 = 0.00922 ∆t51-65= 0.462ºC t12 = 25ºC Q12-19 = 31.57 m3/s R12-19 = 0.00375 ∆t12-19= 0.470ºC Rampa NRAM02 Figura 3.12 – Circuitos típicos “a” e “c” da área Neves da mina Neves Corvo a) Aplicando as equações (3.13) e (3.14) no Colector de ar N0900GV, que representa ao circuito típico “a”, a temperatura final no ponto de junção 19 resulta 24.6 ºC, sendo um valor exactamente igual para ambas equações como era de esperar. b) Aplicando as equações (3.17) a (3.19) na rampa NRAM02 e ramificação correspondente, que representa o circuito típico “c” (fig. 3.7), obtêm-se no ponto 51A a temperatura de 23.7 ºC e no ponto 65 uma temperatura de 22.8 ºC, cujos cálculos foram com caudais de ar medidos e com resistências da abertura subterrânea determinadas. No colector N0900GV (área de Neves) a temperatura medida foi de 24 ºC e a calculada de 24.6 ºC dando uma diferença de 2.5%. Na rampa NRAM02, as medições deram uma temperatura de 23 ºC nos trechos 51-51A e 51-65, dando uma diferença de 1% a 3%. Estes resultados provam que o modelo matemático desenvolvido para junções e conjunções também tem a validade esperada. 3.1.5.2. Modelação da transferência de calor nas redes típicas Para a procura duma medida correctiva adequada, usando os modelos matemáticos desenvolvidos, recorrem-se a trechos típicos utilizando os parâmetros das 99 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações condições ambientais medidos nestes trechos na mina de Neves Corvo, semelhantes aos mostrados na fig. 3.7. A modelação é feita utilizando Excel Microsoft 2000. a). Modelação em circuitos com conjunção de ramais no nó inicial dum trecho: a expressão matemática particular para a conjunção típica do Colector N0900GV é baseada nas equações (3.6), (3.10), (3.11), (3.13), (3.14), (3.15) e os dados medidos e determinados indicados no lado direito da fig. 3.13. As propriedades do ar à temperatura de 24.2 ºC obtidas da Tabela 3.2 são: ρa = 1.1888 kg/m3, Ce = 1.0056 KJ/kg.ºC, K = 0.026 W/m.ºC, µ = 16.48x10-6 m2/s e Pe = 0.709. Com as equações (3.8) e (3.9) calcula-se λ , resultando λ = 5.56 W/m2.ºC para o trecho 18 -19 e λ = 3.66 W/m2.ºC para o trecho 12 -19. 20 N0900GV1 Troço: 18-19 Troço: 12-19 t18 = 23.5 ºC Q18-19= 43.04 m3/s R18-19 =0.00446 ∆t18-19 = 0.466 ºC L = 115 m S = 20.08 m2 P = 17.85 m Cota: 912.80 m h1 = 307.20 m htcn = 30 m α = 0º f = 0.0176 t12 = 25ºC Q12-19 = 31.57 m3/s R12-19 = 0.00375 ∆t12-19= 0.470ºC L = 116 m S = 22.41 m2 P = 18,8 m Cota: 913.0 m h1 = 307.0 m htcn = 30 m α = 0º f = 0.0176 18 19 NO900GV3 12 Colector N0900GV Figura 3.13 – Conjunção típica no Colector N0900GV da área de Neves Neste ambiente subterrâneo ∆ted = 0, ∆tex = 0 e ∆th = 0, por ser um colector de ar poluído, pelo que, as expressões matemáticas de temperatura (t) em função do caudal (Q) e velocidade do ar (V), para este caso particular resultam as equações indicadas a seguir e os resultados da simulação são ilustrados nas fig. 3.14 e fig.3.15. t19 = {Q18-19[ (23.5+ (43.67/(4.77+ Q18-19)) ]+ Q12-19[ (25+ (30.32/(3.34+ Q12-19))]}/(Q18-19 + Q12-19 ) t19 = {V18-19[ (471.88+ (43.67/(0.24+ V18-19)) ]+ V12-19[ (560.25+ (30.32/(0.15+ V12-19))]}/( V18-19+ V12-19 ) 100 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 30 N0900GV1 20 19 18 23.5ºC Caudal 12-19: 31.57 m3/s Caudal 12-19: 5 m3/s Caudal 12-19: 15 m3/s Caudal 12-19: 30 m3/s Caudal 12-19: 40 m3/s Caudal 12-19: 60 m3/s Caudal 12-19: 10 m3/s Temperatura no nó 19 (ºC) 29 NO900GV3 12 28 25ºC 27 26 25 24 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Caudal de ar no troço 18-19 (m^3/s) 29 20 N0900GV1 19 18 23.5ºC Caudal 18-19: 43.04 m3/s Caudal 18-19: 5 m3/s Caudal 18-19: 10 m3/s Caudal 18-19: 30 m3/s Caudal 18-19: 65 m3/s Caudal 18-19: 80 m3/s Temperatura no nó 19 (ºC) 28 NO900GV3 12 27 25ºC 26 25 24 23 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Caudal do troço 12-19 (m^3/s) Figura 3.14 – Tendência da temperatura no nó 19 em função do caudal de ar nos ramais 18-19 e 12-19 do colector N0900GV da área Neves Os resultados da modelação da temperatura em função da velocidade e do caudal mostram um comportamento similar. O aumento do caudal no trecho de menor temperatura (trecho 18-19, t18 =23 ºC), da origem a um gradual decréscimo no nó de conjunção (t19), com tendência similar desde o caudal médio de referência (37 m3/s) e com evolução mais acentuada para caudais inferiores a este. O aumento do caudal no trecho de maior temperatura (trecho 12-19, t18 =23 ºC), mostra a tendência assimptótica da temperatura no nó de conjunção, com evolução mais acentuada nos caudais inferiores ao caudal médio de referência. 101 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 29 N0900GV1 20 19 23.5ºC 18 28 NO900GV3 27 Temperatura no nó 19 (ºC) Velocidade 12-19: 0.2 m/s Velocidade 12-19: 1 m/s Velocidade 12-19: 3 m/s Velocidade 12-19: 5 m/s Velocidade 12-19: 8 m/s 12 25ºC 26 25 24 23 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Velocidade no troço 18-19 (m/s) 30 20 N0900GV1 19 18 23.5ºC 29 Velocidade 18-19: 0.2 m/s NO900GV3 28 Velocidade 18-19: 1m/s Velocidade 18-19: 3 m/s Velocidade 18-19: 5 m/s Velocidade 18-19: 8 m/s Temperatura do ar no nó 19 (ºC) 12 27 25ºC 26 25 24 23 22 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Velocidade do ar no troço 12-19 (m/s) Figura 3.15 – Tendência da temperatura no nó 19 em função da velocidade de ar nos ramais 18-19 e 12-19 do colector N0900GV da área Neves As conclusões permitem formular uma medida correctiva no sentido de reduzir o caudal do trecho com maior temperatura até níveis permissíveis e aumentar o caudal do outro trecho a níveis superiores ao caudal de referência. Este caudal não deve gerar velocidade superior à permitida pelos padrões ou leis. A resolução matemática desta conclusão desenvolve-se, baseada na equação (3.13), com as condições de restrição contempladas pelas normas ou leis. Uma máxima redução da temperatura tf, acontece quando o caudal de ar do trecho de menor temperatura elimina o acréscimo de temperatura do trecho de maior 102 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações temperatura, para um caudal mínimo neste trecho q, desde que seja permitido pelos padrões. Se: ti> ti1 ou (ti + ∆ ti-f ) >(ti1 + ∆ ti1-f) , as condições: ∆ ti1-f =0, Qi-f = q e Qi1-f/ Si1-f ≤ 8 m/s Onde Si1-f é a secção da abertura do trecho i1-f (m2); pelo que o caudal de ar QQ do trecho de menor temperatura que elimina o acréscimo para tais condições, resulta a expressa pela equação (3.24) e a maior redução de temperatura tf pela equação (3.25). QQi1− f = tf = q(t i − t f + ∆t i − f ) (3.24) t f − t i1 Qi − f (t i + ∆t i − f ) + QQi1− f (t i1 ) Qi − f + QQi1− f (3.25) Se tf ≤ tm, onde tm é a temperatura máxima permitida pelos padrões (em Portugal 31 ºC), a solução será a melhor.. Se: ti1> ti ou (ti1 + ∆ ti1-f ) >(ti + ∆ ti-f) ,as condições: ∆ ti-f =0, Qi1-f = q e Qi-f/ Si-f ≤ 8 m/s Onde Si-f a secção da abertura do trecho i-f (m2), pelo que o caudal de ar QQ do trecho de menor temperatura que elimina o acrescimo para tais condições, é neste caso a expressa pela equação (3.26). tf = Qi1− f (t i + ∆t i1− f ) + QQi − f (t i ) Qi1− f + QQi − f (3.26) Nas equações (3.24) a (3.26), tf é previamente calculado com os acréscimos dos trechos de conjunção e os caudais podem ser expressos em função da velocidade Q = V.S. A condição de melhoria de tf menor do que o máximo, é possível obter no caso em que a velocidade do ar V é permitido pelas normas (0.2 m/s< V< 8m/s em Portugal). Assim: tf = q (t i + ∆t i − f ) + Vi1 .S i1− f (t i1 + ∆t i1− f ) ou t f = q + Vi1− f .S i1− f Vi − f .S i − f (t i + ∆t i − f ) + q(t i1 + ∆t i1− f ) Vi1− f .S i − f + q (3.27) (3.28) b) Modelação do comportamento térmico no trecho longitudinal: o local objecto da modelação é o acesso principal à frente de exploração CO547GAM da área Corvo, tendo como base as equações (3.6), (3.10), (3.11), (3.15) e (3.16). Com os valores t25 = 28 ºC, λ = 0.1837 W/m2.ºC, P = 20.96 m, h1 = 659.30 m, htcn= 30 m, α = 0º, gg = 30.30 m/ºC, ρa = 1.1774 kg/m3, Ce = 1.0057 KJ/kg.ºC, fm. ft = 0.032, qd = 2.9 kW/kW, Pd = 204 kW, Ce = 342 kJ/kg, eu = 342 kg ANFO/ dia-frente e S = 27.56 m2; as equações particulares em função do caudal e velocidade resultam nos apresentados a seguir e ilustrados na fig.3.16. 103 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações t26 = 28 + [20.461/(1 + 2.97Q25-26 ) ] + 29.025/Q25-26 e t26 = 28 + [20.461/(1 + 81.853V25-26 )] + 1.0532/V25-26 Para a simulação da influência da potência do motor do equipamento diesel e explosivo ANFO à temperatura t26, as equações particulares indicam-se a seguir e os resultados ilustram-se na fig. 3.17. 63 Velocidade Temperatura do ar no nó 26 (ºC) 58 Caudal 53 28ºC CO547GAM 48 25 t25 26 t26 Q25-26 43 t25-26 38 33 28 23 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Velocidade do ar no troço 25-26 (m/s) - Caudal do ar no troço 25-26 (m3/s) 34 28ºC CO547GAM Temperatura de ar no nó 26(ºC) 33.5 26 25 t25 33 Q25-26 t26 t25-26 32.5 32 Potência do motor diesel do LHD 31.5 Explosivo ANFO 31 0 100 200 300 400 500 600 700 Potência LHD (KW) - Explosivo ANFO (kg) Figura 3.16 – Tendência da temperatura no nó 26 do trecho 25-26 no desmonte C0547GAM da área Corvo em função da velocidade, caudal, potência de motor diesel do LHD e explosivo ANFO Dos resultados das simulações conclui-se que: O acréscimo da temperatura é muito mais sensível com a diminuição do caudal do que a variação da velocidade do ar. Um alto acréscimo da temperatura nota-se para caudais menores de 10 m3/s e velocidades <1 m/s, sendo que, as altas velocidades não produzem praticamente decréscimo da temperatura; 104 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Temperatura de ar no nó 26 (ºC) 55 Potência LHD diesel 204 KW Potência LHD diesel 136 KW Explosivo ANFO 342 kg Explosivo ANFO 600 kg 50 45 28ºC CO547GAM 40 25 t25 26 t26 Q25-26 35 t25-26 30 25 0 5 10 15 20 25 30 Caudal de ar no troço 25-26 (m3/s) 60 55 ANFO 342 kg ANFO 200 kg ANFO 400 kg ANFO 600 kg Temperatura no nó 26 (ºC) 50 28ºC CO547GAM 45 26 25 t25 Q25-26 t26 40 t25-26 35 30 25 0 5 10 15 20 25 30 Caudal de ar no troço 25-26 (m3/s) Figura 3.17 – Tendência da temperatura no nó 26 do trecho 25-26 no desmonte C0547GAM da área Corvo em função do caudal, potência de motor diesel do LHD e explosivo ANFO A maior potência de motor do equipamento diesel e a maior quantidade de explosivo, dão origem a maior temperatura; A influência no acréscimo da temperatura produzida pela potência do motor do equipamento diesel e pela quantidade de explosivo, é maior quanto menor (<10 m3/s) é o caudal do ar e menor quanto maior o caudal. t26 = 30.46 + 9.797 –3 Pd e t26 = 30.826 + 4.7556-3 eu Portanto neste caso a velocidade do ar não constitui uma referência importante para avaliar o impacte térmico e consequentemente as condições de conforto nestes casos. O parâmetro mais representativo é o caudal de ar. 105 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Baseado nos resultados das simulações e nas equações (3.15) e (3.16), com as condições do meio dentro das margens definidas pelos padrões existentes, podem-se obter equações que permitam mitigar ou diminuir a temperatura a níveis permitidos. A máxima redução de temperatura tf, é quando se forneçe maior caudal de ar Qm (m3/s) até uma velocidade máxima permitida Vm (8 m/s no caso de Portugal) para uma secção de abertura Si-f (m2) e para situações técnicas e económicas viáveis. Nestas condições a equação para determinar este caudal está enunciada pela equação (3.29). Qi − f = Qm = Vm .S i − f (3.29) Se tf ≤ tm, onde tm é a temperatura máxima permitida pelos padrões, no caso de Portugal 35 ºC, a solução será a melhor.. A condição de melhoria de tf, é possível quando a velocidade do ar V (m/s) é 0.2 m/s< V< 8 m/s (no caso de Portugal) para um caudal mínimo permitido pelos padrões q. Qi − f = q (3.30) c) Modelação do comportamento térmico em ambientes com ramificação: para circuitos típicos com disjunção de ramais de um nó inicial de outro ramal, o modelo matemático unificado é baseado nas equações (3.6), (3.10), (3.11), (3.17), (3.18) e (3.19). O local escolhido é a disjunção típica da rampa NRAM02 da área de Neves (fig. 3.18). As propriedades do ar à temperatura de 23 ºC obtidas da Tabela 2.2 são: ρ a = 1.1955 kg/m3, Ce = 1.0057 KJ/kg.ºC, µ = 16.27 x10-6 m2/s, K = 0.02554 W/m.ºC e Pr = 0.709. Com as equações (2.8) e (2.9), tem-se λ= 3.88 W/m2.ºC para o trecho 51-51A e λ= 1.83 W/m2.ºC para o trecho 51-65 e sabe-se que neste local subterrâneo ∆ted =0, ∆tex = 0 e ∆th = 0 (zona não produtiva). Ramo 51-51A Ramo 51-65 t = 23ºC Q = 25.1 m3/s R =0.00336 ∆t = 1.57ºC L= 192 m S = 19.56 m2 P = 17,61 m Cota: 809.20-803 h1 = 417 m hctn = 30.3m α = 1,85º f = 0.0204 t = 23ºC Q = 15.81 m3/s R =0.00922 ∆t = 0.462ºC L = 114 m S = 22.42 m2 P = 18.88 m Cota:809.2-779.1 h1 = 441 m hctn = 30.3m α = 15.3º f = 0.0176 51A 50 NRAM02 51 N0810GAM 65 Rampa NRAM02 Figura 3.18 – Disjunção típica na Rampa NRAM02 da área de Neves Com todos os parâmetros indicados as expressões matemáticas particulares em função das variáveis térmica, volumétrica e dinâmica, resultam como o apresentado em seguida e o resultados da simulação estão ilustrados na fig. 3.19, fig. 3.20 e fig. 3.21. 106 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações t51A = 24 – (Q51-65/Q51-51A)/68.57(5.46 + Q51-65), t51A = 24 – (V51-65/V51-51A)/78.6(5,46 + 22.42V51-65) t65 = 24 – (Q51-51A/Q51-65)/20.58(1.64 + Q51-51A), t65 = 24 – (V51-51A/V51-65)/17.95(1.64 + 19.56V51-51A) Os resultados das simulações permitem as seguintes conclusões: - Quanto maior caudal de ar no ramal de maior comprimento (51-51A), maior acréscimo da temperatura no nó final (51A) e vice-versa. É interessante observar que existe alta sensibilidade da temperatura quando o caudal é baixo (<10 m3/s), com tendência à estabilização para caudais maiores. - Quanto maior caudal no ramal de menor comprimento (51-65) , maior decréscimo da temperatura no nó deste ramal (65) e decréscimo no outro ramal (51-51A), também com alta sensibilidade para caudais baixos (<10 m3/s) e posterior tendência à estabilização. 26 Temperatura de ar no nó 51A(ºC) 24 22 20 Caudal 51-65: 15.81 m3/s Caudal 51-61 5 m3/s Caudal 51-65: 25 m3/s Caudal 51-65: 35 m3/s 18 16 51A 14 50 NRAM02 12 51 N0810GAM 65 24 ºC 10 0 10 20 30 40 50 60 Caudal de ar no ramal 51-51A (m3/s) 24 23.5 Temperatura de ar no nó 65(ºC) 23 22.5 51A 22 50 NRAM02 21.5 51 N0810GAM 65 Caudal 51-65: 15.81 m3/s Caudal 51-65: 5 m3/s Caudal 51-65: 25 m3/s Caudal 51-65: 35 m3/s 21 20.5 20 19.5 0 10 20 30 40 50 60 Caudal do ar no ramal 51-51A (m^3/s) Figura 3.19 – Tendência da temperatura nos nós 51A e 65 na rampa NRAM02 da área Neves, em função do caudal do trecho 51-51A 107 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações - Quando a velocidade do ar é maior existe pouca sensibilidade da temperatura. Para velocidades baixas (1 a 0.2 m/s) num ramal ou outro, as temperaturas são sensíveis à variação da velocidade. Neste caso, também a velocidade do ar não é uma referencia significativa para avaliar o impacte térmico e consequentemente as condições de conforto. As conclusões permitem desenvolver um modelo matemático para as medidas de correcção com base as equações (3.17) e (3.19) e as restrições dos padrões ou normas. 26 Temperatura do ar no nó 51A (ºC) 24 22 20 51A Caudal 51-51A: 25.1 m3/s Caudal 51-51A: 5 m3/s Caudal 51-51A: 15 m3/s Caudal 51-51A: 30 m3/s Caudal 51-51A: 50 m3/s 18 50 NRAM02 51 16 N0810GAM 65 24 ºC 14 12 10 0 10 20 30 40 50 Caudal de ar no ramal 51-65 (m3/s) Temperatura de ar no nó 65 (ºC) 25 20 Caudal 51-51A: 25.1 m3/s Caudal 51-51A: 5 m3/s Caudal 51-51A: 15 m3/s Caudal 51-51A: 35 m3/s Caudal 51-51A: 50 m3/s 15 10 51A 50 NRAM02 5 51 N0810GAM 65 24 ºC 0 0 10 20 30 40 50 60 Caudal de ar no ramal 51-65 m3/s Figura 3.20 – Tendência da temperatura nos nós 51A e 65 na rampa NRAM02 da área de Neves, em função do caudal do 51-65 108 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 25 Temperatura do ar no nó 51A (ºC) 23 21 51A 19 Velocidade 51-51A: 0.2 m/s Velocidade 51-51A: 1 m/s Velocidade 51-51A:3 m/s Velocidade 51-51A: 5 m/s Velocidade 51-51A: 8 m/s Velocidade 51-51A: 15 m/s 17 50 NRAM02 51 15 N0810GAM 65 24 ºC 13 11 9 7 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Velocidade do ar no ramal 51-65 (m/s) 25 Temperatura do ar no nó 65 (ºC) 24 23 51A 22 50 NRAM02 51 Velocidade 51-65: 0,2 m/s Velocidade 51-65: 1m/s Velocidade 51-65: 3 m/s Velocidade 51-65: 5 m/s Velocidade 51-65: 8 m/s Velocidade 51-65: 15 m/s N0810GAM 21 65 24 ºC 20 19 18 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Velocidade do ar no ramal 51-51A (m/s) Figura 3.21 – Tendência da temperatura nos nós 51A e 65 na rampa NRAM02 da área de Neves, em função da velocidade nos ramais 51-65 e 51-51A A máxima redução de temperatura no fim dum ramal (tf ou tf1), é quando se fornece o menor caudal de ar, q (m3/s), admitido pelos padrões no trecho de maior acréscimo de temperatura desde que a velocidade do ar no ramal de menor acréscimo seja menor que a velocidade máxima permitida Vm (8 m/s em Portugal) para uma secção da abertura Si-f ou Si-f1 (m2). Para estas condições resultam as equações (3.31) e (3.32).    Qi − f 1  q  3.31)  e t f 1 = t i − ∆t i − f   V .S  m i − f 1  q    Se ∆ti-f> ∆ ti-f1: t f = t i − ∆t i − f 1   q  V .S  m i− f Se ∆ ti-f1> ∆ti-f t f = t i − ∆t i − f 1   Q  e t f 1 = t i − ∆t i − f  i − f  q    109   (3.32)  Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Nos incrementos de temperatura ∆ti-f e ∆ti-f1 devem-se considerar os caudais correspondentes. Se tf ou tf1 ≤ tm, onde tm é a temperatura máxima permissível pelos padrões (35 ºC em Portugal), a solução será a melhor. A condição de melhoria de tf ou tf1, acontece quando a velocidade do ar no trecho de menor acréscimo de temperatura resulte < Vm (8 m/s em Portugal); portanto os caudais nestes ramais deverão ser no máximo V.Si-f ou V. Si-f1 segundo o caso e que a velocidade do ar V (m/s) 0.2 m/s < V < 8 m/s (segundo a norma Portuguesa). Para o cálculo com estes caudais de ar para condições de melhoria, devem-se usar as mesmas equações 3.31 e 3.32. O parâmetro térmico base considerado no desenvolvimento do modelo matemático para a avaliação do impacte ambiental e para a procura de medidas de correcção é a temperatura seca, mas a humidade relativa constitui também um parâmetro importante na obtenção do conforto ambiental, cuja determinação pode ser efectuada utilizando a equação (3.33), em que Hr é a humidade relativa (%), Pb é a pressão barométrica (kPa), ts: a temperatura seca (ºC) e th a temperatura húmida (ºC). Hr = 0.6105e 17.27 t h t h + 237.3 − 0.00036 Pb(t s − t h ) 0.6105e 17.27 t s t s + 273.3 .100 (3.33) 3.1.5.3. Para grandes profundidades Como já foi dito, quando aumenta a profundidade aumenta também a temperatura do ar na atmosfera subterrânea, principalmente devido ao grau geotérmico da rocha virgem, sendo que, até uma temperatura do ar à volta da máxima admissível (VMA) é possível atenuar com ar de ventilação, e, ultrapassado este valor máximo são necessários precisa-se sistemas de refrigeração (fig. 3.22). Arrefecimento (%) 100 Fase 3 Fase 1 50 Fase 2 Sistemas de refrigeração (água) Arrefecimento com ar normal 0 30 40 60 50 Temperatura do maciço rochoso (ºC) 70 Figura 3.22 – Acondicionamento do ar em South African Gold Mines em função da temperatura do maciço rochoso (Hartman, H.L. et al., 1982) No presente estudo, desenvolve-se a engenharia ambiental relacionada a minas não profundas, onde seja ainda possível resolver os problemas de impacte ambiental térmico mediante sistemas de ventilação, embora a seguir se apresenta este tema de maneira referencial. 110 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Existem vários procedimentos de arrefecimento da atmosfera subterrânea e um dos métodos muito utilizados é o processo de refrigeração (fig. 3.23), que consiste em quatro processos básicos: Evaporação (estado de ebulição do refrigerante, troca de estado predominantemente liquido do que gás e absorção de calor), compressão (o refrigerante flui no estado de vapor ao compressor onde é comprimido), condensação (o refrigerante passa outra vez ao estado liquido liberando calor ao exterior, existindo troca de temperatura) e expansão (temperatura e pressão do líquido desce durante a expansão e o refrigerante completa o ciclo). Liquido Alta pressão Gás q 3 4 Condensação Wk Expansão Compressão Baixa pressão Evaporação 2 1 q Figura 3.23 – Processo de refrigeração em minas subterrâneas profundas A termodinâmica do processo de refrigeração (fig. 3.24) pode ser expressa mediante as equações a seguir: Evaporação: qE = h2 – h1, BTU/lb (kJ/kg) , temperatura e pressão constante. Compressão: Wk = h3 – h2, BTU/lb (kJ/kg), aproximadamente isotrópico, reversível, adiabático, entropia próximo a constante. Condensação: qC = h3 – h4, BTU/lb (hJ/kg),pressão e temperatura constantes. Expansão: h1 = h4, qEX = 0 p Linhas do estado 3 T 4 3 p 4 4 Expansão 2 1 2 1 S v Condensação 3 Compressão 2 1 Evaporação h Figura 3.24 – Processos termodinâmicos de refrigeração (Hartman, H.L., et al. 1992) 3.1.6. Monitorização e controle Em todo trabalho de avaliação do ambiente subterrâneo, são determinantes as medições dos parâmetros ambientais, para o qual existem diversos tipos de aparelhos (Tabela 3.12). 111 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 3.12 – Aparelhos utilizados para medições de parâmetros térmicos no ambiente subterrâneo (baseado em Hartman, H.L. et al., 1992) Aparelho Parâmetro de medição Parâmetros consequentes Temperatura húmida (ºC) Psicrómetro Humidade relativa (%) Temperatura seca (ºC) Temperatura efectiva (ºC) Barómetro (digital) Pressão barométrica (mbar) Temperatura operativa (ºC) Anemómetro Velocidade do ar (m/s) Temperatura húmida (ºC) Energia de arrefecimento Temperatura seca (ºC) Kata termómetro (mcal/cm2.s) Tempo de arrefecimento (s) Um aspecto importante nas medições térmicas é a calibração dos aparelhos e a realização as medições em condições indicadas pelos fabricantes, de modo que permita obter informações realistas e confiáveis. Estes aparelhos são muito conhecidos e usados nas medições da temperatura no ambiente subterrâneo, pelo que maiores detalhes serão possível obter na bibliografia ou no catálogo do fabricante. A engenharia da temperatura no ambiente subterrâneo é um sistema de gestão adequado para conseguir uma conservação do ambiente subterrâneo dentro da qualidade exigida pelos padrões existentes, como é ilustrado na figura 3.25, que é uma sequência sistemática da gestão da temperatura no ambiente subterrâneo incluindo a parte de monitorização e controle. . Fontes de emissão térmica . Características geométricas . Características físicas . Níveis permissíveis da temperatura Base de dados Não Técnicas de refrigeração Ts ≤ 29ºC ? Sim Previsão do nível do impacte ambiental . Alternativas de controle preventivo . Uso de aclimatação, água e redução de horas de trabalho. . Necessidade de atenuação com ventilação . Temperatura seca (ºC) . Temperatura húmida (ºC) . Humidade relativa (%) . Pressão atmosférica (mbar) .Velocidade do ar (m/s) . Geometria local Plano de monitorização e controle Medições Aplicação de medidas correctivas Aplicação de medidas correctivas Procura de medidas correctivas Plano de contingência e/ou medidas correctivas imediatas Sim Não Impacte alto ? . Identificar locais com nível de impacte moderado e leve . Identificar fontes de impacte Figura 3.25 – Sistema de gestão da temperatura na atmosfera subterrânea 112 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 3.2. Gases Tóxicos no Ambiente Subterrâneo 3.2.1. Efeitos de gases no ambiente subterrâneo A composição natural de gases no ar da atmosfera exterior (Tabela 3.13) é predominantemente nitrogénio (78.08%), seguido por oxigénio (20.95%), por Árgon (0.93%), por dióxido de carbono (0.03%) e outros gases em percentagem restante (0.01%). Tabela 3.13 – Composição de gases no ar natural atmosferico exterior Gás natural Tabela 3.14 – Símbolo e massa volúmica dos gases presentes no ambiente subterrâneo Nome dos gases Composição em volume % ppm Nitrogénio (N2) Oxigénio (O2) Árgon (A) 78.08 20.95 0.93 780800 209500 9300 Dióxido de carbono (CO2) Outros 0.03 300 0.01 100 Oxigénio Nitrogénio Dióxido de carbono Monóxido de carbono Dióxido de azoto Óxido de azoto Ácido sulfídrico Anidrido sulfuroso Metano Símbolo Massa volúmica (kg/m3) O2 1.1056 N2 0.9673 CO2 1.5291 CO 0.9672 NO2 1.5895 NO 1.0400 H2S 1.1912 SO2 2.2636 CH4 0.5545 A composição gasosa do ar da atmosfera subterrânea é alterada por factores operacionais e factores hidrogeológicos. O oxigénio pode diminuir até 18% (180000 ppm), o CO2 aumentar e agregarem-se outros gases e partículas sólidas. Os gases mais comuns no ar do ambiente subterrâneo são: O2, N2, CO2, CO, NOx, H2S, SO2 e CH4 (Tabela 3.14), que em determinadas concentrações constituem poluentes importantes. Os gases presentes no ar do ambiente subterrâneo em certas concentrações não são nocivos mas, à medida que aumentam ou diminuem ou que ocorre uma exposição prolongada (fig. 3.26), originam efeitos negativos para a saúde e inclusivamente podem provocam a morte (Tabela 3.15). Actualmente existe um processo crescente de mecanização no ambiente subterrâneo com intensa utilização de equipamentos com o motor diesel. Os produtos finais da combustão do óleo diesel nos cilindros do motor quando lançados na atmosfera subterrânea, ao atingirem determinadas concentrações, causam no ser humano doenças como o cancro e até mesmo a morte (Tabela 3.16). 113 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 3.15 – Efeitos provocados pela alteração da composição gasosa do ar no ambiente subterrâneo (Banerjee, S.C., 2000; Kiessel, F.N., 1996; Vutukuri, V.S., et al., 1986) Gás O2 CO2 CO NO2 NO H2S % no Ar 17 15 9 7 6 <0.5 3 5 10 20-25 0.01 0.40 1 <5 ppm 60 ppm 100 ppm 100–150 ppm 200-700 ppm 0.025 ppm 0.0050.010% 0.02 – 0.07% 0.07 – 0.10% 0.10% 20 ppm 50 ppm SO2 CH4 Características físicas Incolor, inodoro e insípedo Incolor, inodoro, e com sabor ligeiramente ácido Incolor, inodoro e insípedo NO2 avermelhado NO incolor Enjoo, aumento da palpitação do coração Vertigem, zumbido nos ouvidos, rápida palpitação Desmaio, inconsciência Perigo de morte Convulsões e morte Inofensivo Aumento da frequência da respiração Intensificação (3 vezes) da respiração Estado de coma Morte em poucos segundos Doença crónica grave Perigo de morte Morte em poucos minutos Inofensivo para a saúde Irritação da garganta Tosse intensa Dor de cabeça, vómitos e perigo de morte Morte em poucos segundos Forte cheiro Irritação nos olhos e vias respiratórias depois de 1 Incolor, odor a hora ovo podre e Aumento irritação nos olhos, dor de cabeça, náuseas, sabor açucarado vómitos, ardor no nariz, dor na garganta e peito Inconsciência, perda da respiração e morte Morte em poucos minutos Incolor, sufocante, odor forte a sulfuroso, 400 – 500 inflamável ppm > 5.3 % Efeitos Incolor e inodoro Irritação nos olhos, nariz e peito Aumento da irritação dos olhos, peito e pulmões, problemas na respiração depois de vários minutos Morte instantânea Não é venenoso. Inflamável e explosivo 114 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 3.16 – Efeitos na saúde humana pela emissão de equipamentos diesel no ambiente subterrâneo (baseado na Tabela 3 e Vutukuri, V.S., et al., 1986) Componente CO2 SO2 CO NO Efeitos Morte (20 – 25%) Morte (400 – 500 ppm) Morte (1%) Morte com 200 – 700 ppm Componente NO2 Hidrocarbonetos Aldeídos Partículas Efeitos Morte (200 – 700 ppm) Cancerígeno Risco leve Cancerígeno 3.2.2. Fontes de gases no ambiente subterrâneo Os gases identificados na atmosfera subterrânea são geralmente O2, N2, CO2, CO, NO2, NO, H2S, SO2 e CH4 cujas fontes de produção estão relacionadas com factores operacionais e hidrogeológicos (Tabela 3.17), explosões e incêndios, desmonte de rochas (explosivo), decomposição de substâncias orgânicas, operação de equipamentos com motor de gasóleo, água subterrânea, carvão e minerais com enxofre. 6 LEGENDA Horas de exposição 5 4 1 Efeitos não perceptíveis 3 2 Efeitos perceptíveis 3 Dor de cabeça, náuseas 4 Inconsciência, perigo de morte 5 4 2 1 2 3 1 5 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 Morte 0.16 Percentagem de CO no ambiente subterrâneo (%) Figura 3.26 – Efeitos da exposição ao monóxido de carbono CO(Hartman, H. L., et al., 1982) A Tabela 3.17 mostra que o gás que tem maiores fontes é o CO, seguido por CO2, H2S, NO e NO2 e finalmente SO2. Tabela 3.17 – Fontes de geração de gases no ambiente subterrâneo 115 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A combinação dos gases entre eles e/ou com o ar (O2) criam condições de risco ambiental seguintes: CO + CO2 + CH4 + O2 + N2 + H2 : inflamável, explosivo, asfixiante CH4 + ar : explosivo CO2 + N2 + ar : asfixiante CO + ar : asfixiante : asfixiante, explosivo CO2 + CH4 H2S + ar : irritante, venenoso As fontes de gases poluentes de maior importância são relacionadas com a operação de equipamentos com motor diesel (fig. 3.27) devido a uma emanação contínua e paralela à presença do homem. Os gases produzidos pelo desmonte de rochas são muito importantes quando o sistema de ventilação é deficiente, mas quando existe um caudal adequado de ar, estes gases são evacuados e diluídos, geralmente no momento em que o homem não está presente no ambiente de trabalho (fim de turno). Em minas de carvão, o metano é a fonte de poluição gasosa de maior importância e pode provocar explosões e incêndios com a consequente produção de gases tóxicos. Figura 3.27 – Emissão de gases por equipamentos com motor diesel no ambiente subterrâneo As emissões de gases por motores diesel incluem os Hidrocarbonetos (HC), monóxido de carbono (CO), gases de nitrogénio (NOx) e partículas (PM), cuja quantidade ou concentração depende das características do motor, qualidade do combustível e uso de sistemas de controle (Tabela 3.18). Tabela 3.18 – Emissões de motores diesel (http://www.nett.ca/faq_diesel.html#q1) CO HC PM NOx SO2 3 ppmv ppmv g/m ppmv ppmv 5-1500 20-400 0.1-0.25 50-2500 10-150 116 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações No caso dos motores diesel acontece que umas carcateristicas que consigam diminuir a emissão de partículas (PM) ocasiona um acréscimo na emissão de NOx (fig. 3.28 esquerda) porque é necessário uma melhor e mais completa combustão, com o consequente aumento aquecimento dos cilindros e a formação de gases NOx, já que a formação do NOx está em função da variação do oxigénio e da temperatura. A emissão de partículas, expulsas do tubo de exaustão do motor (fig. 3.28 direita) é produto da combustão do óleo diesel e do lubrificante dentro dos cilindros do motor e aquelas são formadas pelo processo de aglomeração, condensação, adsorção e intercâmbio de viscosidade. Optimização da combustão Gasóleo Fuligem, hidrocarbonetos não queimados Ar Emissão de NOx Motor hidrocarbonetos radicais: SO2, CO, metais, NOx EGR Hidrocarbonetos poliaromáticos Lubrificante Tendência futura Sulfato + água Metais Tubo de exaustão PM Carbono Hidrocarbonetos Emissão de partículas PM Figura 3.28 – Emissão de gases e partículas pelos motores diesel (ESI International, 1999) 3.2.3. Caracterização de gases no ambiente subterrâneo 3.2.3.1. Gases tóxicos produto do desmonte de rochas com explosivo Os gases resultantes do desmonte de rochas com explosivo são principalmente são o CO2, CO, N2 e fumos, dependendo do tipo de explosivo utilizado, presença de água e o equilíbrio no sistema da composição química. A reacção da decomposição do ANFO num sistema equilibrado em oxigénio é expressa na equação química a seguir: 3NH4NO3 + CH2 = 3N2 + CO2 + 7H2O + 920 kcal/kg + 970 litros de gases/kg Esta composição química corresponde a uma percentagem de 95.3 % de nitrato de amónio (NH4NO3) e 5.7% de óleo diesel (CH2). Esta proporção em peso corresponde para 50 kg de NH4NO3 3.7 litros de óleo diesel (CH2) e no processo da explosão produz 970 litros de gases e 920 kcal por cada quilograma de ANFO. Um aumento de óleo diesel na proporção de ANFO origina desequilíbrio de oxigénio e como consequência a produção do gás tóxico CO. Contrariamente o decrescimo de óleo diesel gera a produção dos gases NO e NO2 (fig. 3.29). 117 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 0.25 CO Moles/100g 0.20 0.15 0.10 NO + NO 2 0.05 0 2 4 6 8 10 Óleo diesel (%) Figura 3.29 – Produção de gases tóxicos ao variar o óleo diesel na composição do ANFO (López Jimeno, C., 1997) No caso de se utilizar a nitroglicerina NG (tipos de dinamites), a reacção química da detonação resulta: 2CH3C6H2(NO2)3 = 12CO + 2CH4 + H2 + 3N2 A explosão de 1 g-mol de NG gera 29/4 = 7.25 g/mol de produtos gasosos a 0 ºC e a pressão atmosférica, pelo que o volume de gases na explosão é igual a 7.25 g-mol x 22.4 l/g-mol = 162.4 litros de gás. A concentração dos gases CO2 e CO produzidos no desmonte de rochas com uso de explosivo, para condições da expulsão dos gases em frente de avanço com comprimento de 50 m, em função de n que é a percentagem (em forma decimal) de carbono no explosivo e ρe que é a massa volúmica do explosivo (kg/m3) é calculada pelas equações (3.34) e (3.35) (López Jimeno, C., 1997). C CO +CO2 = 0.0373n.ρ e (3.34) C CO = 0.0125n.ρ e (3.35) A concentração inicial de gases produto de disparos com explosivo Ce (%) é dada pela a equação (3.36), que considera a quantidade total do explosivo usado no disparo qe (kg), a quantidade de gases formada pela detonação do explosivo ge (m3/kg), a secção da frente S (m2) e a distância de expulsão dos gases no disparo L (40 m para frentes de exploração), relacionando-se por: Ce = 100q e .g e L.S (3.36) 3.2.3.2. Gases tóxicos produzidos pelos equipamentos com motor diesel A constante tendência da mecanização nos trabalhos de escavação de túneis e explorações mineiras subterrâneas obriga à intensa utilização de máquinas com motor diesel, o que cria condições de emissão de gases que, em determinadas concentrações, se tornam perigosos para o ambiente e a saúde humana. As emissões dos motores diesel incluem os hidrocarbonetos (HC), o monóxido de carbono (CO), os óxidos de nitrogénio (NOx) e a matéria em forma de partículas (PM). 118 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Os compostos tóxicos, como os hidrocarbonetos poliaromáticos (PAH), também são encontrados na exaustão dum motor diesel e podem ser associados com as emissões do PM e do HC. As emissões típicas dum motor diesel usado na mineração subterrânea são as que se mostram na Tabela 3.19. Tabela 3.19 – Emissões de motores diesel Deutz BF 4M 1012C (Deutz Corporation, 1997) CO HC PM NOx SO2 g/kw.h g/kw.h g/kw.h g/kw.h g/kw.h 1.25 0.38 0.171 7.50 O caudal total da emissão de gás Qge (m3/s) é expresso pela equação (3.37) em função da potência do motor Pe (KW) e caudal de gás expulso por um (1) KW de potência de motor diesel qg (m3/s.KW) que toma um valor de aproximado de 0.0006 m3/s.KW, sendo: Q ge = q g Pe (3.37) Os factores que afectam a emissão de gases nos equipamentos com motor diesel usados no ambiente subterrâneo são: potência do motor, carcateristicas e factores operacionais, altitude, aditivos de combustível, manutenção, tipo de injecção (directa ou indirecta). A alimentação forçada de ar (turbo) influência ligeiramente na emissão do NO e NO2. O CO2, como já se indicou anteriormente, em certas concentrações torna-se tóxico, pelo que nestas condições também é um poluente. O CANMET (Canadian Centre for Mineral and Energy Technology) propôs a utilização do índice AQI (Air Quality Index), que com modificação realizada por French and Associates está expressa pela equação (3.38), onde VLA representa valor limite admissível para cada tipo de gás. Um AQI menor ou igual a 3 indica a existência dum excesso de concentração em algum dos gases, portanto um risco ambiental. AQI gas = NO2 CO NO + + VLACO VLANO VLANO2 (3.38) Com base na equação (3.38) e para todos os gases tipicamente presentes no ambiente subterrâneo o índice de qualidade do ar em relação aos gases poluentes (IQAg.), resulta a equação (3.39). NO x VLAO2 CO2 SO2 H2S CO (3.39) + + + + + AQI g = O2 VLACO VLACO2 VLANOx VLASO2 VLAH 2 S Nesta equação cada termo é referido a um gás, que no caso de que todos os gases estejam abaixo do VMA o Índice de Qualidade do Ar (AQIg) poderá tomar um valor menor ou igual a 6 e no caso de que exista contaminação ambiental por algum componente o AQIg toma valores maiores que 6 (para seis tipos de gás). 119 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Portanto, no caso de se obter um índice superior a 6, deve-se proceder à identificação do gás ou gases que possuam um índice superior a 1, já que este ou estes é ou são responsáveis pela contaminação do ambiente. A equação (3.39) constitui um indicador importante para identificar o risco ambiental provocado pela presença de gases. Esta equação não inclui o gás metano, pois pelas suas características de explosividade e inflamabilidade estão considerados no item dedicado a explosões e incêndios. 3.2.4. Normas e padrões de qualidade do ar da atmosfera subterrânea por causa dos gases Os limites permissíveis da presença de gases em trabalhos subterrâneos, estão actualmente considerados dentro do campo da saúde e segurança do trabalho, pelo que existem normas e regulamentações em diversos países do mundo. Nos E.U.A. os padrões de saúde e de segurança ocupacional, a nível federal, são padronizados por duas agências que estão dentro do Departamento do Trabalho: a OSHA (Occupational Safety and Health Administration) que é responsável pelo ambiente ocupacional em geral e a MSHA (Mine Safety and Health Administration) que é responsável pelo ambiente ocupacional em minas. Os valores limites admissíveis TLV (Threshold Limit Values) dos componentes físico-químicos são publicados anualmente pela ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienists). Os valores limite admissíveis de exposição do homem aos poluentes gasosos estão expressos na Tabela 3.20 e resumidos na Tabela 3.21. Os resultados dos TLVs são desenvolvidos como recomendações ou guias pela ACGIH para serem usados na prática da higiene industrial. Formalmente, não são padrões legais. Entretanto, as autoridades que legislam seguem as recomendações da ACGIH nas suas actividades de elaboração de leis. Tabela 3.20 – Limites permissíveis de exposição a gases em 8 Horas TWA(Time Weighted Averages) e em curto tempo STEL (Short Term Exposure Limit) nos E.U.A. Componente OSHA (PEL) (CO2) 5000 ppm (9000 mg/m3), 8-hr TWA† (CO) 50 ppm (55 mg/m3), 8-hr TWA MSHA (PEL) Minas subterrâneas Minas metálicas e não de carvão metálicas 5000 ppm 5000 ppm (9000 mg/m3),8-hr (9000 mg/m3), 8-hr TWA; TWA; 15000 ppm 30000 ppm mg/m3), (54000 mg/m3), (27000 STEL STEL§ 50 ppm 50 ppm (55 mg/m3), 8-hr (55 mg/m3), 8-hr TWA; TWA; 400 ppm (440 400 ppm (440 mg/m3), STEL mg/m3), STEL 120 NIOSH (PEL) 10000 ppm (18,000 mg/m3), 8-hr TWA; 30000 ppm (54000 mg/m3), 10-min max 35 ppm (40 mg/m3), 8-hr TWA; 200 ppm (230 mg/m3), max Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 3.20 (cont.) – Limites permissíveis de exposição a gases em 8 Horas TWA(Time Weighted Averages) e em curto tempo STEL (Short Term Exposure Limit) nos E.U.A. Componente OSHA (PEL) Formaldehy de 1 ppm, 8-hr TWA; 2 ppm, 15minute STEL (NO2) 5 ppm (9 mg/m3), max (NO) 25 ppm (30 mg/m3), 8hr TWA (SO2) 5 ppm (13 mg/m3), 8hr TWA MSHA (PEL) Minas subterrâneas Minas metálicas e de carvão não metálicas 1 ppm (1.5 mg/m3), 8-hr 2 ppm TWA; (3 mg/m3), max 3 2 ppm (3 mg/m ), STEL 3 ppm (6 mg/m3), 8-hr 5 ppm TWA; (9mg/m3) max 5 ppm (10 mg/m3), STEL 25 ppm 25 ppm (30 mg/m3), 8-hr 3 (30 mg/m ), 8-hr TWA; 37.5 ppm TWA (46 mg/m3), STEL 5 ppm 2 ppm (13 mg/m3), 8-hr 3 8-hr (5 mg/m ), TWA; TWA; 20 ppm 5 ppm (52 mg/m3), STEL (10 mg/m3), STEL (5 min) NIOSH (PEL) 0.016 ppm (0.020 mg/m3), 8-hr TWA; 0.1 ppm (0.12 mg/m3), 15-min max 1 ppm (1.8 mg/m3), 15-min max 25 ppm (30 mg/m3), 10-hr TWA 0.5 ppm (1.3 mg/m3), 10-hr TWA PEL: Limites Permissíveis à Exposição baseados nos TLVs TWA : Time Weighted Averages, STEL: Short Term Exposure Limit † Peso médio § Termo do limite da exposição Tabela 3.21 – Padrões para gases da OSHA e a MSHA dos E.U.A., expressos em ppmv e para uma exposição de 8 horas Gás Processo no. OSHA PEL OSHA 88* MSHA TLV ACGIH TLV CO 630-08-0 50 35 50 25 CO2 124-38-9 5000 5000 5000 5000 NO 10102-43-9 25 25 25 25 NO2 10102-44-0 (C) 5 1d 5 3 HCHO 50-00-0 0.75 (C) 0.3 A2 SO2 7446-09-5 5 2 5a / 2b 2 * - PELs adoptados em 1988 e revisados d – 15 minutos de tempo limite de exposição (STEL) depois a – Para minas metálicas e não metálicas (C) – Valor máximo A2 – Suspeita de cancro humano b – Para minas de carvão Os PELs da OSHA e os TLVs do MSHA são limites legalmente executáveis e os TLVs indicados pela ACGIH são recomendações para a higiene industrial. Todos os 121 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações valores limites admissíveis são para uma exposição média de 8 horas TWA (time weighted averages). Nos E.U.A. o ar do ambiente subterrâneo onde trabalham pessoas deve conter pelo menos 19.5% de oxigénio, já em Portugal , o Decreto-Lei n.º 162/90 prescreve um teor mínimo de oxigénio na atmosfera subterrânea de 19%. Estudos realizados por NIOSH (National Institute of Occupational Safety and Health) e o Bureau of Mines Minneaplois E.U.A.(1987) possibilitaram a obtenção de padrões (standards) (Tabela 3.22) para gases emitidos por equipamentos diesel em minas subterrâneas. Estes padrões estão relacionados com os índices FSEL (Full - Shift Exposure Limit) que são para exposição de trabalhadores durante 8 horas/dia ou 40 horas/semana e o índice STEL (Short Term Exposure Limit) é para exposição máxima de 15 minutos por dia de trabalho. Na Austrália o padrão nacional relacionado com a exposição de trabalhadores a poluentes gasosos em minas subterrâneas é estabelecido pela NOHSC (National Occupational Health and Safety Comission), cujos indicadores estão apresentados na Tabela 3.23. Tabela 3.22 – Padrões para emissão diesel para minas subterrâneas de carvão, metálicas e não metálicas em ppm (NIOSH, ACGIH, Bureau of Mines Minneapolis E.U.A.) Mina de carvão Outras Minas (metálicas, etc.) Poluente FSEL STEL FSEL STEL CO 50 400 50 400 CO2 5000 15000 5000 30000 NO 25 37.5 25 -NO2 -5 3 5 SO2 5 20 2 5 Tabela 3.23 – Padrões de poluentes gasosos na Austrália (disponível em www.asosh.org/WorldLinks/Sectors/mining.htm) Poluente Monóxido de carbono (CO) Bióxido de nitrogénio (NO2) Óxido de nitrogénio (NO) Bióxido de enxofre (SO2) Formaldeído Acrolein Bióxido de carbono (minas de carvão) Bióxido de carbono em outras minas Padrão (ppmv) 30 3 25 2 1 0.1 12500 5000 Em Nova Zelândia o Health and Safety (Mining – Underground) Regulations no ano de 1999 definiu como ar fresco quando tem as concentrações a seguir: Oxigénio não menor que 19%; Aldeídos (como formaldeído) menor que 1 ppm; CO menor que 25 ppm; 122 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Pó respirável de quartzo menor que 0.2 mg/m3; pó respirável de carvão menor que 0.2 mg/m3; outros gases não maior do que o indicado na tabela Tabela 3.24. Em relação ao óleo diesel indica que o óleo usado para abastecer um motor deve produzir no ponto de saída de gases uma temperatura não maior de 65 ºC, além de ter o índice do enxofre não maior de 0.05% em peso e esteja livre da sujeira, sedimento e água. No Peru os valores limite admissíveis estão definidos pelo D.S. Nº 023-92-EM – Reglamento de Seguridad e Higiene Minera, que em termos resumidos são os seguintes: O2 (19.5 % mínimo), CO2 (0.5 %), CO (0.005 %) NOx (0.0005 %), H2S (0.0005 %), SO2 (0.0002 %), CH4 (0.5 %) e H2 (0.5%). Tabela 3.24 – Padrões da presença de gases na atmosfera subterrânea adoptados em Nova Zelanda (www.minerals.co.nz/html/main_topics/ codeprac/code_ug_15_new.html) Padrão (ppmv) Poluente Exposição de 8 horas Curto tempo de exposição Monóxido de carbono (CO) 25 50 (60 min exposição) Bióxido de carbono (CO2) 5000 30000 Óxido de nitrogénio (NOx) 3 5 Bióxido de enxofre (SO2) 2 5 Sulfuro de hidrogénio (H2S) 10 15 3.2.5. Matriz base para a identificação do nível de impacte ambiental devido a gases Para identificar o nível do impacte ambiental provocado pela presença de gases no ar da atmosfera subterrânea elaborou-se uma matriz base (Tabela 3.25) considerando as normas e padrões indicados no item anterior, incluindo-se sete gases principais que tipicamente estão presentes no ambiente subterrâneo. Tabela 3.25 – Matriz base para a identificação do nível de impacte ambiental na atmosfera subterrânea devido a gases e poeiras Níveis de impacte ambiental (ppm) Gás poluente Leve Moderado Alto O2 O2 <170000 18500≤O2 <190000 170000≤O2 <18500 CO2 CO2 >7000 5000 <CO2 ≤ 6000 6000<CO2 ≤7000 CO CO> 70 50<CO≤60 60 <CO≤70 NOx NO2> 6 5.5 <NO2 ≤6 5 <NO2 ≤5.5 NO NO2> 26 25 <NO2 ≤25.5 25.5 <NO2 ≤26 H2S H2S> 12 10 <H2S≤11 11 <H2S≤12 SO2 SO2> 6 5<SO2≤5.5 5.5 <SO2≤6 O French and Associates, baseado no índice AQI para caso de minas que utilizam equipamentos com motor diesel define os níveis de risco seguintes: quando AQI de 3 a 4 é moderado e quando AQI> 4 existe um excesso. 123 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Com base no índice da qualidade do ar pela presença de gases IQAg (equação 3.39) e para N gases mais frequentes no ambiente subterrâneo é possível preparar uma matriz base (Tabela 3.26) que permite identificar o nível de risco ambiental. Nesta proposta de avaliação do nível de impacte ambiental significa que, por exemplo, para 4 tipos de gases identificados um índice IQAg> 4 indica uma condição de risco para à saúde humana e deve-se proceder com a identificação do índice de cada um dos 4 poluentes, de modo que o gás ou gases que reportam um índice IQAg> 1 são os que poluem o ar subterrâneo, portanto, a procura das medidas de prevenção e correcção devem realizar-se tendo como base estes gases. Tabela 3.26 – Matriz base para a identificação do nível de impacte ambiental subterrâneo por gases tóxicos, baseado no índice de qualidade para N gases Níveis de impacte ambiental devido a gases com base no IQAg Leve Moderado Alto 1.5N <IQAg N < IQAg ≤1.25N 1.25N <IQAg ≤1.5N 3.2.6. Medidas correctivas do impacte ambiental subterrâneo por gases As técnicas mais usadas no controle de gases (Hartman H. L., et al., 1982), em minas subterrâneas em ordem de prioridade são: Prevenção, remoção, absorção, isolamento e diluição. 3.2.6.1. Prevenção das emissões de gases e partículas As medidas correctivas de prevenção para a atenuação da emissão dos motores diesel são fundamentalmente por duas maneiras: controle na fonte mediante a modificação do sistema do motor e/o através instalação de sistemas de atenuação da emissão de gases. As técnicas de sistemas de controle da emissão de gases mediante a instalação de dispositivos adicionais conhecidas são: a oxidação catalítica DOC (Diesel Oxidation Catalysis), filtros para retenção de partículas de óleo diesel DPF (Diesel Particulate Filters), redução catalítica selectiva SCR (Selective Catalysis Redution), modificação do dimensionamento do motor em combinação com técnicas de controle da emissão, entre outros (Tabela 3.27). 124 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 3.27 – Técnicas para controle da emissão de gases e partículas pelo motor diesel (ESI International, 1999) Tecnologia Efectividade de Controle (% de redução) PM CO HC NOx Oxidação Catalítica Filtros de partículas Redução catalítica selectiva Lean-NOx Catalises Lean-NOx w/HC-injec. Lean-NOx Adsorção Redução catalítica com plasma Comentário Tecnologia provada, barata, melhor desempenho pelo combustível baixo em S, reduz emissões tóxicas. Aplicação em minas, tecnologia mais cara, pode ser usado para reduzir emissões gasosas, técnica apropriada da regeneração requerida Aplicação a fontes móveis - requer o reagente dos motores electronicamente controlados, necessita desenvolver os algoritmos da injecção >9 0 >90 - >25 - - - >90 >5 0 >70 80 >30 >70 15-20 >30 >70 25-60 >30 >50 >70 >30 Ainda pouco desenvolvido, requer muito baixo em enxofre - 80 80 Ainda no inicio do desenvolvimento, provavelmente muito bom redutor de CO e HC >7 0 >7 0 >7 0 - Ainda pouco desenvolvido, requer combustível com muito baixo conteúdo de enxofre combustível O conceito dum catalisador de oxidação DOC é baseado em reacções químicas sem mudança nem consumo do catalizador. Um conversor catalítico de oxidação consiste numa vasilha do aço inoxidável que contem uma estrutura chamada substrato, que expõe grande superficie interior (favo de abelha). Não há nenhuma peça em movimento, a superfície do substrato é revestida com metais preciosos catalíticos, tais como platina ou paládio. É chamado catalisador de oxidação, porque transforma poluentes em gases pouco prejudiciais por meio da oxidação. Na exaustão de óleo diesel o catalisador oxida o monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos gasosos (HCs), e os hidrocarbonetos líquidos pela adsorção das partículas do carbono. Os hidrocarbonetos líquidos constituem a fracção orgânica solúvel (SOF) e jazem acima da parte das partículas (fig. 3.30 esquerda). CO + ½ O2 Aldeídos + O2 HC + O2 PAH * O2 SO2 NOx CO2 CO2 + H2O CO2 + H2O CO2 + H2O SO2 NOx <75% de pariculas Escoamento através do catalisador revestido Particulas Filtro Figura 3.30 – Controle da emissão óleo diesel por processo da oxidação catalítica e filtros para partículas 125 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A técnica de controle através de filtro DPF, consiste num filtro (fig. 3.30 direita) posicionado no tubo da exaustão e que colecta uma fracção significativa das emissões de partículas pela passagem dos gases através do sistema. A carcaça do filtro é geralmente metálica e os cartuchos podem ser cerâmicos, de fibra de vibro e mesmo de papel resistente a altas temperaturas. 3.2.6.2. Controle das emissões de gases e partículas através da diluição A técnica de diluição pode ser usada e combinada com outras técnicas, para reduzir os custos de controle das emisões diesel. Walli, R.A. (1982) recomenda a utilização da equação logarítmica de Mateer (3.40), onde Qgp é o caudal de ar com presença de gás poluente, Qg é o caudal de ar fresco requerido para diluir o gás, y é o volume do espaço de trabalho, to e t os tempos (minutos), x é a concentração do poluente na mistura, xo é a concentração do poluente no ar da entrada, Bg é a concentração do poluente em condições normais de entrada do ar. (Qgp +Qg )(t −to ) − y e = (Q (Q gp gp + B g Q g ) − x (Q gp + Q g ) + B g Q g ) − xo (Q gp + Q g ) (3.40) Sabendo os valores de y, Qgp, xo, x e Qg, o tempo t requerido para diluir a concentração de gás num ambiente determinado pode-se calcular com a equação (3.41). t= Q gp − x o Q g y ln Qg Q gp − xQ g (3.41) Na maioria das situações, o tempo necessário à diluição torna-se muito longo (com tendência para o infinito) e portanto, o caudal requerido para diluir um determinado gás pode ser calculado com a equação (3.42). Qg = 1− x Q gp x − Bg (3.42) Em concordância com a caracterização da presença de gases no ambiente, subterrâneo verifica-se que o gás com maior concentração é o CO2 seguido por CO; portanto, no caso de existirem outros poluentes, bastará com CO2 (caso esteja acima do limite) ou, não sendo o caso, actuar sobre o CO. Para calcular a quantidade de ar fresco Qgo (m3/s) que permita diluir a concentração de gases de emissão por equipamentos com motor diesel a níveis permissíveis, propõe-se a equação (3.43) que é baseada no índice de qualidade do ar devido a gases IQAg, no caudal de gás emitido pelo motor ao ambiente subterrâneo qg (m3/s.hp) e potência Pe em hp. Q go = IQAg q g Pe (3.43) O caudal necessário de ar fresco Qe (m3/s) que permita ventilar uma frente de trabalho depois do disparo com explosivo, proposto por López Jimeno, C. (1997) é a 126 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações equação (3.44) expressa em função do tempo t (~30 minutos), da secção S do ambiente (m2) e a distância total da frente à boca de túnel L (m). S Qe =  (L + 120 ) t (3.44) Outras equações para determinar o caudal de ar fresco requerido para a diluição de gases Qe (m3/s) são a de A. Novitsky equação (3.45) e a de Komarov a equação (3.46), onde t tempo de expulsão de gases, Ce é a concentração inicial de gases tóxicos (ppm), VLA o valor limite admissivel dos gases (ppm), e qe é a quantidade de explosivo consumido (kg). Qe = L.S  C e  ln  t  VLA  ( (3.45), Qe = 7.8 q e ( L.S ) 2 ) 0.333 (3.46) 3.2.7. Monitorização e controle A consecução dum ambiente do ar subterrâneo com boa qualidade tendo em conta a presença de gases tóxicos, exige um trabalho sistemático e organizado, suportado por numa forte base técnico/científica com critério de viabilidade económica. A engenharia ambiental subterrânea relacionada com gases tóxicos deve ser um processo lógico e sequencial que permita manter o ar da atmosfera subterrânea com concentrações abaixo dos limites admissívis. Portanto, o modelo desenvolvido, que inclui a monitorização e controle, está ilustrado no diagrama da fig. 3.31. As medições dos poluentes gasosos são feitas mediante a utilização de aparelhagem específica, dependendo do método a utilizar (Williams, L. et al., 1987) e do tipo de gás a medir. a) Método electroquímico: o aparelho consiste numa célula com electrolito e dois eléctrodos, que ao entrar em um dos quais permite a difusão da amostra de ar. Alimentado por uma bateria, o fluxo de electrões libertados altera-se quando se inicia a difusão do ar, numa relação com a quantidade de gás contida na amostra. Um exemplo é do CO: CO + H2O = CO2 + 2H+ + 2e- , 1/2O2 + 2H+ + 2e- = H2O No mercado existem aparelhos electroquímicos para medições de CO, CO2, NOx, SO2 (Tabela 3.28) mediante sensores e detectores diferentes. O método permite monitorizar cada 2 minutos, precisa de ser calibrado cada 30 dias e a precisão é de 2 a 5 ppm. O aparelho tem uma vida útil de 1 a 2 anos e custo varia de 100 a 500 Euros. O custo da troca dos sensores é de 100 a 300 Euros anuais. b) Infravermelho: o aparelho baeia-se na espectometria de absorção, e compara a amostra de ar com uma amostra de gás puro em análise. As unidades de detecção podem ser unidades para analise em diferentes gases (CO, CO2, NO, NO2 e SO2). A energia absorvida pelos raios infravermelhos produz nos gases um aumento na vibração ou 127 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações rotação molecular que é detectada em bandas por processo electrónico medindo as concentrações. Tabela 3.28 – Emissão diesel, gás diluído e intervalo típico de medição electroquímica (Williams, L. et al., 1987) Poluente CO CO2 NO NO2 SO2 Emissão de gases no motor diesel (ppm) Injecção indirecta Injecção (IID) directa (ID) Mínimo Comum 200 300 2500 8000 9900 10000 500 1000 740 12 20 48 80 80 80 Gás diluído no ambiente subterrâneo (ppm) Intervalo típico de medição electroquímica (ppm) 10 -20 1000 - 5000 - 10 0.5 - 1 -- 0 - 2000 0 - 10000 0 - 1000 0 - 100 0 - 100 Estes instrumentos, que dispõem sistema de alarme, podem ser usados para concentrações de 2 a 20 ppm de CO. O tempo de medição varia de 5 a 10 segundos, tem autonomia de 4 a 6 horas, vida útil 1 ano e custo a rondar os 3000 Euros. c) Tubos detectores: são os tradicionalmente utilizados e consistem em tubos de vidro que contêm uma impregnação química granular, que ao entrar em contacto com o gás muda de cor por difusão. A mudança de cor é característica para cada tipo de gás. Estes tubos funcionam geralmente com uma bomba manual aplicando uma determinada quantidade de emboladas para cada tipo de gás. O intervalo típico de utilização varia segundo o tipo de gás (Tabela 3.29). LC = L.T 298.P (3.47) Tabela 3.29 – Intervalo típico de medição de gases com tubos detectores em ppm (Williams, L. et al., 1987) Gás CO CO2 NO NO2 SO2 Curto tempo 5 - 15 100 -700 100 -3000 1000 -12000 5000 - 60000 0.5 -10 0.5 -10 0.5 - 5 Longo tempo 2.5 – 25 6.3 – 63 250 – 1500 Difusão 6 – 75 1200 – 40000 1.3 – 12.5 1.3 – 13 1.3 - 13 1.3 –25 0.6 - 20 As leituras obtidas precisam de correcção mediante a equação (3.47), onde LC é a leitura corrigida, L é a leitura no tubo de gás, T é a temperatura no momento da medição (ºK) e P é a pressão barométrica (atmosferas). Os tubos detectores têm uma vida útil de 2 anos. Alguns, como os de CO, precisam refrigeração (<20 ºC) e a sua vida útil é mais curta (1 ano). O custo de cada tubo é de 2 a 3 Euros. 128 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações d) Tubo de prova passivo tipo Palmes: consiste num tubo que, ao abrir-se, permite entrar e difundir-se, mediante um absorvente alcalino, o ar em análise, sendo colectado o gás NO2 . A concentração é calculada pelo número de moles do gás colectado. . Fontes de emissão de gases . Características geométricas . Características físicas . Níveis permissíveis de gases tóxicos Base de dados Previsão do nível do impacte ambiental . Alternativas de controle preventivo . Necessidade ou não de controle por diluição CO2 O2 CO SO2 Plano de monitorização e controle Medições NOx H2S Aplicação de medidas correctivas Identificação do impacte ambiental Procura de medidas correctivas Plano de contingência e/ou medidas correctivas imediatas Sim Não Impacte alto ? . Identificar locais com n < IQAg ≤ 1.5n . Identificar o tipo de gás com IQAparcial > 1 Figura 3.31 – Sistema de gestão de gases tóxicos no ar do ambiente subterrâneo O intervalo de medição do NOx e NO2 é até 20 ppm. As provas são feitas cada 8 horas, mas se a concentração for alta deve ser cada hora. O custo é de aproximadamente de 1 Euro por cada tubo. A Engenharia Ambiental Subterrânea (EAS) de gases na atmosfera subterrânea está sistematizada considerando um processo que se inicia com a identificação das fontes de emissão, caracterização do ambiente e dos gases, identificação do nível de risco ambiental, procura de medidas de prevenção e/ou correcção do impacte identificado, implementação ou aplicação da alternativa técnico/económica mais viável, acompanhamento com sistema de monitorização e controle para comprovar a eficácia e efectividade da medida. A fig. 3.31 ilustra o processo descrito. 3.3. Poeiras no Ambiente Subterrâneo 3.3.1. Efeitos ambientais No ambiente subterrâneo o conteúdo de poeiras em suspensão varia desde alguns miligramas até centenas de miligramas por m3, podendo atingir em alguns locais, como frentes de disparo, frentes de corte, etc., algumas gramas (5 – 15) por m3. 129 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A poeira no sistema respiratório humano deposita-se no nariz, na traqueia, brônquios e nos alvéolos dos pulmões (fig. 3.32) em quantidade proporcional ao tamanho das partículas. 100 Nasal Deposição (%) 80 60 40 Traqueobronquial 20 Alveolar 0 0.002 0.02 2 0.2 Diâmetro de partículas (µm) 20 200 Figura 3.32 – Deposição da poeira no sistema respiratório (Hartman, H.L. et al., 1982) e partículas sólidas nos pulmões (http://pathology.class.kmu.edu.tw) O sistema respiratório do homem tem numerosos mecanismos de defesa mediante sistemas de captação de qualquer poeira inalada (Tabela 3.30), mas tem limitações de acção para certas dimensões e para certas características de pó, apanhando e expectorando em alguns casos, permitindo passar aos alvéolos, pela impossibilidade orgânica de retenção e em noutros, inalando e exalando. Para fins ambientais a poeira pode-se classificar em três tipos: poeira mineral, poeira de carvão e poeira de motores diesel. A poeira mineral suspensa pode não ser nociva, neste caso os pulmões actuam contra estas partículas estranhas mediante células denominadas devoradoras, cuja função é envolver as partículas e transportar pelos caminhos linfáticos; mas isto ocorre somente com pó não perigoso e quando a qualidade do ar aspirado não ultrapassa a possibilidade da defesa das células referidas. Em presença de pó destruitor (sílica) as células devoradoras não podem resistir e morrem, consequentemente o pó cumpre sua função nociva ao formar um tecido fibroso (fig. 3.33) contribuindo para a doença ocupacional conhecida como silicose. Tabela 3.30 – Acção do sistema respiratório frente ao tamanho das partículas (baseado em Hartman, H.L., 1982; Vutukuri, V.S., et al., 1986) Diâmetro de partículas (µm) >10 10 - 1 <1 Acção do sistema respiratório Efeito Deposição no conduto nasal e Expectorado pela acção da mucosa traqueia bronquial Deposição no conduto traqueia Risco por passagem de alguma poeira e bronquial e <5µm passa aos reacção fibrosa nos pulmões alvéolos Inalação e respirável) exalação 130 (pó Em altas concentrações e em longos períodos reacção fibrosa dos pulmões Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Figura 3.33 – Nódulos concêntricos de sílica plana com periferia de partículas de emissões diesel nos pulmões (http://pathology.class.kmu.edu.tw) A poeira de mineral produz efeitos ambientais diversos contra o homem (Tabela 3.31), dependendo da sua composição, da sua concentração e da sua toxicidade. Tabela 3.31 – Efeitos ambientais da poeira mineral nociva (baseado em Walli, R.A., 1982) Efeito Pó de minerais ou metais Sistema respiratório (pulmões) Sílica (quartzo, cherte), silicatos (asbesto, talco, mica), berilo, estanho, ferro Cancerígeno (pulmões) Radon, urânio, asbesto, arsénio Tóxico Berilo, rádio, tório, arsénio, urânio, vanádio, mercúrio, cádmio, antimónio, selénio, manga nesse, tungsténio, níquel, prata (carbonetos) Detalhe do efeito Metal Doença Sílica livre Silicose Silicatos Silicatose Ferro Siderose Asbesto Asbestose Cancro nos pulmões Não são comuns A doença mais comum em minas é a silicose, que acontece quando a poeira entra nos pulmões (alvéolos) e pela lenta dissolução no líquido do tecido dos pumões as partículas de sílica são transformadas em ácido silícico (H2SiO3) activo, que actua quimicamente sobre os tecidos pulmonares, transformando-os em tecidos fibrosos sem capilares sanguíneos. A silicose tem três graus: Primeiro grau: com manifestação de mal-estar geral, falta de ar no trabalho, tosse seao e leve; Segundo grau: dor no peito, diminuição da capacidade respiratória, tosse seca e húmida, diminuição da capacidade de trabalho; Terceiro grau: falta de ar inclusivamente no estado tranquilo, tose com expectoração, dores no tórax, perda total da capacidade do trabalho, complicação com a tuberculose e morte. Em minas subterrâneas de carvão, a doença devido à poeira suspensa são denominadas antracose e antraco – silicose (Tabela 3.32). 131 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Na actualidade, a tendência da mecanização das minas subterrânea conduz a uma intensa utilização de equipamentos com motor diesel, como são os jumbos para perfuração, as pás (LHDs) para remoção de mineral nas frentes de trabalho, camiões (dumpers) e outras máquinas como locomotivas. Estes equipamentos, à parte emitirem gases tóxicos, geram também partículas (Tabela 3.33) em forma de fuligem que é respirada pelo homem exposto a este meio. Estas partículas contêm produtos cancerígenos que se acumulam nos pulmões (fig. 65 direita). Tabela 3.32 – Efeito ambiental da poeira de carvão (baseado em Walli, R.A., 1982) Detalhe do efeito Efeito Minerais Mineral Doença Sistema Antracite Antracose respiratório Carvão Antracite+Sílica Antraco (pulmões) livre silicose Tabela 3.33 – Efeito ambiental de partículas (poeiras) emitidas por equipamentos diesel (Garshick, E, 2003; Stewart, K.M., 2001) Efeito Fuligem/componentes Detalhe da doença irritação dos (84 ppm), Odor, Sistema respiratório, Hidrocarbonetos olhos, pele e Aldeídos (25 ppm), formaldeído olhos, alergias e (14 ppm), sulfatos, nitratos, Cancro nos pulmões pulmões metais. 94%, partículas <2.5 mícron Os hidrocarbonetos (compostos binários de carbono e hidrogénio), os aldeídos (nome genérico dos compostos caracterizados por acção redutora, que são derivados dos álcoois primários por oxidação moderada com perda de hidrogénio) e o formaldeído (solução aquosa de aldeído fórmico e metanol), presentes na fuligem são perigosos porquanto são aspirados pelos homens no ambiente onde trabalham os equipamentos diesel. 3.3.2. Fontes da poeira a) Poeira de mineral e de carvão: no ambiente subterrâneo tem origem na escavação do maciço rochoso, na construção de túneis para estradas e ferrovias, centrais hidroeléctricas, câmaras de defesa civil, centrais de energia nuclear, de gás e instalações públicas e para exploração de jazigos minerais metálicos e não metálicos (galerias, poços, chaminés, rampas e desmontes). A poeira de carvão é gerada principalmente nas operações de escavação ou corte na exploração dos jazigos de carvão (Tabela 3.34). 132 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 3.34 – Carga ambiental em minas de carvão subterrâneas em relação a minas a céu aberto (http://wbln0018.worldbank.org) Técnicas de exploração Carga ambiental Céu aberto (t/1000t) Método subterrâneo (t/1000t) Contorno Escavação Convencional 0.24 1.2 Efluentes líquidos 1 Longwall 1.6 Estéreis sólidos 10 10 3 5 Pó 0.1 0.06 0.006 0.01 Fonte: Baseado em Edgar, 1983 Figura 3.34 – Actividades operacionais que produzem poeira na escavação subterrânea 133 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações As actividades operacionais que geram poeira de mineral ou de carvão estão relacionadas com a perfuração, corte, disparos com explosivo, remoção, transferência a torvas de minério ou desmonte, carga, transporte, extracção e britagem em alguns casos (fig. 3.34). b) Partículas emitidas pelos equipamentos com motor diesel: têm a forma de fuligem e constituem parte da poeira presente no ambiente subterrâneo e principalmente nos locais de trabalho onde são utilizados (fig. 3.35). Estes equipamentos são as pás carregadoras (LHDs), camiões (dumper), jumbos automotores, locomotivas, veículos para transporte de pessoal, entre outros. Sólidos LHD Diesel Vapor (Hidrocarbo netos) Q Parte orgânica solúvel (Hidrocarbonetos) Partículas e gases Adsorvente (Hidrocarbonetos) SO4 Figura 3.35 – Emissão de partículas (poeira) pelos equipamentos diesel 3.3.3. Caracterização da poeira no ambiente subterrâneo A poeira é um conjunto de finas e finíssimas partículas sólidas suspensas na atmosfera subterrânea ou assentes sobre os hasteais, piso e tecto das escavações. A suspensão da poeira no ar da atmosfera subterrânea num determinado tempo depende da finura, da sua forma, massa volúmica, velocidade do ar, da humidade e da temperatura. O tempo de duração t (s) da suspensão de uma partícula de pó no ar tranquilo determina-se com a equação (3.48) que é baseada na lei de Stokes, onde ν é a viscosidade do ar tranquilo (1.81x10-4 poises a 21 ºC), hx a altura de queda do pó (cm), r o raio da partícula (cm), γp a massa volúmica da partícula (g/cm3), γa a massa volúmica do ar (g/cm3) e g a aceleração da gravidade (981 cm/s2). t= 4.5vhx r (γ p − γ a ) g (3.48) 2 Numa frente com altura de 3 m, uma partícula com massa volúmica de 2.5 g/cm3 e diâmetro de 100 µm demora na queda uns 4 segundos, já a de 10 µm uns 7 minutos e a de 1 µm 9 horas. Poeiras com 5 µm que passam aos pulmões caem no ar tranquilo a uma velocidade próxima de 1 mm/s e partículas com diâmetro <0.10 µm, tal como as moléculas de ar em movimento Browniano que ficam em suspensão. As partículas planas permanecem no ar um tempo mais prolongado que as esféricas. 134 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Na atmosfera subterrânea é possível identificar à vista partículas cujo diâmetro é> 10 µm e que caem em forma acelerada., com ajuda do microscópio partículas de 10 a 0.1 µm que caem a velocidade constante e ao ultramicroscópio partículas <0.1 µm que não assentam. Do ponto de vista ambiental interessa caracterizar a concentração e natureza de conteúdo da poeira respirável. A produção de poeira Pp (g/h) pelo processo operacional de escavação subterrânea pode ser determinada pela equação (3.49), em função da carga ambiental de poeira no processo de escavação qp (g/t) (próximo a 10 g/t) e produção ou quantidade de material escavado P (t/h). Pp = q p .P (3.49) Para a estimativa da taxa de emissão de partículas no ar pelo motor diesel Ep (g/min) desenvolveu-se a equação (3.50) que é uma modificação da equação de Haney, R. A. et al. de MSHA E.U.A. (1994), em função da concentração de partículas no ar de retorno ou saída de Cr (g/m3), da concentração de partículas na entrada do ar Ce (g/m3) e caudal de retorno do ar Qr (m3/min). E p = (C r − C e )Qr (3.50) A taxa de geração de partículas pelo motor diesel varia de 1.40 a 1.59 mg/m3, mas com a instalação de filtros pode diminuir até 0.53 a 0.87 mg/m3, 53% aproximadamente. Haney, R. A. et al. (1997) desenvolveu a equação (3.51) para calcular a concentração de partículas ao ar pela emissão do motor diesel Cd (g/m3), em função da Et, eficiência antes do tratamento (50 a 95%) e o caudal do ar Qa (m3/min). Cd = E p (1 − Et ) (3.51) Qa A emissão do motor diesel está no limite de 0.3 a 0.5 g/minuto, nos equipamentos de remoção e de 1.0 a 3.0 g/minuto para equipamentos de carga e transporte. Cálculos realizados por Haney, R.A. et al. (1997), indicam que para 1.0 g/minuto de emissão sem tratamento e caudal de ar de 14.2 m3/s, resulta uma concentração de 1.18 g/m3, para o dobro do caudal de ar reduz-se a concentração a 0.59 mg/m3 e aplicando uma eficiência de tratamento 80%, resulta uma concentração de 0.12 mg/m3. 135 3 Concentração da poeira C (mg/m ) Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 300 250 200 d = 5 - 10 µm 150 100 d < 2 µm d = 2 - 5 µm 50 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Velocidade do ar V (m/s) 3 3.5 4 Figura 3.36 – Tendência da concentração da poeira em relação á velocidade do ar (baseado em Anon, 1974). A concentração de poeira varia com a velocidade do ar, como é ilustrada na fig. 3.36 para partículas de diferente diâmetro (d <2µm, d = 2 – 5 µm e d = 5 – 10 µm) onde se observa que na velocidade entre 1.5 a 2 m/s existe uma menor concentração e a velocidades menores e maiores existe acréscimo da concentração. As curvas de tendência da fig. 3.36 permitem expressar a concentração da poeira C mediante uma equação geral (3.52) em função da velocidade do ar V (m/s) e constantes a, b e c que tomam valores em função do diâmetro de partículas (Tabela 3-35). C = aV2 – bV + c (3.52) Baseado no índice de qualidade do ar AQI (Air Quality Index) proposto por CANMET (Canadian Centre for Mineral and Energy Technology) e modificação realizada por French and Associates, o índice de qualidade do ar em relação à emissão de partículas por motor diesel dos equipamentos (IQAp) exprime-se mediante a equação (3.53), onde Cs é a concentração de poeira com sílica livre (mg/m3), VLAs o valor limite admissível da concentração de poeira com sílica livre (mg/m3), Cgo a concentração de partículas emitidas por equipamentos com motor diesel (µg/m3), VLAgo o valor limite admissível da concentração de partículas emitidas por equipamentos com motor diesel (µg/m3), Co a concentração de qualquer outro poluente em forma de partículas (mg/m3) e VLAo o valor limite admissível desse outro poluente (mg/m3). IQA p = C go Cs C + + o VLAs VLAgo VLAo (3.53) Tabela 3.35 – Valores dos coeficientes a, b e c da equação (3.52) em função da velocidade do ar (elaborado em base a Anon, 1974) a b c Diâmetro de partículas (µm) <2 3.4509 18.066 32.394 2-5 11.339 54.927 89.453 5 - 10 47.333 190.990 286.400 Na generalidade dos casos o maior risco ambiental provocado pela poeira tem relação com a presença da sílica livre e das partículas emitidas pelos equipamentos com 136 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações motor diesel, portanto, o valor do índice de qualidade IQAp para conservar o ambiente dentro dos padrões estabelecidos deverá ser ≤ 2 e na hipótese de existirem três poluentes sólidos deverá ser ≤ 3. 3.3.4. Normas e padrões de qualidade ambiental por causa de poeiras O valor limite admissível da concentração de poeira respirável adoptado por E.U.A. é de 2 mg/m3 de ar em que a poeira de quartzo é inferior a 5%. Investigações realizadas por MRE (Mining Research Establishment of Great Britain) determinaram um padrão de quartzo presente de 85 a 100 µg/m3 de ar (Tomb, T.F. et al., 1995). Tomb, T., et al. (2001) de MSHA (Mine Safety and Health Administration de E.U.A.), consideram a condição de ar respirável com concentração de partículas emitidas por motores diesel de 1 mg/m3 calculado para uma massa volúmica de poeira com sílica de 2.5 g/cm3 e tamanho aproximado de 1.5 µm. Nos E.U.A. para alguns silicatos (com teor de quartzo <1%), o valores limite admisíveis é de 3.5 g/cm3 para a mica, de 5.3 g/cm3 para o cimento portland e de 3.5 g/cm3 para o talco. Para pó metálico (Walli, R.A. 1982) os valores limite admissíveis são: mercúrio 0.05 mg/m3, chumbo 0.15 mg/m3, arsénio 0.20 mg/m3, antimónio e bário 0.5 mg/m3, ferro, magnésio, zinco e molibdénio 5 mg/m3, urânio e vanádio 0.5 mg/m3. Os padrões relacionados com poeiras respiráveis em minas subterrâneas em E.U.A. são apresentados na Tabela 3.36, onde NIOSH considera um limite da exposição recomendado (REL) para todas as formas de sílica cristalina em poeira respirável de 50 µg/m3 para proteger os trabalhadores da silicose. O OSHA estabeleceu os limites permissíveis da exposição (PEL) para 8-hr por dia de tempo médio de trabalho (TWA) para quartzo cristalino < 0.1 mg/m3 e para a cristobalite ou dritymite cristalinos < 0.05 mg/m3. A MSHA considera limites permissíveis da exposição iguais a OSHA. Finalmente a ACGIH, no ano 2001, para todas as formas de sílica cristalina em poeira respirável considera um valor limite de 0.05 mg/m3. Tabela 3.36 – Padrões de poeira respirável em minas metálicas, não metálicas e de carvão nos E.U.A. (www.cdc.gov/niosh, www.osha.gov, www.msha.gov, www.acgih.org) Referência NIOSH (1974) OSHA (29 CFR 1910.1000.T able Z-3) Substância Sílica cristalina *: quartzo, cristobalite, e tridimite como poeira respirável Sílica cristalina respirável, quartzo Sílica cristalina respirável, quartzo, cristobalite Sílica cristalina respirável, quartzo, tridimite 137 Padrão limite (mg/m3) REL. = 0.05 (até 10-hr de trabalho diário, durante 40-hr por semana). PEL = 10 ÷ % de quartzo + 2 (8-hr TWA) PEL = metade do valor calculado com a fórmula para o quartzo PEL = metade do valor calculado com a fórmula para o quartzo Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 3.36 (cont.) – Padrões de poeira respirável em minas metálicas, não metálicas e de carvão nos E.U.A. (www.cdc.gov/niosh, www.osha.gov, www.msha.gov, www.acgih.org) Substância Padrão limite (mg/m3) Quartzo respirável em minas PEL = 10 ÷ % de quartzo + 2 (8-hr MSHA TWA) metálicas e não metálicas (30 CFR 56, Sílica cristalina respirável presente 56, 70, 71) em concentração> 5% em minas de RDS = 10 ÷% de quartzo + 2 (8-hr carvão TWA) Sílica cristalina respirável, quartzo TLV = 0.05 (8-hr TWA) Sílica cristalina respirável, quartzo, TLV = 0.05 (8-hr TWA) ACGIH cristobalite (2001) Sílica cristalina respirável, quartzo, TLV = 0.05 (8-hr TWA) tridimite *Identificado por NIOSH como um potencial risco ocupacional [2521 casos observados, 54 positivas,(1989)] Abreviaturas: REL = limite da exposição recomendado; PEL = limite permissível da exposição; RDS = padrão da poeira respirável; TLV = valor limite do limiar; TWA = tempo médio de trabalho Referência Os limites permissíveis da exposição (PELs) estabelecidos pela administração ocupacional de segurança e de saúde (OSHA) e pela administração da segurança e da saúde das minas (MSHA) para alguns gases tipicamente encontrados na exaustão de motores diesel são listados na Tabela 3.38 junto com os limites recomendados de exposição (RELs) estabelecidos por NIOSH. Os padrões para poeiras adoptados na Austrália (Tabela 3.37) mediante a NOHSC (National Occupational Health and Safety Commission) são relacionados com poeira respirável, que é estabelecida conforme a definição do conselho de pesquisa médica britânica (BMRC) e pela recomendação da conferência do pneumoconiosis realizada em Joanesburgo em 1959 (fig. 3.37). Os padrões de emissão de motores diesel e limites permissíveis de concentração de partículas nos E.U.A., na União Europeia (E.U.), Alemanha, Canadá e entidades autorizadas estão apresentados na Tabela 3.38, considerando ainda a concentração típica em minas subterrâneas. EPA dos E.U.A. considera que o óleo diesel deve conter enxofre em <0.05% ou <500 ppm. Para diluir as emissões precisa-se de 16.67 m3/s de ar para 0.0000631 m3/s de DPM (partículas emitidas) a 1000 µg/m3 (MSHA). Os padrões aceites e estabelecidos pelo Banco Mundial (World Bank Environment, Health and Safety Guidelines Mining and Milling - Underground, INTERIM), por EPA de E.U.A. (Environmental Protection Agency) e por ADEC (Alaska Department of Environmental Conservation) apresentam-se na Tabela 3.39. Uma prolongada exposição do pessoal a poeira de metal como o níquel, cádmio, crómio e arsénio, podem causar o câncer. 138 Diâmetro equivalente da partícula (µ) 0 1 2 3 4 5 6 7 Respirabilidade (%) 100 98 92 82 68 50 28 0 Respirabilidade (%) Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 100 90 80 70 60 50 Poeira 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 Diâmetro aerodinâmico equivalente da partícula (µ) Figura 3.37 – Fracção de poeira respirável (http://www.nohsc.gov.au/ohsinformation) A MSHA (Mining Safety Health Administration de E.U.A., 2001) em estudos realizados durante 45 anos e em exposição do pessoal a uma média de 1920 horas por ano (Tabela 3.40) conseguiu relacionar a mortalidade por cancro com a concentração de partículas da emissão de motor diesel, observando-se que quanto maior é esta concentração maior é a mortalidade e vice-versa. Tabela 3.37 – Padrões de poeira respirável de NOHSC (National Occupational Health and Safety Commission) de Austrália (disponível em http://www.nohsc.gov.au/ohsinformation) Substância Mica Sílica cristalina Talco Padrão por TWA 2.5 mg/m3 (com < 1% quartzo) Quartzo: 0.1 mg/m3 Cristobalite: 0.05 mg/m3 Tridymite: 0.05 mg/m3 Tripoli: 0.1 mg/m3 2.5 mg/m3 Substância Grafite Padrão por TWA 3 mg/m3 Pó de carvão (com <5% quartzo) 3 mg/m3 Fibras cerâmicas e fibra de vidro 5 fibras/ml Tabela 3.38 – Padrões de emissão diesel (partículas) e em diferentes países (disponível em www.dieselnet.com/) E.U.A. União Europeia UE 1994: 0. 13 g/ kWh 2004: 3. 35 g/ kWh (NOx + HC) 2005: 0.02/ 0.03 g/ kWh 2008: 2.0 g/ kWh NOx Alemanha (túneis/minas de carvão) 0.3 mg/m3, Carvão elementar ACGIH TLV 1995 (E.U.A.) 0.15 mg/m3 Canadá (Ontário) 1.5 mg/m3, RCD* ACGIH TLV (E.U.A.) 0.05 mg/m3 * RCD respirable combustible dust 139 1998 (EPA de E.U.A.) 0. 67 g/ kWh NOx 0. 013 g/ kWh depois de tratam. MSHA (TLV minas não metálicas e metálicas) 0.4 a 0.6 mg/m3 Concentração típica em minas 0.10 a 1.70 mg/m3 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Com a finalidade de amostragem ambiental aa partículaa emitidaa pelo motor diesel são expressa em DPM (limits for diesel particulate matter) e é definida como o carbono total (TC). Esta definição inclui (hidrocarboneto derivado) o carbono elementar e orgânico, excluindo a cinza e sulfatos inorgânicos do TLV. Tabela 3.39 – Valores Limites Admissíveis TLVs segundo o Banco Mundial (World Bank - Environment, Health and Safety GuidelinesMining and Milling Underground, INTERIM, segundo EPA de E.U.A. e ADEC de Alaska Department of Environmental Conservation) Banco Mundial EPA e ADEC Poluente Valor limite admissível (TLVs) mg/m3 Arsénio Asbesto Monóxido de Carbono CO Bióxido de Carbono Oxigénio O2 Cobre Cu Cianeto de Hidrogénio Sulfureto de hidrogénio Bióxido de Nitrogénio NO2 Poeira inerte ou incómodo Sílica/Quartzo cristalino Bióxido de enxofre SO2 0.2 0.5 fibras/cm3 29 5% 19.5% 1 11 14 6 10 0.1 5 Poluente metálico Zinco Níquel Arsénio Antimónio Crómio Cádmio Selénio Mercúrio Bário Manganés Valor limite admissível (TLVs) µg/m3 24 horas Anual 12.0 0.002 0.39 8.0 0.068 0.0056 0.27 0.08 8.0 17 6.55 0.002 0.0002 1.19 0.07 0.000435 0.26 0.01 11.9 0.24 A Tabela 3.41 mostra que para uma redução da concentração de partículas de 808 µg/m3 a 200 µg/m3 a mortalidade diminui cerca de 80%. Baseados nestes estudos nos E.U.A. definiram-se os valores limites admissíveis da concentração da emissão de partículas para equipamentos com motor diesel em minas subterrâneas. Em 19 de Janeiro de 2001 MSHA publicou os regulamentos finais da emissão de motores diesel para minas subterrâneas metálicas, não metálicas e de carvão. Para minas metálicas e não metálicas foram adoptadas como norma legal os padrões apresentados na Tabela 3.41 onde o limite final realiza-se sobre período de cinco anos, começando em 19 de Julho de 2002 e até 19 de Janeiro de 2006. Em Portugal o padrão considera valores limite admissíveis relacionados com partículas com conteúdo de sílica livre e a norma legal correspondente expressa em forma geral (Tabela 3.42). 140 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 3.40 – Mortalidade com cancro pela exposição a partículas emitidas por equipamentos diesel (Federal register/Vol. 66, No. 13/Friday, January 19, 2001/Rule and Regulations E.U.A.) Mortalidade por cancro pulmonar de trabalhadores expostos a poeiras de motor diesel (x1000) * Estudo e modelo estatístico 500 644 808 200 µg/m3 µg/m3 µg/m3 µg/m3 Saveri et al. (1999) Poisson, full coorte 15 44 61 83 Cox, full coorte 70 280 422 577 Poisson, sob coorte 93 391 563 693 Cox, sob coorte 182 677 761 802 Steenland et al. (1998) 5 anos ,exposição logarítmica acumulada 67 89 95 101 5 anos, exposição simples acumulada 159 620 721 771 Johnston et al. (1997) 15 anos, mina ajustada 313 724 770 800 15 anos, mina não ajustada 513 783 811 830 * Registos de 45 anos de exposição ocupacional a 1920 horas por ano desde 20 anos até 60 anos. Tabela 3.41 – Valores limite admissíveis da concentração de partículas emitidas por motor diesel (Federal register/Vol. 66, No. 13/Friday, January 19, 2001/Rule and Regulations e E.U.A.) Data 19 de Julho 2002 até 19 de Janeiro 2006 > 19 de Janeiro 2006 Concentração por 8 horas de exposição (µg/m3) 400 160 3.3.5. Matriz base para a identificação do nível de impacte ambiental A matriz para a identificação do nível de impacte ambiental pela presença da poeira respirável no ambiente subterrâneo, e também para dois poluentes mais comuns que são sílica livre (quartzo) e partículas de motor diesel, são apresentadas na Tabela 3.43 e na Tabela 3.44. Tabela 3.42 – Valores limites admissíveis de poeiras em Portugal (Decreto-lei n.º 162/90, Decreto Legislativo n.º 708 – 709 do 06 de Novembro de 1991 de Portugal) e Peru (Decreto Supremo n.º 023-92-EM ). Portugal Peru 1 mg/m3 para> 25% de sílica livre <200 Milhões de partículas/m3 2 mg/m3 para 6% ≤ sílica livre ≤ 25% 3 3 mg/m para < 6% de sílica livre 141 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 3.43 – Matriz base para a identificação do impacte ambiental subterrâneo devido à presença da poeira Níveis de impacte devido a poeiras Leve Moderado Alto 3 <p1≤4 2 <p1≤3 p1>4 p2>0.15 0.1 <p2≤0.15 0.05 <p2≤0.1 p3>500 450 <p3≤500 400<p3≤450 Concentração de poeiras e sílica livre Para poeira com sílica livre < 5% (p1) mg/m3 Para poeira com sílica livre > 5% (p2) mg/m3 Partículas de motor diesel 8 horas (p3) µg/m3 Esta nova forma de avaliação do impacte ambiental, para o caso de considerar dois poluentes, implica que um índice IQAp > 2 indica um impacte ambiental negativo permitindo a identificação do índice de cada poluente em particular, pois é óbvio que o poluente ou poluentes que tenha ou tenham um índice> 1 precisa ou precisam corrigir com aplicação de alguma medida correctiva. Tabela 3.44 – Matriz base para identificação do nível de impacte ambiental subterrâneo devido à presença da poeira baseado no índice de qualidade do ar IQAp Níveis de impacte ambiental devido a partículas de rocha e emissões de motor diesel (poeiras) Leve Moderado Alto 3<IQAg 2<IQAg ≤2.5 2.5<IQAg ≤3 3.3.6. Medidas correctivas para o impacte ambiental pela presença da poeira O homem, ao longo do tempo que explora o meio subterrâneo desenvolveu uma grande experiência na luta contra o efeito nocivo da poeira, embora não exista uniformização de padrões ou valores limite admissíveis. Os procedimentos de controle da poluição ambiental gerada pela poeira, são baseados fundamentalmente em: o Mínima produção de poeira nas operações; o Mínima produção da poeira com prevenção na fonte de poluição; o Diluição mediante sistema de ventilação; o Isolamento da zona poluída. Recentes estudos realizados por MSHA dos E.U.A. indicam que, para manter a concentração da poeira nos níveis de padrões estabelecidos, as técnicas mais efectivas são a aplicação de água e sistemas de ventilação. 3.3.6.1. Aplicação da água Na prevenção da formação de poeiras no ambiente subterrâneo, a aplicação da água é um procedimento muito importante. Uma técnica actualmente usada para minimizar a produção de poeira nas operações mineiras consiste na utilização directa da água em caudal e pressão adequados. Na operação de perfuração, quer com equipamentos pneumáticos quer com hidráulicos, usa-se água aplicada directamente no fundo do furo e num ambiente praticamente fechado, permitindo este procedimento converter a rocha triturada (denominada detritos) em lama e ser expulsa nesta forma para o exterior. 142 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações O caudal mínimo recomendado é de 2.2 l/s por furo a uma pressão de 480 a 830 kPa, medida que consegue uma eficiência de 82 a 95% para partículas menores de 7 µm. Na operação do desmonte de rochas, depois de cada disparo a concentração da poeira pode atingir de 1 até 1.5 g/m3, portanto a técnica de aplicação da água em quantidade e pressão adequados em área localizada de 10 a 15 m de distância ao local desmontado reduz a poeira respirável em ordem de 20 a 60% (Ondrey, R. S., et al., 2001). Na operação de remoção e transporte de rochas (minério) o procedimento utilizado é a aplicação dum jacto de água pulverizada (caudal e pressão adequados) ao material a remover no piso e hasteais das frentes de trabalho. É recomendável aplicar o jacto de água à pressão de 1035 kPa com uma direcção de 30º em relação ao sentido do escoamento de ar. Aplica-se um jacto de água a alta pressão, devido às gotículas de água pulverizada serem eficientes supressores da poeira, pois permitem um maior contacto com as partículas da poeira, contudo as de maior tamanho (de água) não permitem o maior contacto com a superfície das partículas sólidas de poeira (fig. 3.38). Existem vários métodos de utilização de água para reduzir a concentração das partículas em suspensão: o sistema de aplicação de água com mangueiras, pulverizadores de água com tambor interno ou externo, etc. Estes métodos baseiam-se na redução da saída de água e o aproveitamento da pressão gerada pela força da gravidade. Partícula de pó fora da gota da água Partícula de pó Ar Partícula de pó Partícula de pó Impacte da partícula de pó Partícula de pó Pequena partícula de água Grande partícula de água Figura 3.38 – Escoamento do ar à volta de grandes e pequenas gotas da água 3.3.6.2. Diluição mediante sistema de ventilação Na atenuação da poluição ambiental devida à emissão de partículas pelos equipamentos com motor diesel, antes de adoptar a técnica da diluição por ventilação, é recomendável usar os sistemas de controle mediante a instalação dos dispositivos adicionais seguintes: a oxidação catalítica DOC (Diesel Oxidation Catalysis); filtros para emissão de partículas de óleo diesel DPF (Diesel Particulate Filters); redução catalítica selectiva SCR (Selective Catalysis Redution); modificação do dimensionamento do motor em combinação com técnicas de controle da emissão; entre outros, que em termos de custos são baixos. Como mostra a Tabela 3.27, a efectividade de redução da emissão de partículas de motor diesel resulta:>25% para Oxidação Catalítica;>90% para filtros;>30% para redução catalítica selectiva, Lean-NOx Catalises, Lean-NOx w/HC-injecção e Lean-NOx Adsorção e de 80% para a redução catalítica com plasma. 143 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A máscara de protecção individual contra a poeira deve ser sempre usada em locais com concentrações de poeira suspensa maior que o valor máximo admissível. Esta máscara tem duas partes principais: a estrutura com ergonomia adequada para o nariz (material flexível) e o filtro. Para uma adequada e efectiva utilização dos protectores individuais, a MSHA recomenda seguir os padrões ANSI Z88.21969 da American National Sntandars Practice for Respiratory Protection. Estudos realizados pela MSHA dos E.U.A. (Ondrey, R.S., et al., 2001) mostraram que para manter a concentração de poeira abaixo de 2 mg/m3 precisa-se, aproximadamente de um caudal de ar de 0.14 a 0.57 m3/min por cada tonelada de material explorado por turno. Para determinar o caudal de ar que dilua a concentração de poeira suspensa até níveis permissíveis Qp (m3/s) existem varias equações e entre elas é a equação (3.54), onde Qt é a relação do caudal de ar por tonelada de produção (m3/minuto.t-1) que segundo Ondrey, R. S. este valor varia de 0.14 a 0.57 m3/min, VLAp o valor limite admissível da concentração da poeira, P a produção (t) e Cp a actual concentração de poeira (mg/m3). Qp = Qt .VLA p .P (3.54) 60C p Walli, R. A. (1982) propõe a equação (3.55) para calcular Qp (m3/s), em função da geração da poeira Ep (mg/min), a concentração admissível da poeira VLAp (mg/m3) e concentração de poeira no ar que entra Cep (mg/m3). Qp = Ep (3.55) 60(VLA p − C ep ) Quando há presença de dois tipos de poeiras (poeira metálica e poeira de motor diesel), o caudal de ar Qp (m3/s) pode ser calculado mediante a equação (3.56), onde Qap é o caudal de ar poluído com poeira (m3/s) e IQAp é o índice de qualidade do ar relacionado às partículas suspensas (poeira). Q p = Qap IQAp (3.56) O índice de qualidade do ar IQA para partículas emitidas pelo motor diesel deve ser determinado, dependendo das condições em que se encontre o gás: a) Quando a avaliação é baseada no gás (emitido pelo motor) antes da suspensão no ar, os valores do IQA devem ser relacionados à emissão do motor; b) Quando a avaliação é baseada em partículas suspensas (emitidas pelo motor) no ar, os valores do IQA são os das amostras analisadas deste meio. Quando é usada água para a mitigação da poeira, o caudal de ar fresco requerido Qpa (m3/s) é calculado com a equação (3.57) em função do factor de redução f (0.40 a 0.80). Qpa = fQ p (3.57) 144 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Haney, R.A., et al. (2000), referem alguns padrões de caudal de ar para minas metálicas e não metálicas, que são de 0.05 a 0.13 m3/s/kW, que permitem obter uma concentrações de pó na ordem de 0.5 a 1 mg/m3. 3.3.6.3. Outras técnicas a) Humidificadores: pode ser de sabão e/ou nafta com concentração de 0.05% ou uma mistura de sais de sódio com concentração de 0.15 a 0.2%. Na perfuração da rocha a acção da água de limpesa actua sobre partículas de maior diâmetro, mas as partículas mais finas, devido à acção da forte tensão superficial da água, produzem uma humidade insuficiente, passando pó fino ao ambiente e constituindo poeira respirável. Para eliminar este inconveniente adiciona-se à água de limpesa os denominados humidificadores, que aumentam a capacidade de recolha de pó pela água, uma vez que reduz a tensão superficial da gota (Ondrey, R.S. et al., 2001). b) Colheita gravimétrica da poeira: técnica utilizada quando não se usa água na perfuração, possuindo, os equipamentos um colector de poeira, que consiste num receptor, mangueira para condução, aspirador e filtro de poeira. A colheita consiste na aspiração, centrifugação e deposição. c) Isolamento: é aplicável em pontos de transferência do material (estéril ou minério). A técnica consiste em isolar a zona dos pontos de transferência com lâminas metálicas e aspirar a poeira. d) Injecção da água sobre o maciço: utilizado em minas de carvão que consiste em injectar água sob pressão aos pontos de arranque ou corte do maciço. 3.3.7. Monitorização e controle de poeiras É evidente que a aplicação de uma medida correctiva para mitigar ou atenuar o impacte ambiental devido à concentração de poeiras, precisa dum acompanhamento durante a operação, o que garante a sua adequada aplicação e, dessa forma, obter a efectividade desejada, de modo que o ar do meio subterrâneo se conserve com boa qualidade. O acompanhamento consistirá na monitorização e controle adequados e oportunos, para comparar a qualidade do ar ambiente com a qualidade estabelecida pelas normativas e padrões, e no caso de que serem detectadas algumas deficiências, realizar reajustes. A EAS relacionada com poeiras na atmosfera subterrânea está sistematizada, considerando um processo que se inicia com a identificação das fontes de emissão, caracterização do ambiente e do gás, identificação do nível de impacte ambiental, procura de medidas de prevenção ou correcção do impacte identificado, implementação ou aplicação da alternativa mais técnica e economicamente viável, acompanhamento com sistema de monitorização e controle para comprovar a eficácia e efectividade da medida. A fig. 3.39 ilustra o processo descrito. 145 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações . Fontes de emissão de poeiras . Características geométricas . Características físicas . Níveis permissíveis de poeiras . Níveis permissíveis de emissões de óleo diesel Base de dados Previsão do nível do impacte ambiental . Alternativas de controle preventivo e com água . Uso de catalisadores e filtros para motores diesel, mascaras, etc. . Necessidade ou não de diluição com ventilação Pó de rocha Pó de emissão de óleo diesel Plano de monitorização e controle Medições Aplicação de medidas correctivas Identificação do impacto ambiental Procura de medidas correctivas Plano de contingência e/ou medidas correctivas imediatas Sim Não Impacte alto? . Identificar locais com nível de impacte moderado e leve . Identificar fontes de impacte Figura 3.39 – Sistema de gestão de poeiras no ar do ambiente subterrâneo Na monitorização e controle de poeiras é muito importante realizar medições sistemáticas utilizando técnicas que exigem uso de metodologias, equipamentos ou aparelhagem adequados (Tabela 3.45) como os que se usam para as análises qualitativas e quantitativas correspondentes. O instrumental a utilizar depende do tipo de medição a realizar, quer selectiv,a quer não selectiva. Os aparelhos a utilizar deverão estar devidamente calibrados consoante aos padrões existentes, de modo que os resultados expressem as condições reais do ambiente. Tabela 3.45 – Medição de poeiras e partículas no ambiente subterrâneo (Walli, R.A., 1982) Medição não selectiva Medição selectiva do pó respirável Amostragem não Amostragem não Amostragem Amostragem selectiva selectiva selectiva selectiva Avaliação não selectiva Avaliação não selectiva Avaliação selectiva Avaliação selectiva Elutriador com filto Filtro aberto Impinger Precipitador térmico Filtro de alto volume Conímetro Difracção de raios Ciclone com filtro X Precipitador Precipitador térmico Difracção electrostático “Tyndaloscope” Bomba com filtro Preicpitador térmico Sedimentação selectivo 146 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 3.4. Velocidade e Caudal de Ar 3.4.1. Efeitos da velocidade e caudal do ar no ambiente subterrâneo A velocidade e caudal do ar no ambiente subterrâneo são parâmetros ambientais que, de maneira significativa, influenciam as condições da qualidade ambiental do ar respirável. A importância ambiental da velocidade e caudal do ar deve-se ao facto de influenciarem as condições térmicas e a concentração de gases e poeiras. O esquema da fig. 3.40 ilustra esta característica, com os parâmetros de primeira ordem determinantes nos efeitos negativos gerados através dos de segunda ordem (temperatura, gases e poeiras). Primeira ordem Efeito ambiental Segunda ordem ‚ ‚ Temperatura (alta) ‚ ‚ ‚ ‚ ⋅ Velocidade e Caudal do ar (baixa) ⋅ Concentração de gases (alta) ⋅ ⋅ Concentração de partículas sólidas (alta) ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Perda de interesse no trabalho ou actividade e frequentes descansos ou folgas. Desejo de concluir o trabalho ou actividade rapidamente. Irritabilidade. Redução do grau de concentração. Falta de sentido e de atenção. Morte Irritação da garganta, e olhos, tosse intensa, dor cabeça. Enjôo vómitos, vertigem, aumento da palpitação do coração, aumento da respiração, perda da respiração Desmaio, estado de coma Morte Irritação do sistema respiratório e os olhos. Silicose, silicose, siderose, asbestose Cancro dos pulmões Morte Figura 3.40 – Velocidade e caudal do ar como factor ambiental de primeira ordem na poluição do ambiente subterrâneo O esquema mostra que a velocidade e o caudal de ar são factores ambientais de primeira ordem, pois o fluxo de ar com baixos valores de velocidade e caudal ocasiona consequentemente uma alta temperatura, uma alta concentração de gases e uma alta concentração de partículas sólidas (poeiras) e vice-versa, produzindo efeitos ambientais negativos e levando inclusivamente à morte. Este facto é uma razão fundamental para prestar a devida atenção à análise e definição destes dois parâmetros dinâmicos do ambiente subterrâneo. 3.4.2. Fontes da velocidade e caudal A velocidade e caudal do ar no ambiente subterrâneo são parâmetros que estão directamente relacionados entre si, dependendo do tamanho da escavação subterrânea, expressa pela secção da abertura. 147 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Resistência (R) - Fonte . Coeficiente de fricção . Perímetro da secção . Comprimento da escavação . Comprimento equivalente da escavação . Secção . Circuitos em paralelo ou em série (Q) . Desnel entre pontos de entrada e saída do ar. . Massa volúmica ou temperatura do ar no ponto de entrada e saída. . Curva característica do ventilador. V E L O C I D A D E (V) Carga (Hp) - Fonte C A U D A L Necessidade do caudal Q segundo a temperatura, a quantidade de homens, diluição de gases e poeiras suspensas As fontes da velocidade e caudal do ar nas aberturas subterrâneas estão relacionadas principalmente com a carga e a resistência da superfície de escavação ou abertura, estas últimas por sua vez estão influenciadas por outros parâmetros (fig. 3.41). Figura 3.41 – Fontes da velocidade e caudal do ar no ambiente subterrâneo A carga depende do seguinte conjunto de variáveis: o desnível entre pontos de entrada e saída do ar; a massa volúmica ou temperatura do ar no ponto de entrada e saída; a curva característica do ventilador e a curva característica da mina ou ambiente subterrâneo. A resistência da abertura subterrânea é função das seguintes variáveis: o coeficiente de fricção; o perímetro; a secção e o comprimento da abertura; a sinuosidade, as bifurcações e as bruscas variações da secção; e tipo de circuito de ar (paralelo ou série). O esquema ilustra que o caudal total ou caudal nos locais de trabalho é função da quantidade máxima de homens presentes, da necessidade de diluição dos gases e partículas suspensas e ainda da temperatura transmitida à atmosfera subterrânea. Porém, as fontes que determinam o maior ou menor caudal e respectiva velocidade do ar são a carga, que é função do tipo de ventilação (natural ou artificial) e a resistência, que é determinada pelos parâmetros físicos do ambiente. 3.4.3. Caracterização da situação da velocidade e caudal 3.4.3.1. Caudal mínimo requerido para o ambiente subterrâneo O caudal mínimo total, Qmt (m3/s), necessário para o ambiente subterrâneo é calculado mediante a equação (3.58). Esta expressão traduz a soma parcial dos caudais mínimos relativos à quantidade máxima de homens presentes Qh (m3/s); situação de conforto térmico Qt (m3/s); concentração de gases Qg (m3/s); e poeiras ou partículas sólidas Qp (m3/s). Qmt = Qh + Qt + Q g + Q p (3.58) No cálculo do caudal mínimo Qh (m3/s) para uma quantidade máxima de N homens recomenda-se a equação (3.59) que é dada em função da quantidade mínima de ar q (m3/s.homem) contemplada pelos padrões ou normas legais. 148 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Qh = qN (3.59) 3 O caudal de ar para o arrefecimento de altas temperaturas, Qt (m /s), é calculado para duas situações: aberturas subterrâneas com altas temperaturas (>1.05Tsm, onde Tsm é a temperatura seca máxima admissível pela norma ou padrões) influenciadas pela temperatura da rocha virgem e outros factores já estudados e ainda pela presença de águas termais. Nestes cálculos utilizam-se os modelos matemáticos desenvolvidos e expressos nas equações (3.24), (3.29) e (3.30). O caudal mínimo requerido para a diluição dos gases, Qg (m3/s), calcula-se utilizando qualquer uma das equações: (3.40); (3.41); (3.42); (3.43); (3.44); (3.45); e (3.46). No caso de existirem simultaneamente várias fontes de gases, o cálculo efectuase separadamente para cada fonte. Quanto ao caudal total mínimo requerido para a diluição dos gases determina-se através do somatório dos caudais mínimos parciais para todas as fontes. Tipicamente nas operações mineiras, o tempo de diluição destes gases acontece em diferentes momentos Por exemplo a produção de gases devidos aos rebentamentos dos explosivos sucedem num momento diferente da produção dos gases gerados pelos equipamentos com motor diesel (de remoção e/ou transporte). Neste caso, é necessário calcular separadamente para cada caso e considerar o maior caudal na situação mais desfavorável. Assim, o caudal mínimo de ar requerido para diluir a concentração de poeiras (partículas sólidas suspensas no ar) determina-se com qualquer uma das equações: (3.54); (3.55); (3.56); e (3.57). Geralmente o cálculo do caudal mínimo total de ar requerido num ambiente subterrâneo é obtido utilizando a equação (3.73) que considera os valores limites admissíveis relativos à quantidade máxima de homens e à potência total máxima dos equipamentos com motor diesel. 3.4.3.2. Caracterização dos parâmetros que influem na velocidade e caudal do ar A velocidade de ar V (m/s) no ambiente subterrâneo é resultado duma simples relação que está expressa na equação (3.60) em função do caudal de ar Q (m3/s) e a secção da escavação subterrânea (m2). Q (3.60) V = S O caudal de ar é um parâmetro aerodinâmico que depende da diferença de pressão ou da carga Hp (Pa) e da resistência oferecida pela superfície das escavações R (Ns2/m4), cuja relação é definida pela equação de Atkinson (3.61) (Mine Ventilation Services Inc., 1999) Hp Q =   R    0.5 (3.61) 149 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A resistência R é calculada com a equação (3.62) determinada por Atkinson, em função das características físicas da abertura subterrânea: o coeficiente de fricção f (Ns2m4 ou kg/m3); perímetro da secção P (m); comprimento da escavação L (m); comprimento equivalente Le (m); e secção S (m2). R= fP ( L + Le ) S3 (3.62) O coeficiente de fricção f é determinado utilizando os conhecidos valores experimentais indicados na Tabela 3.46 que são função do tipo de escavação, irregularidades na superfície da abertura , sinuosidade e obstrução. O perímetro da escavação P também varia em função da forma adoptada e do método de escavação usado, calculando-se mediante as simples equações: Circular: P = 3.1416d, onde P= perímetro (m), d = diâmetro (m). Rectangular: P= 2(B + A), onde B = base (m) e A = altura (m). Trapezoidal: P = B + b + (4h2 + B2 - 2bB + b2)0.5, onde B = base maior b = base menor (m) e h = altura (m). Com semicírculo no tecto: P = 5.1416r + 2a, (fig. 3.4.4.a) Com um arco no tecto: P = 0.6398S -0.0047S2 + 6.9887 , para S>12m2 P = 1.3886S - 0.0405S2 + 2.97178, para S <12m2 Nestas equações a representa à altura dos hasteais (m), r ao raio do semicírculo do tecto (m) e h1, h2, h3, h4, h5 às alturas (m). O detalhe de estas dimensões é ilustrado na fig. 3.42. Tabela 3.46 – Coeficientes de fricção segundo Bureau of Mines de E.U.A.(Hartman, H.L. et al., 1982; Ramani, R.V., 1992 e Mine Ventilation Services, Inc., 1999) 150 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações r h3 r r h4 h2 h5 h1 a B B a). Com semicírculo no tecto b). Com um arco no tecto Figura 3.42 – Secções típicas das aberturas subterrâneas O comprimento L (m) é obtido no projecto ou mediante medição directa e os valores experimentais do comprimento equivalente Le (m) são determinados utilizando a Tabela 3.47 que está definida pelas curvaturas, ângulos, cruzamentos, entradas e saídas de ar, contracções, expansões, obstruções, bifurcações e junções. Tabela 3.47 – Comprimento equivalente Le (m) (Hartman, et al., 1982; Ramani, R.V., 1992 e Mine Ventilation Services, Inc., 1999) Singularidade que origina a perda de carga por choque Curva aguda arredondada aguda com vértice recta arredondada recta com vértice obtusa arredondada obtusa com vértice Porta de ventilação Cruzamento desnivelado Entrada da mina (livre) Descarga da mina (livre) Le (m) 0.9144 45.7200 0.3048 21.3360 0.1524 4.5720 21.3360 19.8120 0.9144 19.8120 Singularidade que origina a perda de carga por choque Contracção gradual abrupta Expansão gradual abrupta Bifurcação (1 trecho direito) (trecho deflectido a 90°) Junção (1 trecho direito) (trecho deflectido a 90º) Veículo (2 0 % d a c a v i d a d e ) (4 0 % d a c a v i d a d e ) Le (m) 0.3048 3.0480 0.3048 6.0960 9.1440 60.9600 18.2880 9.1440 30.4800 152.4000 A secção S obtém-se do projecto e no caso da mina em operação mediante medição topográfica directa. Quando seja necessário, as equações indicadas a seguir são úteis na determinação da secção da escavação: Circular: S = 0.7854d, onde S: secção (m2) e d: diâmetro (m). Rectangular: S = B.A, onde B: base (m) e A: altura (m). Trapezoidal: S = A(B + b)/2, onde B: base maior (m), b = base menor (m). Arco no tecto: S = 0.13125B(h1 + 2 h2 + 2 h3 + 2 h4 + h5) (m2) (fig. 3.42.b) Semicircular no tecto: S = 2ar + 1.5708 r2 (m2) (fig. 3.42.a) No caso de locais denominados fundo de saco o fluxo de ar é aplicando mediante sistema forçado (ventilador) e utilizando manga de ventilação (fig. 3.43), como no caso de túneis, galerias, rampas, poços, chaminés, etc. e em alguns desmontes (Rom & Pillar, Bench & Fill, Drift & Fill, Sub Level Stoping, etc.). 151 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Manga de ventilação Ventilação 15m Figura 3.43 – Ventilação dum ambiente denominado fundo de saco Para calcular o caudal de ar Q (m3/s) nestes casos, desenvolveu-se a equação (3.63) utilizando os fundamentos da ventilação de minas e em função de λ que é o factor da perda de carga na manga (Tabela 3.48) e do diâmetro D da manga de ventilação (m).     H p   Q=   0.98λ fP  fPLe  + 3 + 3   L 5 S  S    D 0.5 (3.63) Tabela 3.48 – Valores do factor de perda de carga na manga (López Jimeno, C., 1997) Rígidas Flexíveis Tipo de manga Plástico Metálica Contracapa Bem Mau (polietileno) (lisa) de madeira suspensa suspensa 0.0180 0.0205 0.0220 0.0210 0.0260 λ Nesta situação a carga total Hp que intervêm na equação (3.63) é uma variável que depende da capacidade volumétrica do ventilador (caudal de ar) definida pela correspondente curva característica. Portanto, para um caudal mínimo admissível na frente de fundo de saco Qm (m3/s) e para uma perda de carga Hv (Pa) o ventilador tem uma capacidade de fornecer ar até um comprimento máximo de manga Lmax (m) cuja expressão matemática está indicada na equação (3.64). Lmax Hv fPL − 3e 2 S Qm = 0.98λ fP + 3 D5 S (3.64) Quando as condições do ambiente subterrâneo permitem uma ventilação natural, a carga Hp (Pa) é expressa mediante a equação de Atkinson (3.65), onde Hn = H(ρ1 - ρ2) = P1 – P2 ; H = z2 - z1 , na que H é a diferença entre a cota do ponto de entrada (z2) e de saída (z1) de ar (m); ρ1 e ρ2 representam à massa volúmica média de ar no ponto de entrada e saída (kg/m3), P1 e P2 (Pa) são as pressões no ponto de entrada e saída do ar, R é a resistência (Ns2/m4) e Q é o caudal do fluxo de ar (m3/s) . H n = RQ 2 (3.65) No sistema de ventilação forçada, o caudal de ar q (m3/s) determina-se a partir das curvas características do ambiente subterrâneo e do ventilador (fig. 3.44), através do seue assim define o caudal procurada para uma perda de pressão h (Pa). 152 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Curva característica do ambiente H (Pa) h Curva característica do ventilador q Q (m3/s) Figura 3.44 – Caudal de ar dum ventilador para as condições do ambiente subterrâneo 3.4.3.3. Caracterização aerodinâmica dos circuitos de ar no ambiente subterrâneo Para caracterizar os circuitos de ar no ambiente subterrâneo aplicam-se as leis de Kirchhoff desenvolvidas para circuitos em série e paralelos. Em circuitos de ar em série verificam-se as equações a seguir: Q = Q1 = Q2 = Q3 = ......= Qn (3.66) 2 2 2 H = h1 + h2 + h3 + ....... + hn = R1Q1 + R2Q2 + R3Q3 + ... + RnQn2(3.67) Req = R1 + R2 + R3 + .... Rn (3.68) De igual modo, em circuitos de ar em paralelo, verificam-se as equações seguintes: Q = Q1 + Q2 + Q3 + ......+ Qn (3.69) H = h1 = h2 = h3 = ....... = hn (3.70) 0.5 0.5 0.5 0.5 2 Req = {1/[(1/ R1 + 1/ R2 + 1/ R3 + ...... +1/ Rn ]} (3.71) 2 2 2 2 2 ReqQ = R1Q1 = R2Q2 = R3Q3 = ....... = RnQn (3.72) Nas equações (3.66) a (3.72) Q, H e Req representam o caudal, a carga e a resistência total ou equivalente, respectivamente; Q1,Q2, Q3, Qn , h1 , h2 , h3, hn , R1, R2, R3, Rn representam os caudais, depressões e resistências nos ramos dos circuitos de ar. 3.4.4. Normas e padrões de qualidade ambiental dinâmico e volumétrico Um homem em repouso precisa de aproximadamente 7 litros por minuto de ar com 19 a 20% de oxigénio, no caso de estar em actividade (trabalho) e pode aumentar até 25 litros por minuto, podendo atingir mesmo 40 litros por minuto quando o esforço é considerável (Tabela 3.49). 153 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 3.49 – Requisitos de ar nas actividades do homem (Hartman, H. L. et al., 1982) Nível de actividade Ritmo de respiração (respiração/min.) Repouso Moderado Alto 12 – 18 30 40 Ar inalado 103 10-4 (m3/s) (mm3/respiração) 377 – 705 0.82 – 2.18 1476-1968 7.64-9.83 2460 16.40 Consumo O2 Relação de 10-5 m3/s respiração 0.47 3.30 4.70 0.75 0.90 1.00 Em Portugal o Decreto-Lei n.º 162/90 de 22 de Maio no Capitulo X (Ventilação) no seu Artigo 76.º indica que o caudal de ar introduzido na mina deve ser suficiente para que se possa dispor, pelo menos, de 50 l/s de ar fresco por cada homem presente no turno mais numeroso. Em sectores onde se utilize equipamento diesel o caudal de entrada de ar deve ser, pelo menos, o indicado no anterior, acrescido de 35 l/s/hp instalado. No Artigo 77.º indica que a velocidade do ar nos trabalhos subterrâneos onde circulem trabalhadores não deve ultrapassar 8 m/s nem ser inferior a 0.2 m/s (Tabelas 3.50 e 3.51). No Peru os padrões de qualidade dinâmica do ar são definidos pelo D.S. n.º 023/92/EM, que no Artigo 292 e 293 indica que quando as minas se encontram localizadas em cotas de 0 até 1500 metros acima do nível do mar, a quantidade mínima de ar nos locais de trabalho por cada homem será de 3 m3/minuto (0.05 m3/s). Em outras altitudes a quantidade do ar será concordante com a escala seguinte: o 1500 – 3000 m, aumentará em 40% e será igual a 4m3/minuto (0.067 m3/s); o 3000 – 4000 m, aumentará em 70% e será igual a 5 m3/minuto (0.083 m3/s); o acima dos 4000 m, aumentará em 100% e será igual a 6 m3/minuto (0.10 m3/s). A norma, além disso indica que no caso de usar-se equipamentos com motor diesel, a quantidade de ar circulante não será menor de 3 m3/minuto (0.05 m3/s) por cada hp de potência de motor. A norma peruana contempla que nas frentes de exploração, desenvolvimento e em todo local com presença de pessoal a velocidade não deverá ser menor que 20 m/minuto (0.33 m/s) nem superior a 250 m/minuto (4.17 m/s). No caso se usar explosivo ANFO ou outros agentes de desmonte, a velocidade do ar não será menor que 250 m/minuto (0.417 m/s)(Tabelas 3.50 e 3.51). Tabela 3.50 – Valores mínimos admissíveis de caudal de ar em Portugal e em Peru Portugal D.L. nº 162/90, Artigo no 76 Caudal mínimo Acréscimo por cada q por homem hp de motor diesel l/s (m3/s) l/s (m3/s) 50 (0.05) 35 (0.035) Peru D.S. nº 023/92/EM, Artigo nº 292 e 293 Acréscimo por cada hp de Caudal mínimo q em motor diesel função da altitude l/s (m3/s) l/s (m3/s) <1500m (50) (0.05) 1500-3000m (70) (0.07) ≥ 50 (≥0.05) 3000-4000m (80)(0.08) >4000m (100) (0.10) 154 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 3.51 – Velocidade de ar mínima admissível em Portugal e Peru Portugal Peru DL n.º 162/90, Artigo no 77 D.S. n.º 023/92/EM, Artigo n.º 294 Velocidade V Casos especiais Velocidade V (m/s) (m/s) Velocidade para temperaturas 0.20 <V <8.0 0.25 <V <4.17 Ts ≤ 35ºC Th ≤ 30ºC Para uso de equipamentos com motor diesel o caudal de ar recomendado varia de 6.9 m3/s a 7.9 m3/s por cada 100 KW, para uma altitude de 3000 metros acima do nível do mar (Calizaya, F. et al., 1999). 3.4.5. Matriz base para a identificação do impacte ambiental dinâmico e volumétrico Baseado nas normas de Portugal (Decreto-lei n.º 162/90), do Peru (D.S. n.º 023/92/EM) e nos padrões dos E.U.A. determinados por MSHA elaborou-se a matriz base para a identificação do impacte ambiental dinâmico (velocidade) e volumétrico (caudal) em três níveis: leve, moderado e alto (Tabela 3.52). Tabela 3.52 – Matriz base para a identificação do impacte ambiental dinâmico e volumétrico (baseado em normas de Portugal, Peru e E.U.A.) Níveis de impacte ambiental Tipo de impacte Leve ∇ Moderado ⊗ Alto ♦ Dinâmico (m/s) V 3 Volumétrico (m /s) Q 0.2 ou 0.25>V≥0.15 0.15>V≥0.10 4.17 ou 8<V≤9 9<V≤10 V <0.10 V> 10 q*>Q≥0.9q* 0.9q*> Q≥0.7q* Q <0.7q* * q : caudal de ar mínimo permitido pelo Decreto-lei n.º. 162/90 (Portugal) ou Decreto Supremo n.º 023/92/EM (Peru) O caudal mínimo q (m3/s) indicado na Tabela 3.52 é determinado mediante a equação (3.73) definida pelo valor limite admissível do caudal VLAh (m3/s.homem), pela quantidade de homens N (homens), pelo valor limite admissível para equipamentos com motor diesel VLAd (m3/s.hp) e pela potência do motor do equipamento a diesel Pm (hp). q = VLAh N + VLAd Pm (3.73) 3.4.6. Medidas correctivas para reduzir o impacte ambiental aerodinâmico Na hipótese de que o caudal total de ar fresco seja abastecido por ventilação natural é preciso fazer uma frequente monitorização ao longo do ano, pois devido às alterações da temperatura exterior, pode ocorrer mudança no sentido, velocidade e caudal do ar da atmosfera subterrânea, fenómeno que provocam problema ambiental dinâmico e volumétrico; nesta situação, ou quando a ventilação natural não fornece o caudal mínimo 155 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações requerido a todas as frentes de trabalho, a solução ou medida correctiva é a aplicação de sistemas de ventilação forçada (ventiladores), transformando-se em ventilação mista (fig. 3.45). Em condições de não ser possível uma ventilação natural é preciso utilizar a técnica da ventilação forçada mediante ventiladores (centrífugos, axiais ou radiais). Combinação das curvas característica com ventilador em igual sentido Pressão estática H (Pa) Característica do Ventilador Combinação das curvas característica com ventilador em sentido contrário Ht - Hn Ponto de operação do sistema combinado em sentido contrário Ht Ponto de operação do sistema combinado em igual sentido + Hn Ponto de operação do ventilador Ponto de operação do ventilador Característica da mina H = RQ2 Ponto de operação natural Hn Característica da ventilação natural ± Hn 0 Qn Qn + Qv = Qtm 3 Caudal de ar Q (m /s) Figura 3.45 – Operação de ventilador associado com ventilação natural (baseado em Turcic, P.M., et al., 1982) A selecção do tamanho e do número de ventiladores é baseada na curva característica da mina ou ambiente subterrâneo e a curva característica do ventilador (fig. 3.46). A curva característica da mina ou ambiente subterrâneo é definida pela equação (3.61) e a do ventilador é própria do dimensionamento do equipamento, por conseguinte é proporcionada pelo fabricante. A capacidade volumétrica Qv e de carga Hv do ventilador são função das características do equipamento e do ar, que são determinados mediante as equações (3.74) e (3.75), respectivamente. Nestas equações n é a velocidade de rotação do ventilador, D é o diâmetro do ventilador e ρa é a massa volúmica do ar. Qv = nD 3 (3.74) Hv = n2 D2 ρa (3.75) 156 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Ventilador 2 H2 Ventilador 1 H1 Ventilador 2 Pressão estática H (Pa) Pressão estática H (Pa) Ht Ventilador 1 + Ventilador 2 Ventilador 1 + Ventilador 2 Ht Característica mina H = RQ2 Característica mina H = RQ2 0 Qtm Caudal de ar Q (m3/s) Ventilador 1 0 Q1 Q2 Caudal de ar Q (m3/s) a) Ventiladores em série Q1 + Q2 = Qtm b) Ventiladores em paralelo Figura 3.46 – Curva característica de ventiladores em série e paralelo em relação com a curva característica da mina (Turcic, P.M., et al., 1982) A potência de motor do ventilador Pv (KW) necessária para uma medida correctiva calcula-se com a equação (3.76), que está dada em função do caudal Q (m3/s), da carga Ht (Pa) e eficiência η do ventilador. Pv = HtQ 1000η (3.76) No processo de análise de alternativas na procura de medidas correctivas para atenuar o impacte ambiental dinâmico e volumétrico, em redes de ventilação complexas é recomendável usar programas de computador (VnetPC2000, Ventsim, Vuma, Mivena, etc.). 3.4.7. Monitorização e controle A monitorização e controle do caudal e velocidade do ar no ambiente subterrâneo estão relacionados com as medições a realizar nas redes de ar da atmosfera subterrânea, utilizando equipamentos devidamente calibrados e procedimentos (padrões) que garantam a fiabilidade dos dados a obter. A base para a monitorização da velocidade e caudal de ar é a caracterização da rede ou circuito de ar, formados por nós, ramos, junções e disjunções, e o sentido de escoamento. Os nós são representados com números e os ramos com setas cujo sentido indica a direcção do escoamento do ar. Na elaboração das redes de ar é importante distinguir as redes de ar fresco e ar poluído, localização de ventiladores, portas de ventilação, cortinas, orifícios equivalentes, etc. Os parâmetros geométricos a serem medidos nas aberturas subterrâneas são: a secção, o perímetro e o comprimento. As características físicas das escavações são relacionadas com o tipo de rocha hospedeira, o revestimento ou tipo de suporte, nível de 157 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações obstrução, grau de sinuosidade, curvatura, ângulo, contracção, expansão, ramificação, entrada, descarga e junção. Os trabalhos de monitorização devem-se planear e realizar em três etapas: 1ª Etapa: o trabalho é em gabinete e consiste na elaboração da rede de ar preliminar identificando nós (enumerados), trechos e sentido de escoamento do ar, baseado nos mapas topográficas existentes e informação do departamento de ventilação de minas. Nesta etapa é ainda recomendável elaborar um plano e programa de monitorização. 2ª Etapa: baseada na rede preliminar e no programa de monitorização, deve medir a velocidade de ar em todos os trechos identificados, usando um anemómetro devidamente calibrado, verificar o sentido do escoamento, medir os parâmetros geométricos e físicos das aberturas subterrâneas e registar devidamente os dados. 3ª Etapa: os registos das medições são consolidados para o seu processamento e interpretação dos resultados. A análise é relacionada com a identificação dos locais de impacte ambiental dinâmico e volumétrico, a procura de medidas correctivas para locais com risco ambiental com uso de programas de computador. A melhor alternativa técnico/económica será aplicada como medida correctiva no caso de ser uma acção inicial, ou como medida de reajuste, no caso de ser para uma medida já adoptada. Para a parte de medições dos parâmetros aerodinâmicos do ar, existe uma gama de aparelhagem (Tabela 3.53) desde o convencional até o mais sofisticado e informatizado. Tabela 3.53 – Instrumentos para medição da velocidade e parâmetros geométricos (Laboratório de Ambiente Subterrâneo do IST Lisboa) Instrumento Alcance da Sensibilidade Precisão Característica velocidade (m/s) (m/s) (%) precisam 70 – 90 Digitais, 0.03 – 0.05 Anemómetros Baixa 0.1 – 0.6 80 – 90 calibrarão e manutenção. 0.05 – 0.103 Media 0.6 – 10 Uso geral 0.30 – 0.51 Alta 10 – 50 Sondas 0.1 - ? Muito Boa Muito boa Possui sonda de Data Logger velocidade, temperatura. Pressão barométrica e humidade relativa. Possui software. Tubo de Pitot 3.5 – 50 0.05 – 0.103 90 – 98 Para mangas de ventilação. Distanciómetro, Muito boa Para medição de Fita métrica, etc. parâmetros geométricos. O sistema automático de aquisição de dados Data Logger é um equipamento munido de sondas para medições de velocidade do ar, temperatura, pressão atmosférica e humidade relativa, aplicável para medições em locais onde não há deslocamento de equipamentos, dado a que podem-se programar medições de longo tempo (24, 48 ou mais horas) com intervalos de segundos ou minutos. O aparelho possui memória que lhe 158 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações permite armazenar as medições previamente programadas, e uma vez concluída a monitorização e transmitir os dados a um computador usando o programa DL.exe. Ligando o equipamento a um computador, este aparelho permite observar em tempo real, a tendência da pressão barométrica, temperaturas e humidade relativa. . Fontes da velocidade e caudal do ar . Identificação da rede do ar . Características geométricas e físicas . Níveis permissíveis da velocidade e caudal do ar Base de dados Previsão do nível do impacto ambiental dinâmico e volumétrico Alternativas de medidas correctivas Características geométricas Características físicas AR Velocidade Medições . Plano de monitorização . Identificar circuito existente (gabinete) . Elaboração de modelos para registo de dados ∪ Identificação do impacte ambiental Aplicação de medidas correctivas Procura de medidas correctivas Plano de contingência e/ou medidas correctivas imediatas Sim Não Impacte ambiental alto? . Identificar locais com impacte moderado a leve . Definir a condição de referência Figura 3.47 – Sistema de gestão da velocidade e caudal do ar no ambiente subterrâneo A engenharia ambiental subterrânea orientada para a conservação duma adequada qualidade ambiental, consoante aos padrões e normas relacionados à velocidade e caudal, baseia-se nos conhecimentos da ventilação de minas, os que são aplicados na caracterização da situação aerodinâmica da atmosfera subterrânea, identificação de níveis de impacte ambiental aerodinâmico negativo e procura de alternativas técnica e economicamente viáveis no controle e conservação duma qualidade do ar aceitável. A fig. 3.47 ilustra o processo sistémico, ordenado e sequencial de todas estas acções que coadjuvam para uma boa gestão ambiental. 3.5. Iluminação e Radiação 3.5.1. Efeitos ambientais da iluminação e radiação Uma falta ou deficiência da iluminação no ambiente subterrâneo produz riscos de acidentes e detrimento no rendimento nas actividades laborais do homem, afectando seriamente a sua segurança. 159 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Estudos realizados numa mina de carvão na Rússia indicam que a introdução de lâmpadas fluorescentes, permitiu aumentar a produção em 3.5% e reduzir acidentes em 40%. De igual forma a introdução de lanternas com alimentação de energia mediante bateria mostraram a influência da iluminação na percentagem de acidentes seguintes: 20 lux como referência para 100%, 200 lux reduziu para 68% e 250 lux para 58% (Austin, B.A., 1982). A radiação no ambiente subterrâneo é associada com a mineração do urânio, na qual a radioactividade deste elemento afecta o organismo humano, mediante a desintegração (ionização) radioactiva. No processo do empobrecimento do elemento primário do urânio 238 (U238) até chumbo 206 (Pb206), o radon 222 (Rn222) descompõe-se em curto espaço de tempo no processo de geração de outros elementos, comportamento radioactivo que é nocivo à saúde, produzindo cancro no organismo humano exposto (geralmente os pulmões). 3.5.2. Fontes da iluminação e radiação As fontes da iluminação usadas no ambiente subterrâneo são accionadas por energia eléctrica e entre as mais usadas são: lâmpadas de filamento, lâmpadas fluorescentes, lâmpadas de vapor de sódio e lâmpadas de alta intensidade (Tabela 3.54), que usam energia de 120 a 240 V. A fonte de iluminação individual é a lâmpada eléctrica de capacete a bateria. Estes acumuladores são de tipo ácido com autonomia máxima de 9 a 14 horas com 4 volts de capacidade e de uso na parte frontal do protector ou capacete (fig. 3.48) Figura 3.48 – Lâmpadas individuais de capacete (http://www.msa.cl/fr_catalogo.html) Tabela 3.54 – Fontes de iluminação em aberturas subterrâneas (elaborado baseado em Vutukuri, V.S., et al., 1986; Trotter, D.A., 1977) Lâmpadas Potência Filamento tungs Fluorescente Vapor Hg Na alta pressão Na baixa pressão 0.1W - 20W 4W - 65W 50W - 100W - Luminosidade (cd/m2) 10000-10000000 50000-200000 100000-1000000 10000000 100000 160 Vida útil (h) 750 - 1000 500 - 30000 10000 - 24000 12000 -24000 10000-18000 Eficiência (lm/W) 10 - 15 35 - 85 35 - 60 110 - 130 - Custo (Base 1) 7 3 6 1 5 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Como exemplo citam-se as lanternas fabricadas por MAS (Mine Safety Appliances Company) que têm uma autonomia máxima de 14 horas (recomendável 9 horas), cabo de 1.45 m (2.27 Ω/100 m) e bateria de 4 volts (Tabela 3.55) Tabela 3.55 – Lanternas pessoais a bateria (http://www.msa.cl/fr_catalogo.html) Lâmpada Tipo de lanterna MKIII Ultralight MLZ Principal 700 mA 1000 mA 1160 mA Peso da bateria Auxiliar 450 mA 1000 mA 1160 mA 2.6 kg 1.5 kg 1.5 kg RaA 3.05 min Alfa 161 RaC´ 164 µs Alfa RaD 22.26 anos RaE 5.03 dias RaF 138.4 dias Pb206 Po210 Bi210 RaC 19.9 min. Beta e Gama Pb210 RaB 26.8 min Beta e Gama Po214 Bi214 Emite 3.82 dias Pb214 Filha Tempo (minutos) Po218 Elemento Rn222 As fontes da radiação em minas de urânio estão relacionadas com a sua propriedade de radioactividade ou instabilidade da estrutura atómica. O elemento primário urânio 238 (U238) muda de número e massa atómica até alcançar a sua estabilidade em chumbo 206 (Pb206) (fig. 3.49). A fonte de radiação mais perigosa para a saúde do homem acontece no rápido processo da desintegração do gás radon Rn (Tabela 3.56) cuja massa volúmica é de 9.73 kg/m3 a 0 ºC e 100 kPa. As partículas alfa (carga positiva) provocam danos no sistema respiratório quando o ar é inalado, mas não penetram à superfície da pele. As partículas beta (carga negativa) penetram à superfície da pele e geram danos nas células e órgãos do corpo. A radiação gama (electromagnética) produz profunda penetração, mediante o processo de ionização. Tabela 3.56 – Ciclo de desintegração radioactiva do gás radon Rn ( baseado em Rose, H.J.M., 1982) Estável Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Figura 3.49 – Série de desintegração radioactiva do urânio 3.5.3. Caracterização ambiental da iluminação e radiação 3.5.3.1. Iluminação As formas de iluminação no ambiente subterrâneo são duas: iluminação fixa e móvel. A iluminação fixa realiza-se nas câmaras de equipamentos ou máquinas, em oficinas de manutenção e reparações, estações de bombagem, estações de guinchos de extracção, estações de transporte do pessoal, estações de carga e descarga de minério e estéril, pontos importantes de transferência de minério, locais principais de transporte, estação de ventiladores, estação de britagem primário, etc. A iluminação móvel é utilizada em frentes de trabalho, como no caso da escavação de poços, chaminés, rampas, galerias, desmontes, túneis, etc. No caso da iluminação móvel, precisa-se tomar a devida precaução sobre os possíveis danos que os disparos com explosivo podem provocar aos reflectores que trabalham com 110 ou 220 V,e geralmente são colocados à distância de 20 a 40 m. Os equipamentos de uso subterrâneo possuem lâmpadas alimentadas a 6, 12, 24 ou 36 V e até potência de 500 W. É recomendável que o pessoal que ingressa ao ambiente subterrâneo deve estar munido com uma lâmpada abastecida por bateria ácida (Tabela 3.57) de 4 V. Tabela 3.57 – Características de lâmpadas para iluminação pessoal (Austin, B.A., 1982) Fonte de luz (A) Tempo de autonomia (h) Tempo de carga (h) 0.67 13.0 11.0 0.70 13.0 11.0 0.80 12.3 11.7 1.00 12.5 12.5 162 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A velocidade da luz Vl (3x108 m/s) está relacionada com a frequência f (Hz) e comprimento da onda Co (m) que é expressa mediante a equação (3.77). V1 = fC o (3.77) 2 A iluminação E (lm/m ou lux) é determinada pela equação (3.78), baseada na intensidade luminosa da fonte I (candela ou cd) e distância entre a fonte luminosa e a superfície iluminada d (m).  I  E = 2  d  (3.78) A luminosidade L (cd/m2) determina-se pela equação (3.79) que é função da iluminação E é a reflectância ϕ adimensional (Tabela 3.58). L= Eϕ (3.79) π Tabela 3.58 – Valores da reflectância ϕ de alguns minerais e rochas (baseado em Trotter, D.A., 1977) Mineral/rocha Esfalerite Talco cinzento Magnesite Pirrotite oxidada Pirrotite fresca Calcopirite fresca Calcopirite oxidada Pirite ϕ 0.05 – 0.22 0.25 – 0.42 0.85 – 0.95 0.10 – 0.30 0.10 – 0.75 0.32 – 0.70 0.10 – 0.27 0.20 – 0.35 Mineral/rocha Gesso Carvão Xisto com clorite Xisto com biotite Calcário Argila xistosa Ardósia Quartzo cinzento ϕ 0.45 – 0.68 0.02 – 0.20 0.05 – 0.42 0.10 – 0.45 0.35 – 0.55 0.25 – 0.45 0.28 – 0.45 0.35 – 0.50 O esquema da fig. 3.50 mostra a forma como são emitidos os raios de luz na iluminação da abertura subterrânea. As expressões matemáticas apresentadas nas equações (3.80) a (3.85) servem para determinar os parâmetros da iluminação. I  E o =  o2  h  I E1 (max) =  o2  l1 (3.80)     (3.81) Eθ ( planar ) = E1 (max)Cosθ (3.82) h Cosθ I Eθ = o2 Cosθ l1 l1 = (3.83) (3.84) 163 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Eθ = E o Cos 3θ (3.85) Nestas expressões: Io é a intensidade da fonte (cd), l1 é a distância da fonte ao ponto 1 (m), E1 (máx) é a máxima iluminação no ponto 1 (lm/m2), Eθ (planar) é a iluminação no plano horizontal ao ponto 1 (lm/m2) e θ é o ângulo entre o lado vertical da secção da abertura e a linha da luz da fonte ao ponto 1 (º). • F h θ l1 0 1 Local de trabalho 2 3 4 Pontos considerados Figura 3.50 – Esquema de uma abertura subterrânea com uma fonte de iluminação F A luminosidade na abertura subterrânea (fig. 3.50), mediante procedimento similar ao anterior, calcula-se mediante a equação (3.86). Lθ = I o Cos 3θρ πh 2 (1 − ϕ ) (3.86) 3.5.3.2. Radiação O urânio é usado como energia para reactores nucleares e principalmente para a geração da energia eléctrica. Comparativamente, a energia gerada por um 1 kg de urânio equivale à gerada por 3000 t de carvão. No processo da sua exploração mediante métodos subterrâneos o homem expõe-se à radiação, sendo a desintegração do radon o principal poluente perigoso para o homem. A emanação de radon Em (pCi/s), ou seja em pico Curie por segundo, determinase mediante a equação (3.87) em função da superfície exposta Se (m2) que é calculada pela equação (3.88) baseada na fig. 3.50 e a taxa de emanação Re (pCi/m2s) que em muitos casos é próximo a 500 pCi/m2s. E m = S e Re (3.87) S e = b(3a + c ) (3.88) 164 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Em ambiente subterrâneo com presença de urânio, quando diminui a velocidade do ar aumenta o tempo de permanência acrescendo a concentração dos elementos radioactivos perigosos (Rn), portanto, é imprescindível manter o ambiente com caudal adequado de ar. O tempo de permanência Tp (s) é possível determinar com a equação (3.89) baseada no volume da área de trabalho V (m3) e a emanação do radon (Ern). O valor 1.85 é uma constante característica do radon e radon filhos.  86.4 x10 V   T p =  E rn   6 1 1.85 (3.89) O tempo de permanência Tp é o máximo tempo em que a concentração do gás radon (desintegração) não será excedida a 0.33 WL (Working Level) num trecho determinado da abertura subterrânea (fig. 3.51 esquerda do ponto A ao ponto B). Saída de ar .B Avanço .A Entra de ar Área de trabalho Não deve exceder 0.33WL B . Desmonte do mineral de urânio c A b . a Figura 3.51 – Sentido do escoamento de ar e face exposta do mineral de urânio WL indica o nível de exposição do homem à radiação e é definido como qualquer combinação que ocorre no curto tempo de vida dos produtos radioactivos (Rn) num volume de 1 litro de ar, onde a energia para a desintegração das partículas alfa até a condição estável é de 1.3 x 105 MeV (Mega electrão volts). O caudal mínimo de ar Qmín (m3/s) para manter o ambiente com concentração inferior a 0.33 WL calcula-se mediante a equação (3.90) expressa em função do volume de mineral de urânio desmontado Vd (m3) e o tempo de permanência Tp (s). Qmín = Vd Tp (3.90) O nível de exposição do homem ao ambiente com presença de elementos radioactivos (Rn) é avaliado mediante a exposição mensal WLM (Working Level Month) e anual WLMa (WLM/ano) e determina-se mediante a equação (3.91) ou (3.92) em que estão expressas em função do tempo de exposição do trabalhador: semanas por ano Sa (semanas/ano); horas por mês tm (h/mês); horas por semana ts (h/semana), WL médio 165 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações WLm (mínimo aceitável 0.33 WL) e do tempo máximo de exposição permissível por mês tpm (h/mês). WLM a = S a t sWLm t pm (3.91) WLM a = t mWLm t pm (3.92) Em circuitos de ar das frentes de trabalho subterrâneo depois da mistura de ar de diversos locais o WLf (Working Level final) é possível calcular mediante a equação (3.93). WL f = (Q1WL1 ) + (Q2WL2 ) + .....etc. Qf (3.93) Em que: Q1 é o caudal de no ramal 1, WL1 é o Working Level no ramal 1, Q2 é o caudal de ar no ramal 2, WL2 é o Working Level no ramal 2, Qf é caudal total depois da mistura. 3.5.4. Normas e padrões de iluminação e radiação 3.5.4.1. Normas e padrões de iluminação A iluminação típica medida em mais de 19 minas de África do Sul (Austin, B.A., 1982) indica os resultados seguintes: subestação eléctrica 82 lux; correia transportadora 64 lux; estação de bombagem 56 lux; estação de poços 48 lux; oficina de manutenção e reparações 44 lux; estação de guinchos 27 lux; transporte 8 lux; e desmontes 3 lux. O padrão de iluminação varia de um país a outro (Tabela 3.59) entre 15 a 70 lux para fundo de poço, entre 20 a 80 lux estação de máquinas, bombagem, etc., entre 2 a 20 lux em áreas de transporte, entre 4 e 40 lux para pontos de descarga, entre 70 e 270 lux para escritórios mina e entre 20 a 270 para áreas de reparações e manutenção. Em Portugal os Artigos 83.º e 84.º do Capitulo XI do Decreto-lei n.º 162/90 de 22 de Maio consideram que devem estar adequadamente iluminados, de preferência com energia eléctrica, os seguintes locais: vias de grande movimento, garagens e estações de carga de baterias ou de abastecimento de combustível, receitas de poços, locais de formação de composições, entroncamentos principais, refeitórios e instalações sanitárias e locais com instalações fixas. Em relação à iluminação individual a norma indica que o pessoal deve utilizar de preferência lâmpadas eléctricas de capacete e estar permanentemente munidos com este equipamento, com carga para período normal de trabalho. 166 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 3.59 – Padrões de iluminação mínima (iluminação) no ambiente subterrâneo expresso em lux (lm/m2) (Vutukuri, V.S. et al., 1986) Pais Fundo do poço Estação de máquinas bombas, etc. Austrália 20 20 Bélgica 20 25 10 Canadá 50 50 20 Checoslováquia 15 20 5 Áreas de transporte Pontos de descarga de material Escritórios em mina 20 100 20 270 Áreas de reparação e manutenção 270 20 Alemanha 30 80 15 4 Hungria 60 20 2 40 20 Polónia 50 50 2 15 50/100 UK 70 30 Superfície 100 100 100 30 60 50/150 100 400 400 Em Peru os Artigos 281.º a 285.º do Reglamento de Seguridad e Higiene Minera (D.S. Nº 023-92-EM do 13710/92, consideram que deve ser iluminado adequadamente os seguintes locais: estações de transporte vertical e horizontal, estação de bombagem, sala de guinchos de extracção, torvas, paióis, oficinas, cruzamentos principais de galerias e outras instalações de carácter permanente ou que sejam causa potencial de acidentes. A iluminação individual na norma peruana indica que é obrigatório dotar de iluminação adequada os trabalhadores, devendo estar em perfeito estado de funcionamento e protecção, mantendo em reserva uma quantidade não inferior ao 10% das lâmpadas em serviço. 3.5.4.2. Normas e padrões de radiação Na maioria dos países produtores do óxido de urânio a concentração máxima anual permissível é de 4 WLM e a máxima permissível por trimestre de 2 WLM. A WNA (World Nuclear Association) mediante a Occupational Safety in Uranium Mining considera um limite de exposição ocupacional de 20 mSv/ano calculado sobre cinco anos consecutivos. Os limites da exposição para membros do público das actividades de radiação relacionadas fixam-se em 1 mSv/ano, que é menos do que o fundo(ou “background”) médio da radiação no ambiente (www.worldnuclear.org/index.htm). Segundo o ICRP (International Committee on Radiological Protection) o padrão recomendado para o público é de 1mSv (100 milirems) de exposição máxima anual (www.anawa.org.au/health/standards.html). A MSHA de E.U.A. (www.msha.gov/ define que as pessoas não serão expostas ao ar que contem concentrações das filhas do radon que excedem 1.0 WL (Working Level, 1 WL = 200 pCi/l no ar, pCi/l = picocuries/litro) em funcionamento activo e de 10 WL (10 mrem/ano) de gás Rn. 167 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Na Austrália (www.antenna.nl/wise/uranium/ruxfw.html#std) o padrão aplicável da dose da radiação para trabalhadores é 20 mSv/ano (calculados a média sobre 5 anos), e o risco fatal do câncer é 0.04 por Sv, de acordo com [ICRP60] Austrália. A EPA do E.U.A. (www.epa.gov/radiation/yucca/regs.htm) considera que as emissões de radon-222 ao ar ambiental da mina subterrânea de urânio não excederão aquelas quantidades que fariam com que todo o membro do público recebesse em qualquer ano um equivalente da dose eficaz de 10 mrem/ano. Na prática a poeira é a fonte principal da exposição de radiação na mina de urânio. O valor típico de exposição é de aproximadamente 2 mSv/ano para um ou dois trabalhadores. Realmente, os níveis de radiação do minério e dos rejeitados são geralmente baixos pelo que seria difícil que um trabalhador tenha uma dose próxima da anual permissível. Numa mina subterrânea um sistema de boa ventilação pode diluir a radiação até uma média inferior a 1 mSv/ano. Os padrões estabelecidos no Canadá consideram um padrão de 3 mSv/ano para trabalhadores em minas de óxido de urânio. 3.5.5. Matiz base para a avaliação ambiental devido à iluminação e radiação Para a identificação do nível de impacte ambiental devido à iluminação e à radiação no ambiente subterrâneo propõe-se a utilização da matriz apresentada na Tabela 3.60, onde Is é a iluminação medida no ambiente subterrâneo (lux), Imp é a iluminação mínima admissível pela norma ou padrão (lux), Rs é a radiação identificada no ambiente de trabalho subterrâneo (WLW, WL ou mSv/ano) e Rmp corresponde à exposição máxima de radiação definida pelas normas ou padrões (WLW, WL ou mSv/ano). Tabela 3.60 – Matriz base para a identificação do nível de impacte ambiental devido à iluminação e radiação Nível de impacte Leve Moderado Alto Iluminação Imp>Is≥0.9Imp 0.9Imp>Is≥0.8Imp 0.8Imp>Is Radiação Rmp<Rs≤1.1Rmp 1.1Rmp<Rs≤1.2Rmp 1.2Rmp<Rs 3.5.6. Medidas correctivas 3.5.6.1. Para a iluminação No caso da iluminação fixa,a medida correctiva consiste em colocar as lâmpadas com a potência ou intensidade adequada (admissível) para cada local destinado a um fim específico (estação de bombas, desmonte, oficinas, gabinete, ponto de descarga de minério, etc.) e em distâncias ou trechos que permitam conservar a iluminação mínima admissível no local determinado. Para determinar a quantidade de lâmpadas Ql a instalar numa abertura subterrânea pode ser usada a equação (3.94) em função da luminância E (lux), secção a iluminar S (m2), factor de depreciação δ (1.2), coeficiente de utilização µ e fluxo luminoso da lâmpada ϕ (lúmen). 168 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Ql = ESδ (3.94) ϕµ 3.5.6.2. Para a radiação Como medida de precaução o pessoal exposto à radiação deve utilizar máscaras de protecção equipadas com filtro especial, que existe no mercado. Uma medida correctiva para a atenuação do impacte ambiental pela radiação é mediante a ventilação aplicando um caudal adequado de ar Q2 (m3/s) que pode ser calculado pela equação (3.95). Q2 = Q1 Rn1 Rn2 (3.95) em que: Q1 é o caudal de ar existente (m3/s), Rn1 é a concentração de radon existente e Rn2 é a concentração mínima de Radon que precisamos obter (padrão). De forma similar, para diluir os elementos produto da desintegração de radon (radon filho) mediante sistema de ventilação é necessário fornecer um caudal de ar Q2 (m3/s) que se pode calcular pela equação (3.96).  WL Q2 = Q1  1  WL2 1  1.85   (3.96) em que: WL1 é a condição de concentração existente de radiação (WL = Working Level) e WL2 é a concentração mínima que desejamos obter nesse ambiente (padrão). Como exemplo ilustra-se na fig. 3.52 um circuito de ar em paralelo e em série onde se pretende controlar a radiação no ramal 1 e 2. Aplicando a equação (3.96) o WL no ramal 1 atinge 10.62 e no ramal 2 o WL é de 0.05. O resultado da mistura de ar na junção de estes caudais de ar aplicando a equação (2.93) o WL resultante é de 1.11 que excede ao WL mínimo permissível que é de 0.33. Portanto, para obter a concentração máxima admissível é necessário recalcular o caudal de ar utilizando a equação (2.95) resultando finalmente 67.27 m3/s. 10 m3/s (0.33 WL) De 10 m3/s (0.15 WL) a 1 m3/s Ramal 3 Ramal 1 3 20 m /s 3 Desabamento de rocha Ramal 2 20 m /s 20 m3/s Ramal 4 10 m3/s (0.33 WL) De 10 m3/s(0.15 WL) a 19 m3/s Figura 3.52 – Esquema de controle de radiação mediante o caudal de ar 169 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 3.5.7. Monitorização e controle 3.5.7.1. Monitorização e controle da iluminação Para a medição da iluminação e da luminosidade nas aberturas subterrâneas precisa-se de sensores de luz (fotómetros). Estes fotómetros produzem uma curva de sensibilidade espectral similar ao olho do homem. Os sensores de luz baseiam-se no princípio de conversão da energia de luz em energia eléctrica, o qual permite medir a iluminação e a luminosidade de luz. Entre os fotómetros mais usados citam-se os de célula de selénio fotovoltaica (Evans Electroselenium Ltd of England), de fotodíodos de sílica com amplificação (Tectronix Inc. of E.U.A.). Na monitorização ou medição da iluminação usam-se as técnicas seguintes: Medição planar, que consiste na determinação duma malha (1m) e medir na intersecção das linhas da malha; Medição do valor máximo que consiste na medição pontual da luz. Os resultados das medições possibilitam definir os contornos denominados isolux, determinar o fluxo total da luz, dimensionar uma lâmpada adequada e calcular a eficiência do sistema. O processo de medição da luminosidade, consiste em orientar o instrumento em direcção da superfície previamente dividida em grelhas com intervalos de 0.6 m. A superfície coberta em cada medição não deve ser superior a 325 cm2 (MSHA E.U.A.). 3.5.7.2. Monitorização e controle da radiação A concentração de radiação na atmosfera subterrânea mede-se mediante uma amostra com determinado volume de ar, que passa através dum filtro de membrana ou fibra óptica, de modo que, contando a alfa actividade depois da amostragem, se determina o WL. Outro método é o Kusnetz, que consiste na passagem duma amostra de ar (100 a 200 litros) através de um filtro, accionando uma bomba e depois de 40 a 90 minutos realiza-se a contagem das partículas alfa. Este método tem um erro próximo a ± 25%. Os instrumentos digitais são os que oferecem maior precisão na monitorização da radiação, e são os denominados dosímetros, que no mercado existem em três tipos: 1. Dosímetro termoluminescence, que colecta os gases radon filhos num filtro de papel, registando-se a radioactividade de alfa partículas em material luminescente; 2. Dosímetro de filme, que mede a radiação directamente no ar da atmosfera subterrânea, cujo princípio é a reacção química provocada pela sensibilidade do filme à energia da radiação e não precisa de bomba; 3. Dosímetros electrónicos, que colectam os gases de radon filhos num filtro de papel através duma bomba e a desintegração das partículas alfa é registada electronicamente proporcionando uma leitura directa. 170 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A monitorização e controle permite comprovar a efectividade da medida correctiva e em caso necessário realizar medidas de reajuste correspondentes. A gestão da iluminação e radiação no ambiente subterrâneo consiste num processo sistemático e sequencial (fig. 3.53) das acções que permitam obter uma qualidade ambiental consoantes aos padrões existentes. As acções compreendem desde a caracterização das fontes de emissão da iluminação e radiação, das dimensões geométricas e condições físicas da abertura subterrânea; identificação dos locais com impacte ambiental negativo devido a iluminação e radiação (níveis de impacte); estudo das alternativas de prevenção e de medidas correctivas, aplicação das medidas de prevenção e correcção e finalmente realizar uma monitorização e controle detalhada e fiável para verificar a efectiva acção de atenuação ou mitigação da medida adoptada, de modo que reduzam-se os riscos ambientais produto de iluminação e radiação, consoante à qualidade ambiental admissível. . Fontes de emissão da iluminação e radiação . Características geométricas e físicas da abertura subterrânea . Níveis permissíveis da iluminação . Níveis permissíveis de radiação Base de dados Previsão do nível do impacte ambiental Iluminação/ lâmpadas U, . Alternativas de controle preventivo e de medidas correctivas . Uso de lâmpadas, lanternas e máscaras de protecção equipados com filtros especiais. . Diluição com ventilação Rn Plano de monitorização e controle Medições Aplicação de Medidas correctivas Identificação de impactes ambientais Procura de medidas correctivas Plano de contingência e/ou medidas correctivas imediatas Si Não Impacte alto? . Identificar locais com nível de impacte moderado e leve . Identificar fontes de impacte Figura 3.53 – Sistema de gestão da iluminação e radiação no ambiente subterrâneo 171 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 3.6. Explosão e Incêndio 3.6.1. Efeitos ambientais da explosão e incêndio A explosão é relacionada com a presença de gases e poeiras explosivos no ambiente subterrâneo que, em contacto com o oxigénio do ar e uma fonte de ignição, geram ondas de choque primárias, como resultado da explosão, sendo acompanhadas pelas ondas inversas (fig. 3.54) ocasionadas pela rápida diminuição da pressão no local. As ondas inversas possuem uma energia algo menor mas podem ter efeito significativo e às vezes até maior que as primárias. ⊗ ⊗ Gás Ponto de ignição Pó de carvão Explosão de gás ⊗ Pó de perfuração e de disparo (3) (2) (1) Propagação da chama (há pó de carvão) Explosão de pó de carvão Figura 3.54 – Processo de desenvolvimento da explosão (baseado Vutukuri, V.S., et al., 1986) Substâncias não combustíveis ou não inflamáveis em estado natural como o alumínio, o ferro, o enxofre e o carbono, podem-se converter em explosivos quando estão no estado de pó. Os incêndios estão relacionados a presença de materiais combustíveis (gases, líquidos ou sólidos) que pela acção duma fonte de calor ou ignição inflamam-se, gerando fogo a grandes temperaturas e emanando fumos e gases tóxicos (CO) (fig. 3.55). As explosões e incêndios nas aberturas ou minas subterrâneas, geram efeitos e consequências desastrosas nas operações e na saúde e na vida do homem, que se manifestam no aspecto dinâmico, térmico e intoxicação por gás de monóxido de carbono (Tabela 3.61). Fumaça e gases Altas temperaturas Ar Fogo Figura 3.55 – Fogo e emanação de fumos e gases pelo incêndio em ambiente subterrâneo As explosões e incêndios no ambiente subterrâneo estão relacionados fundamentalmente com a existência de gases e poeiras explosivas que, pela presença do oxigénio (ar) e a certas concentrações, tornam-se altamente explosivos e inflamáveis em certas concentrações. 172 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 3.61 – Efeitos e consequências das explosões e incêndios no ambiente subterrâneo Causas Dinâmico Térmico Intoxicação pelo CO Efeitos e consequências ambientais Destruição do suporte de madeira e portas de ventilação, torção de carril, dano dos equipamentos e queda de rochas. Inflamação do suporte de madeira, correias transportadoras, portas de ventilação. Alterações na ventilação. Queimaduras graves e mortais. Morte de pessoas que estão na proximidade da explosão e incêndio. Os efeitos e consequências fatais para a saúde do homem provocados por explosões e incêndios estão relacionados com queimaduras e intoxicação pelo CO (Tabela 2.62). Destes dois factores, na maioria das vezes a morte é provocada pela intoxicação (60 a 70% de vitimas). Ao longo da história, ocorreram muitas perdas de vidas humanas em consequência das explosões e incêndios. Pozdnyakov, G.A. e Romachenco, S.B., (2001), baseados em Professional Mine Rescue Unit of the Rusian Federation, referem que na Rússia de 1984 a 1998 e entre todos os acidentes registados, os provocados por explosões representam de 5% a 7% (Tabela 3.62). Por exemplo, em 1997 ocorreram 12 acidentes de explosão de pó de carvão matando 105 mineiros. Tabela 3.62 – Acidentes por explosão de pó de carvão na Rússia de 1994 a 1998 (Pozdnyakov, G.A; Romachenco, S.B., 2001) Ano Total de acidentes Acidentes por explosão de pó de carvão 1994 220 11 1995 219 11 1996 199 8 1997 174 12 1998 157 7 Nos E.U.A. os acidentes fatais em minas subterrâneas por causa de explosões e incêndios atingem 2.13% do total dos acidentes fatais registados entre 1994 e 2000 (Tabela 3.63). Tabela 3.63 – Acidentes fatais em minas subterrâneas e a céu aberto entre 1994 a 2000 (disponível em http://www.msha.gov/stats/review/2001/charts/chart2.pdf) Ano Subterrâneas Céu aberto Lavaria 1994 10 34 6 1995 8 41 4 1996 7 34 6 1997 10 42 9 1998 8 38 5 1999 13 35 7 2000 9 31 7 173 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Drysdle, 1985 e Banerjee, S.C., 2000, revelam que no Reino Unido e nos E.U.A. mais de 60% dos acidentes fatais provocados por incêndios, ocorrem pela inalação de fumos e gases tóxicos e 40% por contacto directo com a chama. A nível mundial, a zonas de frequentes acidentes fatais por explosões e incêndios acontecem na Índia (Basides, Ranigani e Singareni), nos E.U.A. (Kentucky, Pennsylvania and West Virgina, Colorado), na Europa e Rússia (Inglaterra, Alemanha, Nordeste de França, Polónia, Republica Checa, Ucrânia), em África (África do Sul, Zimbabwe, Botswana, Moçambique and Zâmbia), na Austrália (New South Wales e Queensland) e na China (Kashi, Urumqi, Lanzhou, Xian, Bejin, Harbin). Registos de algumas catástrofes históricas de mortes das pessoas devido à explosão de pó de carvão mostram perdas de centenas e milhares de vidas humanas estão descritos na Tabela 3.64. Tabela 3.64 – Catástrofes históricas por explosão de pó em minas Ano Lugar Pais ou região Quantidade 1906 Couriéres França 1100 1942 Honkeiko Machuria 1500 1946 Monopolgrimberg Alemanha 400 1962 Luisenthal Saar 299 1963 Miike Japão 458 1972 Wankie, Zimbabwe África do Sul 426 Os efeitos mortais no homem, pela acção das explosões e incêndios são causados geralmente pela emissão de gases explosivos e principalmente o metano (CH4), pela concentração de pó de carvão (C) ou de pirite, estando o nível de toxicidade sempre relacionado com a geração do monóxido de carbono (CO). Adicionalmente a tais efeitos, as explosões e os incêndios geram os gases CO2/CO/CH4, SO2, NOx e partículas suspensas que afectam a qualidade do ar da atmosfera subetrrânea e como consequência a vida dos homens expostos. Além destes efeitos, podem gerar poluição de águas e subsidência de maciços rochosos. O metano em mistura com o ar na proporção de 5% a 15% torna-se altamente explosivo (Mcpherson, M.J., 2001) em outras proporções tem uma dificuldade de ignição e simplesmente provoca uma situação de desconforto no ambiente subterrâneo. Os maiores problemas de explosões em minas subterrâneas de carvão estão relacionados com o pó de carvão, que com 20% a 30% de voláteis são altamente perigosos, podendo produzir efeitos dinâmicos e térmicos maiores que os de grisou (metano). 3.6.2. Fontes da explosão e incêndios Na atmosfera subterrânea, o pó e gases explosivos (metano, pó de carvão e pó metálico) constituem as principais fontes de explosão que, em contacto com o oxigénio e uma fonte de ignição provocam a explosão, podendo gerar consequentemente incêndios. 174 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Notícias de incêndios em minas subterrâneas indicam que as principais causas de ignição são relacionadas com o uso de equipamentos eléctricos, à utilização de equipamentos de corte e soldadura com oxigénio e acetileno, aos explosivos, à fricção, à acumulação de lixo, ao gás metano e às correias transportadorsa (Tabela 3.65). Tabela 3.65 – Fontes e causas da explosão o incêndio Fontes que provocam a explosão Causas e incêndios Trabalho de equipamentos Produção de faísca por fricção e impacte com rochas como quartzo, pirite, calcário, etc. Desmonte com explosivo Defeito do explosor e mà pratica do uso de explosivos e acessórios Electricidade Curto-circuito, defeitos do equipamento e ligações de fios eléctricos Registos estatísticos dos E.U.A. (http://www.msha.gov/) entre os anos 1989 e 1998 (fig. 3.56) mostram que a maior fonte de ignição que ocasionaram explosões e incêndios nas minas subterrâneas de carvão é a electricidade. Observa-se também, que 78% de incêndios tiveram como fonte factores externos e só 12% foi de combustão expontânea. Na Rússia aproximadamente 55 a 60% dos incêndios nas minas de carvão são originados pelo auto inflamação e entre 40 a 45% devido a causas exteriores. Eléctrica 39% (8% Trolley, 13% bateria e 18% outros) Tela transportadora 16% Não conhecida 16% Combustão espontânea 12% Corte e soldadura 10% Mecânico 6% Ignição 1% Figura 3.56 – Fontes ou factores que provocaram os incêndios em minas subterrâneas de carvão E.U.A.(disponível em http://www.msha.gov/). 3.6.3. Caracterização de explosões e incêndios 3.6.3.1. Explosões Caracterização de poeiras explosivas: apenas o pó em forma isolada não explode sem presença um agente oxidante (oxigénio) e uma fonte de ignição. 175 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Uma condição principal para a explosão da poeira é de que as partículas sejam de pequeno tamanho (superfície) e permitam um fácil acesso duma suficiente quantidade de oxigénio para a combustão. A explosividade duma partícula é caracterizada pela pressão de explosão, pela sensibilidade à ignição e pelo coeficiente de explosividade. O nível de violência da explosão depende da máxima pressão gerada em pouquíssimo tempo (40 ms). A explosão das poeiras produz pressões próximo de 1 MPa à razão de 100 MPa/s. O coeficiente de explosividade (Kex), pode-se determinar com a taxa máxima do acréscimo da pressão (Pm) e a taxa de aumento da pressão média (Pmm) para um tempo de um segundo e com a equação (3.97), determinados em ensaios em laboratório (Holding, W., 1994).. K ex = (Pm Pmm ) 0.5 bar/s (3.97) Poeiras com Kex <70 são consideradas não explosivas, com valores de Kex entre 70 e 95 apresentam risco de explosividade e com Kex> 95 são explosivas, por conseguinte precisam monitorização constante. O pó de carvão explosivo tem um tamanho menor a 240 µm, que passa pela malha de 60 mesh. A mínima concentração de propagação do pó de carvão sem risco de explosão é de 50 g/m3 e a máxima violência da explosão acontece com concentrações de 150 a 350 g/m3. A velocidade de deflagração das ondas de choque atinge um valor de 1120 m/s a uma pressão de 1.36 MPa e a de detonação pode ser maior que 2000 m/s com pressões de 5 MPa. A concentração de pó incombustível presente no pó de carvão (S) determina-se em função da sua explosividade, que é expressa pelo índice de explosividade (Iex) e mediante a equação (3.98). Este índice é utilizado como guia para o cálculo de pó incombustível requerido. I ex = S 100 − S (3.98) Para o pó de carvão o coeficiente de explosividade é dado pela equação (3.99) em função da percentagem de material volátil (vm). K ex = 4.2vm + 3 (3.99) Caracterização de gases explosivos: Os gases explosivos presentes na atmosfera subterrânea de minas são principalmente o metano (CH4), hidrogénio (H) e monóxido de carbono (CO). Destes gases o que gera frequentes catástrofes humanas é o metano presente no gás grisu sendo a presença do grisu praticamente sinónimo de metano. 176 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Os gases são usualmente classificados em três categorias: ar, gases combustíveis (metano, hidrogénio, monóxido de carbono) e gases inertes (excesso de nitrogénio e excesso de bióxido de carbono). A proporção destas categorias de gases presentes na atmosfera subterrânea determina o seu nível de explosividade caracterizada pelo triângulo de Coward (fig. 3.57). No triângulo de Coward representado pela Figura 2.56, o ponto P tem 95% de ar e 5% de metano e constitui limite inferior de explosividade, no ponto Q existe 86% de ar e 14.5% de metano, sendo o limite superior de explosividade e no ponto R está presente 60% de ar e 6% de metano. Estes três pontos formam o triângulo PQR que representa gás explosivo resultante da mistura de ar com metano. A 100 20 A´ 50 25 0 P´ Q´ Q Triângulo por CH4 Triângulo por H2 Triângulo por CO 15 % Oxigénio % Ar 75 P R •Y 10 5 O 0 0 10 S 20 30 50 40 60 70 80 B´ 90 B 100 % Gás Combustível Figura 3.57 – Triângulo de Coward para metano, hidrogénio e monóxido de carbono Em condições normais o metano é inerte, a característica principal é a sua inflamabilidade e explosividade quando misturado com o ar. Por combustão e explosão transforma-se em água e dióxido de carbono. CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O A combustão do metano acontece em misturas com conteúdo de 5 a 6% de CH4 (limite inferior) a 14 a 16% (limite superior), e em termos gerais pode-se referir entre 5% a 15% (McPherson, M.J. 2001). Com concentrações menores que 5 a 6% o facto de retirar a fonte de inflamação paralisa a combustão, mas com concentrações maiores que 14 a 16% de CH4 a combustão continua. O metano em mistura com o oxigénio do ar ao entrar em combustão e explosão gera a reacção química seguinte: CH4 + 2(O2 + 4N2) = CO2 + 8N2 + 2H2O A explosão mais fraca ocorre com a mistura de 9.5% de metano, ou seja uma relação de 1:11 em volume (1 de CH2 e 11 de ar, 2O2 + 8N2). Com um conteúdo de CH4 superior a 9.5% o oxigénio não é suficiente para queimar tudo o CH4 e a reacção conduz à fromação de CO e H2. 177 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações CH4 + O2 = CO + H2 + H2O A temperatura de inflamação do metano comparado com outros gases inflamáveis é alta (700 ºC) e o limite de inflamação varia entre 5 e 14.5 % (Tabela 3.66). A presença de gases combustíveis na mistura de ar e metano pode aumentar a explosibidade. Tabela 3.66 – Temperatura e limite de inflamação de alguns gases comparados com o metano Gás Temperatura de inflamação Limite da inflamação (ºC) (%) Metano 700 5 – 14.5 Etano 548 3.2 – 15.0 Propano 514 2.4 – 7.4 Hidrogénio 585 4.1 – 74.0 Óxido de carbono 685 12.4 – 75.0 3.6.3.2. Incêndios Nos incêndios ocorre um complexo processo de oxidação de gases do material sólido, oxidação com emissão de calor e luz e finalmente combustão e geração da chama, que para o metano se pode representar mediante as equações a seguir: CH4 + 2O2 = 2H2O + CO2 2CH4 + 3O2 = 4H2O + 2CO 3CH4 + 5O2 = 6H2O + 2CO + CO2 O impacte ambiental da atmosfera subterrânea por causa do incêndio está relacionado com o aspecto dinâmico, térmico e de intoxicação provocado pelo gás CO (fig. 3.58) que já foi detalhado na Tabela 3.61. Os registos de incêndios em minas subterrâneas indicam que as causas principais são o uso de energia eléctrica, dos equipamentos de corte e soldadura (acetileno e oxigénio), dos explosivos, da fricção, da acumulação de lixo, do gás metano e da correia transportadora. Equipamentos eléctricos: os cabos deteriorados podem provocar a formação do curto-circuito e como consequência o incêndio, podendo produzir combustão de madeira e outros materiais e adicionalmente gerar gases venenosos como o CO2, como por exemplo, pela combustão da cobertura de PVC do cabo eléctrico. Também, a operação do sistema de transporte por locomotivas a bateria ou com trolley, pode gerar incêndio. 178 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Figura 3.58 – Gases e fumaça pela boca da mina e chaminé, e resultados dos danos provocados pelo incêndio em ambiente subterrâneo Equipamentos de corte e soldadura: o metal quente e escórias produzidas no processo da operação de corte causam incêndios. Este aspecto é ainda mais perigoso quando a operação de corte é feita com material inflamável (acetileno e oxigénio) ou em áreas próximas de explosivos, estações de óleo diesel (combustível) e tintas. Explosivos: o armazenamento de caixas de explosivo em ambientes onde se utiliza madeira para suporte constitui também fonte potencial para o incêndio. Certos acessórios de detonação, em contacto com a madeira podem provocar incêndio, como é o casodo cordão detonante, devido à sua temperatura de combustão ser suficientemente elevada. Fricção: o atrito provocada no maciço rochoso ou fragmentos de rocha, resultado da operação dos arrastilhos, da movimentação de cabos metálicos (aço), da operação de corte, da perfuração ou remoção de equipamentos, podem ocasionar as explosões e incêndios, no caso de existir gases explosivos e inflamáveis ou material combustível (madeira, etc.). O calor gerado pelo sistema de embraiagens ou travagens é suficiente para gerar a ignição do óleo e outros materiais (massa consistente). A fricção causada pelas telas transportadoras e seus sistemas de operação geram calor que pode ocasionar incêndios. Acumulação de lixo combustível: alguma acumulação de resíduos combustíveis é fonte potencial de incêndios, que pode correr de forma expontânea. Metano: a combustão ou explosão do metano é uma fonte potencial de incêndio principalmente em minas de carvão. Os incêndios causados pelo gás metano provocaram grandes catástrofes em muitas minas de carvão no mundo (Tabela 3.67). As estatísticas de 22 anos mostram que a maior incidência de incêndios está relacionada devida à combustão espontânea, seguida pelo uso de equipamentos eléctricos, gás inflamável e outras fontes, sendo portanto importante, a caracterização destes aspectos. O metano (CH4) é emanado durante a exploração de carvão, ficnado retido sob a pressão na camada de carvão e da rocha encaixante. Este metano prendido é liberado no 179 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações processo de exploração quando o jazigo de carvão é fracturado. O metano libertado desta forma escapa do ambiente subterrâneo da mina e eventualmente à atmosfera. A maior emissão global de metano (Tabela 3.68) ocorre aos países com grande produção de carvão como o caso de China, E.U.A. e Índia. Tabela 3.67 – Incidências de incêndios por 10 Mt de produção de carvão em minas subterrâneas, com valores médios cada 3 anos (com base em Holding, W., 1994) Incidentes por cada 10 Mt (Mega toneladas) Período Combustão Electricidade Gás Outros Total espontânea inflamável 1970 – 1972 0.74 0.25 0.19 0.13 1.32 1973 – 1975 1.04 0.17 0.12 0.23 1.56 1976 – 1978 0.62 0.38 0.09 0.14 1.23 1979 – 1981 0.59 0.39 0.27 0.04 1.29 1982 – 1984 0.26 0.67 0.22 0.10 1.25 1985 – 1987 0.20 0.61 0.58 0.41 1.60 1988 – 1990 0.39 0.48 0.38 0.33 1.58 1991 – 1992 0.20 0.86 0.40 0.46 1.92 Total 0.505 0.476 0.281 0.230 1.492 % 33.85 31.90 18.83 15.42 100 Tabela 3.68 – Estimação global da emissão de metano em minas de carvão (IPCC/OECD/IEA Programme on National Greenhouse Gas Inventories, E.U.A., 1996) Produção do carvão (Mt) Emissão de CH4 (t) Pais Subterrâneo Superficial Total Menor Maior China 1024 43 1066 9.5 16.6 E.U.A. 385 548 934 3.6 5.7 Rússia 393 309 701 4.8 6.0 Alemanha 77 359 436 1.0 1.2 Índia 109 129 238 0.4 0.4 Polónia 154 58 212 0.6 1.5 Austrália 52 154 206 0.5 0.8 África do Sul 112 63 175 0.8 2.3 Checoslováquia 22 85 107 0.3 0.5 UK 75 14 89 0.6 0.9 Total 2042 1762 4164 22.1 35.9 A emissão de metano em minas subterrâneas Gg (m3/hora) pode ser calculada utilizando a equação (3.100) recomendada pela IPCC (International Panel on Climate Change, 1996), baseado no factor de emissão Ef (m3 CH4/t) (Tabela 3.69) e quantidade de produção da mina Pm (t/hora). CH4 = EfPm (3.100) 180 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 3.69 – IPCC factor de emissão Ef (m3 CH4/t) para minas subterrâneas de carvão Categoria Baixa Alta Exploração 10 25 Pós-exploração 0.9 4 Em minas de carvão dos E.U.A., Austrália, Alemanha, Polónia e Checoslováquia, para estimar a emissão de metano ECH4 (m3/t) usam-se a equação empírica (3.101) obtida com um coeficiente de correlação de r = 0.81 que considera a profundidade média d (m)(Creedy, D.P. et al., 1996). ECH4 = 0.023d + 4.1 (3.101) A metodologia para a previsão dos incêndios em minas subterrâneas pode ser baseada nos indicadores seguintes: Graham Index (GI), Willet´s Index (WI), Trickett Index (TI), Morris Index (MI) e Young´s Index (YI), calculados mediante as equações (3.102) ao (3.107). GI = 100CO % 0.265 N 2 − O2 (3.102) WI = 100CO2 % ( N 2 − 3.78O2 )(CH 4 + H 2 + CO ) + CO2 (3.103) TI = CO2 + 0.75CO − 0.25 H 2 % ou 0.265 N 2 − O2 (3.104) TI = CO2 + 0.75CO − 0.25 H 2 + 0.5C 2 H 4 + 0.25C 2 H 6 % 0.265 N 2 − O2 (3.105) N2 % CO + CO2 (3.106) CO2 % O2 deficiência (3.107) MI = YI = Os índices GI e TI são os mais usados cuyos valores típicos estão indicados na Tabela 3.73. A velocidade de combustão do carvão é possível de calcular mediante o índice CCR (Coal Combustion Rate) expressa nas equações (3.108) e (3.109) (Giardino, D.A.,1999). 181 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações  H  H   −    M total   %CO2 + 1.3%CO    C  s  C  r  FR CCR = 0.021    M c   100 − %CH 4    H  −  H         C  f  C r  (3.108) Onde:  H  1.073% N 2 − 4%O2 − 4%CO2 − 2%CO + 2% H 2 + 2%C2 H 2 + 4%C2 H 4 (3.109) C  = %CO2 − %CO + C2 H 2 + 2%C2 H 4  s Nesta expressão, CCR é o índice de combustão de carvão (lb/minuto), FR é o escoamento de ar na zona do incêndio (cfm), Mtotal/Mc é a relação da massa total do carvão com a massa do carbono no carvão obtido da análise final (1.13 – 1.28), (H/C)s é a relação equivalente do hidrogénio como carbono resultante [calculado usando a equação 2.109], (H/C)f é a relação equivalente do hidrogénio com o carbono do carvão (0.50 – 0.68), (H/C)r é a relação equivalente do hidrogénio e carbono dos produtos de carbono/alcatrão (um valor 0.3 é usado no calculo), %CO2 é a percentagem de bióxido de carbono, %CO é a percentagem de monóxido de carbono, %N2 é a percentagem de nitrogénio, O2 é a percentagem de oxigénio, H2 é a percentagem de hidrogénio, CH4 é a percentagem de metano, %C2H2 é a percentagem de acetileno, C2H4 é a percentagem de etileno. Estas proporções e percentagens são resultado da análise do gás. A aplicação destas equações para um incêndio na mina de Pittsburgh Coal Seam resultou em 277 lb/minuto, em quanto que uma mina de carvão de Illinois deu um resultado de 60 lb/min (Giardino, D.A, 1999). 3.6.4. Padrões e normas A explosividade duma poeira é expressa em termos de mínima temperatura ou energia requerida para criar a ignição (Tabela 3.70). Tabela 3.70 – Sensibilidade típica de ignição de poeiras (Holding, W., 1994) Poeira Nuvem Carvão, 12% voláteis Carvão, 25% voláteis Carvão, 43% voláteis Flúor Zircónio Camada Concentração mínima (g/m3) Energia mínima de ignição (mJ) Máxima pressão de explosão (kPa) Máxima razão de explosão (kPa/s) 240 210 180 360 220 120 50 50 45 120 50 50 5 422 626 740 510 2799 13600 25200 74800 Temperatura mínima de ignição (ºC) 670 605 575 380 20 182 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Comparativamente, o gás de metano precisa uma energia mínima de ignição de 0.3 mJ e a mínima concentração explosiva é de 36 g/m3, enquanto o hidrogénio precisa duma energia mínima de ignição de 0.03 mJ e concentração mínima de 3.6 g/m3 (Holding, W., 1994). O limite da infamabilidade do metano, monóxido de carbono e hidrogénio (Tabela 3.71) é definido pelo triângulo de Coward (fig. 3.57). Para outros gases que podem estar presentes misturados com o ar em minas subterrâneas, os limites inferiores e superior estão na Tabela 3.72 (Cook, A. P., et al., 2000). Outros índices que podem ser utilizados como padrão são os de Graham e Trickett (Tabela 3.73) e as relações CO/CH4 ou CO2/CH4 que são indicadores úteis. Valores maiores que 2% indicam a possibilidade de início de incêndio e entre 1 e 2% a ocorrência de uma combustão espontânea (Holding, W., 1994). Tabela 3.71 – Limites de inflamabilidade de gases e vapores em ar nas condições normais de temperatura e pressão (Triângulo de Coward and Bureau of Mines Diagram E.U.A., disponível em www.multimedia.vt.edu) Gás Limite de inflamabilidade Limite de mistura (% volume) gás/oxigénio Inferior Superior Gás Oxigénio Metano, CH4 5.0 14.0 5.9 12.2 Monóxido de carbono, CO 12.5 74.2 13.8 6.1 Hidrogénio, H2 4.0 74.2 4.3 5.1 Tabela 3.72 – Limites de explosividade de gases comuns em minas subterrâneas (Cook, A. P., et al., 2000) Gás Símbolo Limite inferior Limite superior Etano C2H6 3.0 12.4 Propano C2H8 2.1 9.5 Butano C4H10 1.8 8.4 Sulfureto de hidrogénio H2S 4.0 44.0 Tabela 3.73 – Valores típicos para os índices de Graham e Trickett (Holding, W., 1994) Graham Index (GI) ≤ 0.4 Normal 0.5 Anormal 0 Provável calor 1 Calor sério 2 Início de combustão Trickett Index (TI) Incêndio <0.4 Processos de não combustão 0.4 – 0.54 Combustível só CH4 0.55 – 0.8 CH4 e carvão 0.8 – 1.0 Combustível só carvão 1.0- 1.6 Madeira > 1.6 mistura impossível 183 Explosão 0.50 Combustível de CH4 Combustível de pó de carvão 0.5 - 0.87 CH4 e pó de carvão Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 3.6.5. Matiz base para identificação do impacte ambiental devido a explosões e incêndios Para identificar o nível de impacte ambiental devido à explosão e incêndio no ambiente subterrâneo e para o caso particular de minas de carvão, propõe-se a matriz apresentada na Tabela 3.74, elaborada com base nos padrões indicados nas Tabelas 3.65 a 3.68. Tabela 3.74 – Matriz para a identificação do impacte ambiental de explosões e incêndios em minas de carvão, P a concentração de pó de carvão (g/m3) e G a concentração de gases (%) Nível de Pó de carvão Gases impacte CO H2 25% voláteis 43% voláteis CH4 5<G≤6 12.5<G≤13.5 4<G≤5 Leve 120<P≤125 50<P≤55 14≥G> 13 74.2≥G> 73.2 74.2≥G> 73.2 6<G≤7 13.5<G≤14.5 5<G≤6 Moderado 125<P≤130 55<P≤60 13≥G> 12 73.2≥G> 72.2 73.2≥G> 72.2 7<G≤12 14.5<G≤72.2 6<G≤72.2 Alto P>130 P>60 12≥G> 7 72.2≥G> 14.5 72.2≥G> 6 Os valores de P e G deverão ser o resultado da amostragem e análise da concentração num ambiente subterrâneo determinado. 3.6.6. Medidas correctivas 3.6.6.1. Para explosões Entre as técnicas utilizadas para controlar as explosões em minas subterrâneas estão as barreiras de pó inerte e as barreiras passivas. A barreira de pó inerte é uma técnica muito utilizada para mitigar ou atenuar os problemas de explosão em minas de carvão. A técnica consiste em suspender no tecto das aberturas subterrâneas sacos de pó inerte (fig. 3.59), de maneira que com a acção da onda expansiva inicial de choque se consiga deteriorar os sacos de pó inerte ou então as chamas do incêndio provoquem a combustão destes sacos. Uma vez de que o saco de pó inerte fica deteriorado, o conteúdo espalha-se e passa a integrar a concentração do ar da atmosfera subterrânea juntamente com o pó de carvão, diluindo a concentração deste e dessa forma evitando a continuidade das explosões a outras áreas e a consequente incêndio. A distribuição das barreiras de pó inerte, pode ser dimensionada da forma definida por Du Plessis J.J.L. et al., 1997. A quantidade de sacos de pó inerte para cada barreira Qsb (sacos/barreira) calcula-se com a equação (3.110) com base na largura L (m) e a altura H (m) da abertura, distância de protecção Dp (100 m), massa volúmica do pó inerte ρpi (1000 kg/m3), peso de cada saco de pó inerte Ppi (6 kg/saco) e número de barreiras Nb. 184 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Qsb = LHD p ρ pi (3.110) Ppi N b Figura 3.59 – Barreira de pó inerte no tecto da abertura subterrânea, antes e depois da explosão (Mina de carvão Bulli Colliery, Illawarra Region, Australia, 2002) A distribuição dos sacos pode fazer-se com uma distância longitudinal e transversal de 2 m entre sacos pendurados (fig. 3.60). A pressão dinâmica Pd (kPa) a que trabalha a barreira é determinada com o sensor Kistler 9203 ou similar (Du Plessis, J.J.L., et al., 1997) e mediante a equação (3.111), em função da pressão total Pt (kPa) e pressão estática Pe (kPa). (3.111) Pd = Pt – Pe A temperatura de explosão na posição da barreira Te (ºK) pode estimar-se utilizando a Lei de Stefan-Boltzmann (Du Plessis, J.J.L., et al., 2000) expressa pela equação (3.112), em função do fluxo de calor Qe (W/cm2) e a constante ϕ (5.67x10-12 W/cm2K4). Qe =ϕ[ Te ]4 (3.112) Em alguns países também se utilizam barreiras de água, para explosões com velocidade dinâmica menor que 25 m/s. Figura 3.60 – Distribuição dos sacos de pó inerte no ambiente subterrâneo (Mina de carvão Bulli Colliery , Illawarra Region, Australia, 2002) 185 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações As barreiras de pó inerte ou de água têm a desvantagem de depender da onda de choque para dispersar o pó inerte ou a água, pelo que as barreiras provocadas incorporam uma fonte de energia interna. Um projecto típico de barreiras provocadas consiste num tanque de água conectado a uma dispositivo concentrado na boca da abertura subterrânea e em zonas de comprimento curto. Um diafragma do sistema impede o fluxo da água do tanque para a suas bocas, em circunstâncias normais de operação. Um frasco de bióxido de nitrogénio comprimido ou de carbono é introduzido dentro do tanque de água. Dentro do frasco de gás um calefactor faz que o gás se expanda e funcione o disco de rotura. Isto causa a pressurização muito rápida da água, a rotura do diafragma do sistema e entrega de água a alta pressão nas bocas. Perto de cem litros de água podem ser dispersos em menos de um segundo. Alguns projectos utilizam um combustível pulverizado no lugar da água provisto de um explosivo macio em vez do recipiente de gás. A activação de uma barreira provocada é iniciada por um sinal eléctrico de um dispositivo detector situado mais perto da área de funcionamento, onde uma explosão é mais provável de começar. Os sensores infravermelhos e ultravioletas da temperatura e da pressão são utilizados como dispositivos da detecção. Além da fonte de energia activa para dispersar o fogo, uma vantagem da barreira provocada é de que pode ser seleccionada uma distância adequada entre o sensor e a barreira. Isto assegura de que a barreira esteja activada no momento correcto quando a chama de aproxima. 3.6.6.2. Para incêndios As medidas preventivas para os incêndios, constituem uma boa prática para evitar desastres de grandes dimensões em minas subterrâneas, mas quando é detectado um nível de impacte ou risco de incêndio as medidas de mitigação ou combate de incêndios podem ser realizadas mediante as técnicas seguintes: a) Utilização de extintores químicos Espumas, são uma emulsão dum produto espumoso em água, recomendável de aplicar a uma distância de 8 m e a uma pressão de 5 kg/cm2. Basicamente apaga por sufocação, ao isolar o combustível do ambiente, exercendo também uma certa acção refrigerante devido à água que contêm. Dependendo do seu uso, existem três tipos de extintores de espumas: o Extintor portátil, utilizado para pequenos incêndios; o Extintores com grande quantidade de espumas, aplicáveis a incêndios maiores; o Espumas com partículas sólidas, utilizadas para a prevenir os incêndios. Geralmente as espumas são fabricadas com base na reacção química seguinte: 6NaHCO3 + Al2(SO4)3 = 3 Na2SO4 + 2Al(OH)3 + 6 CO2 186 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Poeira química seca, é constituída por sais químicos de diferente composição, capazes de combinar-se com os produtos descompostos do combustível, paralisando a reacção em cadeia. Podem ser de duas classes: normal ou polivalente. As poeiras químicas secas normais são sais de sódio ou potássio, perfeitamente secos, combinado com outros compostos para dar fluidez e estabilidade. São apropriados para fogos de combustíveis líquidos e de gases. As poeiras químicas secas polivalentes têm como base fosfatos de amónio, com aditivos similares aos anteriores. Alem de serem apropriados para fogos de líquidos e de gases, são também para sólidos, já que cobrem as chamas com una película que as sela, isolando-as do ar. Não são tóxicos nem conduzem electricidade a tensões normais, pelo que podem ser usados em fogos com presença de tensão eléctrica. b) Aplicação da água A água é o meio mais barato e mais efectivo na extinção de incêndios, pela sua acção refrigerante devido a seu alto calor latente (calor latente de vaporização de água = 539 cal/g) e de evaporação. O calor requerido para evaporar um quilograma de água a 20 ºC é de 619 Kcal. A água deve ser aplicada a uma distância entre 3 m e 30 m com pressão que não seja superior a 10 kg/cm2. É recomendável usar aditivos como NaHCO3, KHCO3, NaCl, Na2CO3, NH4Cl, Na2SiO3, Na2SO4, MgSO4, CaCl2, K2CO3, (NH4)2HPO4, etc. c) Emulsões com água São uma mistura de água com areia/cinza/lama/cimento e limo em proporção de 10:1, que actua como barreira incombustível ao ser aplicado no jazigo de carvão, utilizando furos ou fracturas existentes. d) Ventilação A ventilação estratégica cumpre um papel muito importante na protecção da vida do pessoal e controle dos incêndios em aberturas subterrâneas. As técnicas conhecidas são diversas como o sistema de entrada dupla de ar; a ventilação inversa e curto-circuito do incêndio. Um incêndio numa galeria principal da entrada é provavelmente a maior ameaça à vida, devido a que haverá um maior número de pessoas expostas ao fumo e ao fogo e, por conseguinte, um sistema com dupla entrada de ar, pode reduzir a perda de vidas. A ventilação inversa reduz a exposição de pessoas ao fogo e gases no momento do incêndio, apesar de ser um pouco complicada a sua implementação prática. Em algumas circunstâncias pode haver algum mérito no fecho de portas da passagem do ar (fogo) para reduzir a corrente do ar que alimenta o incêndio. A concentração dos gases do incêndio na galeria de retorno aumenta o curto-circuito, e que, dependendo da quantidade e do sentido de ar, poderia inverter-se o fluxo enfraquecido pelo curto-circuito. 187 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Ventilador de jacto Entrada e saída do ar Entrada e saída do ar Em minas mecanizadas de carvão explorados pelo método de câmaras e pilares é importante a utilização de ventiladores de Jacto com manga suspensa no tecto das câmaras, e para geração de ar turbulento e uso de regulador da recirculação de ar e sistemas de controle com ventiladores instalados no CM (continuous mining). Investigações realizadas sobre uso de ventiladores de jacto mostram que são eficazes. Estes ventiladores podem ser de dois tipos de escoamento do ar: o modelo em “U” e o modelo denominado figura 8 (Meyer, C. F., et al., 1999) (fig. 3.61). Ventilador de jacto ~8 m b) Modelo figura 8 a) Modelo figura “U” Figura 3.61 – Modelos de escoamento do ar usando ventiladores de Jacto (Meyer, C. F., et al., 1999) O sistema de controle mediante a recirculação do ar nas frentes de corte (desmonte) é baseado no caudal de ar e localização de ventiladores (fig. 3.62 esquerda), mas tem a desvantagem de seu alto custo. Para velocidade inferior de 0.40 m/s a poeira não aumenta com a velocidade do ar, mas quando a velocidade do ar excede a 4.0 m/s a poeira aumenta em proporção da velocidade. O sistema de controle mediante ventiladores instalados no CM é denominado também sistema de cabeça húmida (fig.3.62 direita) que é utilizado na operação de corte deste equipamento. Ventilador Ventilador Figura 3.62 – Sistema de controle da recirculação do ar e com ventiladores instalados no CM (Meyer, C. F. et al., 1999) Mediante o sistema de ventilador a jacto é possível controlar câmaras (que constituem passagens de ar) com largura de 6 m a 10 m, e usando adionalmente filtro (de 188 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações ar) até mais de 20 m. É recomendável usar um jacto de água instalado a 0.30 m com ângulo de 30º do local e entre 10º a 20º sobre o tambor de corte (Meyer, C. F., et al., 1999). Para a avaliação da eficácia do sistema utiliza-se o índice MSI (Methane Safety Index) que é determinado mediante a equação (3.113) com base no gradiente actual de metano (GAM) e ao gradiente teórica admissível deste gás (GTAM). MSI = GAM GTAM (3.113) O índice MSI é um indicador das condições de ventilação e níveis de risco ambiental nas frentes de corte (exploração) mediante equipamento mecanizado como CM, cujo domínio de valores estão na Tabela 3.75. Tabela 3.75 – Situação da ventilação e nível de explosividade na atmosfera da zona de corte por MC em função índice MSI (Meyer, C. F., et al., 1999) Índice MSI Situação ambiental A ventilação é boa na zona do avanço do MC MSI ≤ 0 A ventilação ainda conserva o metano dentro de limites admissíveis 0 <MSI ≤ 1 A ventilação não consegue diluir o metano a níveis permissíveis. O 1 <MSI ≤ 3.5 valor 3.5 indica o limite inferior de explosibidade do metano (5%). MSI> 3.5 A operação do corte do MC deve parar, porque a atmosfera é explosiva nesta zona específica. e). Fecho de aberturas A técnica de fecho de aberturas subterrâneas tem dois propósitos principais: evitar o ingresso de oxigénio à zona do incêndio e isolar a área para evitar a poluição de outras áreas com gases e fumos. Área fechada Área fechada A A B Retorno B Retorno Entrada Entrada b) a) Área fechada A Retorno B LEGENDA Ar fresco Ara poluído Fecho de aberturas Entrada c) Figura 3.63 – Balanço de pressão mediante fecho de aberturas subterrâneas para mitigar o incêndio 189 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Dois aspectos muito importantes são frequentemente usados no fecho de áreas de incêndio: 1. O escoamento do ar deve manter-se até o último momento possível, a fim de ter sob controle os gases inflamáveis. A flutuação do caudal e pressão nem sempre afecta a diluição mas pode causar acumulação de gases. 2. Todos os ambientes com presença de homens precisam fecho de forma simultânea. Se não for assim, o corte da ventilação pode provocar explosão nas áreas que ainda continuam o trabalho. Quando uma área é fechada escoa pouco ar pela diferença de pressões entre ambientes vizinhos, este corrente de ar pode retardar a extinção do fogo e no caso de uma combustão espontânea pode continuar o processo de oxidação de forma indefinida. Os passos para um balanço de pressão ilustram-se na fig. 3.63. No caso a) a diferença de pressão entre A e B é entrada–retorno. No caso b) a diferença de pressão é muito menor, mas a queda de pressão é aproximadamente ao longo do retorno de B a A. No caso c) a diferença de pressão é reduzida com o avanço de duas frentes e conexão das câmaras. 3.6.7. Monitorização e controle A monitorização e controle das explosões e incêndios realizam-se geralmente utilizando sensores ou detectores de CO, CO2, SO2, O2, temperatura ou mediante sensores múltiplos. Os equipamentos podem ser os mesmos indicados no item 3.2 (gases). Na actualidade existem aparelhos que podem permitir detectar (monitorizar) com precisão estes indicadores de explosões e incêndios. O gás CO é detectado mediante um sensor de célula electrónica. A temperatura é detectada mediante um sensor que tem uma resistência eléctrica e a massa volúmica dos fumos é detectado mediante um detector de sistema de ionização. Estudos realizados em E.U.A. por Bureau of Mines (Conti, R. S., et al., 1995) permitiram determinar a equação (3.114) para determinar o caudal de ar Qf (m3/s) que permita obter uma temperatura Tr próximo do tecto da abertura, a uma distância d da parte central da chama (m).  T − To  1.75W Q f = ρ o C o vo Ao  r d  9  H (3.114) em que, ρo é a massa volúmica do ar (1.2 x 103 g/m3), Co é a capacidade calorífica do ar (1.088 x 10-3 kJºC/g), Ao é secção da abertura (m2), vo é a velocidade do ar (m/s), To é a temperatura inicial do ambiente (ºC), H é a altura da abertura (m) e W a largura (m). Para estimar a geração do gás CO (ppm), Conti, R. S., et al., (1995) recomendam utilizar a equação (3.115) em função da constante de produção do monóxido de carbono KCO, o caudal de ar Qf, a velocidade do ar vo e secção da abertura subterrânea Ao. 190 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações ppmCO = K CO Q f (3.115) Vo Ao A constante de geração do monóxido de carbono para o caso de incêndios nas correias transportadoras KCO, está expresso pela equação (3.116) em função da velocidade do ar vo. K C O = 4.8e −0175vo (3.116) Quando detectado algum incêndio ou explosão na atmosfera subterrânea deve ser comunicado imediatamente ao responsável da administração dos trabalhos subterrâneos, para tomar as medidas de evacuação do pessoal e medidas de controle urgentes. No processo de evacuação de pessoal é importante considerar aspectos relacionados com os refúgios em áreas seguras e resgate. O objectivo de prever e atenuar os graves efeitos das explosões e incêndios no ambiente subterrâneo precisa duma gestão sistemática, sequencial e coordenada (fig. 3.64), desde a caracterização das fontes produtoras de explosões e incêndios, identificação do nível de impacte ambiental, procura de medidas de prevenção e correctivas viáveis técnica e economicamente, aplicação da medida correctiva, e acompanhamento com monitorização e controle para avaliar o nível de efectividade da medida correctiva e quando seja necessário reajusar. . Fontes de emissão de pó explosivo e inflamáveis . Características geométricas e físicas da abertura subterrânea . Níveis permissíveis de explosões . Níveis permissíveis de incêndios Base de dados Previsão do nível do impacte ambiental . Alternativas de controle preventivo . Uso de barreiras de pó inerte . Utilização de extintores químicos, aplicação de água, emulsões . Fecho de aberturas . Diluição com ventilação CO2 Evacuação e resgate O2 NH4 Explosão ou Incêndio SO2 T ºC Plano de monitorização e controle Medições Aplicação de medidas correctivas Identificação do impacte ambiental Aplicação de medidas correctivas Plano de contingência e/ou medidas correctivas imediatas Si Não Impacte alto? . Identificar locais com nível de impacte moderado e leve . Identificar fontes de impacte Figura 3.64 – Sistema de gestão de explosões e incêndios no ambiente subterrâneo 191 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 3.7. O Ruído na Atmosfera Subterrânea 3.7.1. Efeitos da exposição ao ruído ‘ A poluição sonora é uma contaminação ambiental ocasionada pela energia mecânica ou acústica, que tem reflexos em todo o organismo humano e não apenas no aparelho auditivo. Os efeitos provocados pelas ondas sonoras no organismo humano podem-se acompanhar obeservando a fig. 3.65, onde a acção das ondas sonoras ao atravessar o ouvido se distribuem pelos lóbulos cerebrais até chegarem ao sistema nervoso central e daí através da medula se distribuem pelos órgãos humanos. Os efeitos nocivos manifestam-se sob várias formas (fig. 3.65), dando origem a descargas hormonais e perda da audição quando a intensidade é elevada. Figura 3.65 – Acção das ondas sonoras nos lóbulos cerebrais e no sistema nervoso central A acção combinada da intensidade do ruído e o tempo de exposição determinam o nível de dano, de maneira que igual impacte pode ser provocado, quer por um nível de ruído muito intenso durante pouco tempo, quer por um nível baixo em tempo prolongado, o que é ilustrado na fig. 3.66. Se LAeq,8h assumir valores menores que 80 bB o risco é insignificante, pelo que também qu é insignificante para LAeq,3h igual a 86 dB e LAeq,1h igual a 89 dB. Ainda, é 192 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações evidente que o aumento de risco existe quando os níveis do ruído impulsivo atingem o nível de pico Lpico de 130 a 150 dB. Os principais efeitos produzidos sobre o homem pelo ruído expressam-se no aspecto fisiológico (perda da audição até surdez, dores de cabeça, fadiga, distúrbios cardiovasculares, distúrbios hormonais, gastrite, disfunção digestiva, alergias) e no psicológico (perda da concentração, perda dos reflexos, irritação permanente, insegurança quanto a eficiência dos actos, perda da inteligibilidade das palavras) que se nota a partir de 50 a 55 dB (LAeq) para ruídos estáveis e contínuos. 20 Tempo (h) 15 10 5 0 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Nível sonoro contínuo equivalente, ponderado A Leq (dB) Figura 3.66 – Relação entre o nível do ruído e o tempo de exposição (Gayubas, J.C.S., 1998) e exposição do pessoal ao ruído no ambiente subterrâneo O risco de surdez permanente varia de acordo com a intensidade e a duração da exposição como foi demonstrado pelo estudo realizado pela International Standard Organization ISO 1999 (Tabela 3.76) e contemplada pela Norma Portuguesa n.º 1733 (Tabela 3.77). Tabela 3.76 – Risco de perda da audição em valores percentuais (ISO 1999) LAeq,8h Tempo de exposição ao ruído (anos) (dB) 2 5 10 20 30 40 45 “Normal” 1 2 3 7 14 32 50 85 1 3 6 13 22 42 57 90 3 7 12 23 32 54 65 95 4 10 20 35 45 61 72 100 5 14 31 49 58 74 82 105 8 20 45 65 77 87 91 110 10 28 58 85 91 95 95 A surdez devida ao ruído industrial inicia-se geralmente numa frequência ainda pouco incapacitante – 4000 Hz – dando oportunidade, caso sejam feitas audiometrias periódicas, detectar os que vão desenvolver a surdez e tomar as devidas providências ainda numa fase não incapacitante. 193 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 3.77 – Risco de surdez devido ao ruído em percentagem, por anos de exposição (definido pela percentagem de indivíduos que adquirem surdez superior ou igual a 25 dB) (http://www.saudepublica.web.pt) Anos de exposição Nível dB(A) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 <80 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 85 0 1 3 5 6 7 8 9 10 7 90 0 4 10 14 16 16 18 20 21 15 95 0 7 17 24 28 29 31 32 29 23 100 0 12 29 37 42 43 44 44 41 33 105 0 18 42 53 58 60 62 61 54 41 110 0 26 55 71 78 78 77 72 62 45 115 0 36 71 83 87 84 81 75 64 47 Nota: O facto de após muitos anos de exposição, o risco aparentemente diminuir, tem a ver com o ajustamento feito para a idade. Fonte: Norma Portuguesa NP-1733 Nem todos ensurdecem quando sujeitos à mesma dose de ruído. A susceptibilidade ao ruído é efectivamente muito diferente de pessoa a pessoa. Actualmente, ainda não existe forma de diferenciar com precisão, os que são dos que não são susceptíveis. Isto, aliado ao facto de a surdez ter início nas frequências dos 4000 Hz e não ser percebida pelo próprio, faz com que as audiometrias periódicas sejam extremamente importantes para detectar a surdez, ainda em fase inicial. Quando a surdez se alarga aos 3000, 2000, e sobretudo aos 1000 e 500 Hz, tornase impeditiva da normal comunicação oral. É por isso que a avaliação da incapacidade duma hipacúsia leva em consideração a surdez média aos 500, 1000, 2000 e 4000 Hz com ponderação superior para os 1000 Hz. 3.7.2. Fontes do ruído na atmosfera subterrânea As causas do ruído no ambiente subterrâneo são fundamentalmente relacionadas ao choque da rocha com o material metálico, no processo de perfuração (jumbos e martelos pneumáticos), ao funcionamento de equipamentos com motores pneumáticos, eléctricos ou diesel (ventiladores, bombas, sondas, camiões, LHDs) e à fricção dos pneus com a superfície de tracção ou atrito, entre materiais metálicos (caminho de ferro e rodas de locomotivas e vagões). O ruído em minas subterrâneas tem relação com as actividades operacionais (fig. 3.67) que geralmente são de perfuração ou corte, disparo ou desmonte, suporte, carregamento, transporte, extracção, ventilação, bombagem, britagem, etc.(Tabela 3.78). 194 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 3.78 – Níveis de ruído em minas subterrâneas (Vutukuri V.S., et al., 1986, Navarro Torres V.F., 2001) Tipo de actividade Leq Tipo de actividade Leq dB (A) dB (A) Máquina perfuradora pneumática 108-130 LHD a gasóleo 88-101 Jumbo electro hidráulico 100-120 Ventilador 90-110 Compressores de ar 90-100 Sondagem 96-100 Viradores de mineral ou estéril 98-100 Bombas de água 90-100 Sistema de extracção (guincho) 80-91 Britagem primário 85-105 Existem fontes de ruído de instalações fixas como as bombas, ventiladores, sistemas de extracção, britagem primário, entre outros e fontes móveis de ruído que são manifestas nas operações de perfuração, carregamento, carga e transporte e outros serviços. Disparo com explosivo Compressores Ventilação e bombagem Carga e transporte Extracção Britagem primário Ambiente subterrâneo Perfuração ou corte Sondagem Remoção Ruído Figura 3.67 – Fontes de ruído no ambiente subterrâneo As fontes de ruído são geralmente muito complexas e de diferentes frequências pelo facto de terem diferentes níveis de pressão sonora (Tabela 3.79). A frequência normalmente utilizada varia de 31.5 Hz a 8000 Hz. Tabela 3.79 – Bandas de frequências normalmente utilizadas na avaliação do ruído subterrâneo Bandas de oitava e frequência de bandas médio Limites de banda Hz Frequência de banda médio Hz 22 44 88 176 353 707 1414 2829 5650 11300 31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000 195 2250 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 3.7.3. Caracterização da situação sonora 20 0 -20 80 Atenuação (dB) Pressão sonora relativa dB 3.7.3.1. Índices ou níveis do ruído Para a caracterização do nível do ruído na atmosfera subterrânea utilizam-se os índices que se detalham a seguir. Se o ruído é do tipo contínuo, para a caracterização é suficiente o nível de pressão sonora; se o ruído é do tipo variável, o nível de pressão sonora depende do tempo de medição. Para fins ambientais é utilizada a escala de compensação A (fig. 3.68 esquerda). C B A -40 60 40 20 -60 0 -80 100 1000 Frequência (Hz) 10000 1 10 100 Distância (m) 1000 Figura 3.68 – Curvas de compensação A, B e C (Howes, M. J., 1982) e atenuação com a distância (Gayubas, J.C.S., 1998) Toda a fonte de som cria um campo no ambiente à volta dele, e a partir de ele, a energia sonora propaga-se pelo espaço em todas as direcções. À medida que as ondas sonoras se propagam no espaço, acontece uma redução da energia por dispersão e por absorção molecular no ar e superficie rochosa no csdo de aberturas subterrâneas (fig. 3.68 direita). A absorção molecular do ar aparece a altas-frequências (a 4000 Hz há uma atenuação de 1 dB cada 65 m e a baixas frequências é insignificante) devido ao efeito da condutividade térmica. A absorção da energia das moléculas também depende da humidade. Os padrões existentes servem para avaliar o ruído utilizando vários índices ou níveis como são: o nível de pressão sonora, o nível percentil, o nível sonoro contínuo equivalente, o nível de exposição sonora, o nível pico ou máximo, etc. os que são determinados considerando o tempo de exposição e intensidade sonora, sendo o mais utilizado o nível sonoro contínuo equivalente. Em termos gerais, os níveis de percepção do ruído pelo ouvido humano podem ser estabelecidos como estão na Tabela 3.80. Tabela 3.80 – Níveis de percepção do ruído em função da pressão sonora dB (A) Percepção dB (A) Percepção 0 a 20 Silencio 50 a 100 Muito ruidoso 20 a 50 Pouco ruidoso 100 a 140 Nocivo a) Nível de pressão sonora (Lp), é calculado com a equação (3.117) em função do valor eficaz da pressão sonora P (Pa) à que está exposta a pessoa, estando ou não em 196 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações movimento, sem considerar o efeito de qualquer equipamento de protecção. A pressão de referência Po toma o valor 2x10-5 Pa (20 µ Pa). L p = 20 Log P Po (3.117) Quando é considerado o valor extremo do limiar de variação da pressão audível, os níveis de pressão sonora extremos variam de 0 dB a 140 dB, como é calculado em seguida: Lp (min) = 20 log (2x10-5/2x10-5) = 0 dB Lp (máx) = 20log (100/2x10-5) = 140 dB e O aumento da pressão sonora para o dobro de seu valor significa que o nível de pressão sonora tem acréscimo em 6 dB: LP1 = 20 log (P/Po) e LP2 = 20 log (2P/Po), Lp = LP1 – LP2 = 20 log (1/2), portanto: LP2 = LP1 + 6 dB b) Nível percentil (LNA,T), é o nível de pressão sonora em ponderação A que é superado em N % do tempo medido T (ISO 1996). Exemplo, LA95,1h é aquele nível em dB (A) que foi superado 95% durante 1 hora. Estes valores permitem saber não só o nível num tempo determinado, mas também a distribuição estatística dos níveis da pressão sonora. c) Nível sonoro continuo equivalente LAeq,T, é o valor médio energético do som ao longo do intervalo de tempo e é definido como o valor do nível de pressão sonora em dB (A) do som continuo e estável, que dentro de um intervalo de tempo T, possui a mesma pressão sonora quadrática média que o ruído medido e cujo valor varia com o tempo (ISO 1996). A equação (3.118) permite calcular este indicador em função da pressão sonora instantânea PA(t) (Pa), do intervalo de tempo T = (t2 – t1) = ∆t de duração (s), da pressão de referência Po = (2x10-5 Pa ou 20µ Pa) e do nível de pressão sonora ponderada A para a amostra i LpAi (dB). T 1 P (t ) 1 T 0.1L  = 10 log ∫ A 2 dt = 10 log  ∑10 pAi  T 0 Po  T i =1  2 L Aeq ,T (3.118) d). Nível de exposição sonora SEL ou LAE, é definido como o nível constante, que mantido durante 1 segundo, proporciona a mesma energia sonora (em ponderação A) que o ruído medido. Aplica-se para a comparação da presença de ruídos de diferente duração (ISO 1996). Pode-se calcular com a equação (3.119), onde PA(t) é a pressão sonora instantânea (Pa), t2 – t1 representa o intervalo do tempo (s) e Po é a pressão de referência ( 2 x 10-5 Pa). 197 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações L AE = 10 log 1 To ∫ t2 t1 2 PA (t ) Po 2 dt (3.119) e) Nível pico ou máximo (Lmax), é o nível em dB (A) que corresponde ao valor máximo da pressão acústica instantânea, para um valor máximo da pressão acústica instantânea Pmax (Pa) e para uma pressão de referência Po (Pa), calculado com a equação (3.120). Lmáx = 20 log Pmáx Po (3.120) 3.7.3.2. Particularidades do ruído em aberturas subterrâneas A propagação das ondas do ruído em aberturas subterrâneas são de dois tipos: ondas directas e ondas reflectidas (fig. 3.69). No processo de reflexão parte das ondas são absorvidas pela superfície das escavações (rocha ou revestimento ou suporte). Na atmosfera subterrânea a atenuação do ruído pela distância Lx (m) pode ser calculada pela equação (3.121) proposta por Howes, M.J, (1982), onde Lds é a pressão sonora a uma distância d da fonte em dB (A), P é o perímetro da escavação (m), A é a secção da abertura subterrânea (m2), d é a distância da fonte do som (m) e ∝ é o coeficiente de absorção (Tabela 3.81). Lds = 12.6 P 0.8 1.4 d α A (3.121) Reflectida • • • Directa Figura 3.69 – Fases da transmissão do som em ambiente subterrâneo (Howes, M. J., 1982). Tabela 3.81 – Coeficiente de absorção do som α em escavações subterrâneas (Howes, M. J., 1982) Frequência de banda média (Hz) 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 0.05 0.10 0.13 0.14 0.15 0.16 0.16 0.16 Coeficiente de absorção (α) No ambiente confinado a reflexão das ondas somam-se ao nível de pressão do som (Vutukuri V.S., et al., 1986) e em distâncias próximas à frente, a pressão do sonora diminui similarmente ao que ocorre no ambiente aberto, mas para longas distâncias a reflexão das ondas somam os níveis do ruído, sendo os níveis restantes constantes. 198 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações dc Figura 3.70 – Ruído produzido na operação de perfuração (Simba H1350 Atlas Copco) e conceito de distância crítica (LHD) Denomina-se distância crítica quando há equilíbrio entre transmissão do som directo e o reflectido (fig. 3.70) determinando-se pelas equações (3.122) e (3.123).  Sα  d c = 0.14  c  1 − α  Sα  d cse = 0.2 c  1 − α  0.5 0.5 = 0.14( A) 0.5 = 0.2( A) 0.5 (3.122) (3.123) em que, dc é a distância crítica para a fonte de som esférica (m), dcse a distância crítica para fonte de som semiesférico (m), Sc é a soma total da superfície (m2), α coeficiente de absorção da superfície (piso, tecto, equipamentos, etc.). No caso de o ruído ser produzido pela acção de só uma fonte, a pressão do ruído emitido deve ser calculado para cada caso, para o qual Howes, M.J, (1982) propõe as as expressões referidas nas equações (3.124) a (3.129). O nível da pressão sonora para martelos pneumáticos Lm (dB) é calculado em função do consumo de ar comprimido Q (m3/s) (equação 3.124) e para estimar o nível de potência sonora para a banda oitava corrigem-se usando os valores da Tabela 3.82. Lm = 140 + 10 log Q (3.124) Tabela 3.82 – Factor de correcção do espectro da banda oitava para martelos pneumáticos Frequência de banda média 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 (Hz) Correcção (dB) -20 -12 -5 -5 -10 -12 -13 -15 Para equipamentos com motor diesel, o nível de pressão sonora do sistema de exaustão do motor Lde (dB) calcula-se com a equação (3.125) e considerando o sistema motor Ldm (dB) através da equação (3.126), em ambos casos mediante a variável potência do motor Pm (KW). 199 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Lde = 110 + 10 log Pm (3.125) Ldm = 110 + 8 log Pm (3.126) Para ventiladores principais o nível da pressão sonora Lv (dB) é determinado em função da potência do motor Pmv (KW), da pressão estática Hv (Kpa) e do caudal de ar Qv (m3/s) utilizando quaisquer das equações (3.127), (3.128) ou (3.129). Para estimar o nível de potência sonora em banda oitava corrigir usando os valores da Tabela 3.83. Lv = 97 + 10 log Pmv + 10 log H v (3.127) Lv = 100 + 10 log Qv + 20 log H v (3.128) Lv = 95 + 20 log Pmv + 10 log Qv (3.129) Tabela 3.83 – Factor de correcção do espectro da banda oitava para ventiladores Frequência de banda média (Hz) Fluxo axial Centrifuga: - Paleta afrente - Paleta atrás - Paleta radial 63 -7 -4 -2 -3 125 -9 -6 -6 -5 250 -7 -6 -13 -11 500 -7 -11 -18 -12 1000 -8 -13 -19 -15 2000 -11 -16 -22 -20 4000 -16 -19 -25 -23 8000 -18 -22 -30 -26 3.7.4. Normas e padrões de qualidade ambiental sonoro São reconhecidos dois tipos de poluição por ruído e correspondem normalmente a dois tipos diferentes de padrões. O ruído ocupacional (Tabela 3.84) afecta os trabalhadores durante o tempo de exposição, estando relacionado com o ruído produzido no processo operacional e com o uso de equipamentos com que têm de trabalhar. Tabela 3.84 – Padrões de ruído ocupacional em exposição de 8 horas por dia (disponível em www.nrca.org/standards/noise/ review_noise_standards) Pais Austrália Canada Índia Singapura Tailândia U. K. E.U. A. U. E. Fonte Australia National Occupational Health and Safety Commission Canadian Centre for Occupational Health and Safety Rules of the Factories Act Department of Industrial Health Ministry of Interior Noise at Work Regulations Occupational Safety and Health Administration, U.S. Department of Labour European Union Occupational Safety an health 200 Leq máx. dB (A) Pico dB (A) 85 85 - 90 90 85 90 90 140 135 - 140 140 90 85 140 140 140 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Nas actividades operacionais que realiza no meio subterrâneo, o trabalhador está exposto a duas condições de ruído: a condição estacionária e a móvel. A condição de referência das normas e padrões é a condição estacionária, mas é aplicável para fontes móveis, considerando a distância desta fonte móvel. Além disso, no ambiente subterrâneo certos trabalhadores estão expostos ao ruído de tipo ambiental, portanto deve-se avaliar este com os padrões existentes. O ruído ambiental (Tabela 3.85) é o produzido, por exemplo, pelo tráfico ou outras actividades que não são directamente relacionadas com as actividades do trabalho e neste caso, considera-se um raio de acção em torno da fonte. Tabela 3.85 – Padrões de ruído ambiental segundo a zona e período dia/noite (disponível em www.nrca.org/standards/noise/ review_noise_standards.htm) Zona Zona de silêncio Residencial Dia/Noite Dia/Noite Dia/Noite Dia/Noite Austrália (1) 65 / 55 55 / 45 45 / 35 45 / 35 Austrália (2) 65 / 65 60 / 60 50 / 40 45 / 35 Canadá (1) 60 / 55 60 / 55 55 / 45 Canadá (2) 65 / 60 65 / 60 55 / 45 Índia 75 / 70 65 / 55 55 / 45 50 / 40 Israel 70 55 50 45 Japão 60 / 50 60 / 50 50 / 40 45 / 35 E.U.A (1) 75 / 75 65 / 65 60 / 60 E.U.A (2) 65 / 65 65 / 65 65 / 55 E.U.A (3) 70 62 55 / 50 E.U.A (4) 80 / 75 65 / 60 55 / 50 E.U.A (5) 60 / 55 60 / 55 55 / 50 E.U.A (6) 70 60 55 45 UE e OMS* 65 55 55 / 45 45 / 35 Austrália (1): Capital E.U.A. (2): Estado de Delaware Austrália (2): Norte E.U.A. (3): Huntsville, Huntsville E.U.A. (4): Denver, Colorado Canadá (1): Distrito norte de E.U.A. (5): California, Davis Vancouver E.U.A. (6): EPA Canadá (2): A volta do distrito E.U.A (1): Estado de Minnesota Pais Zona Industrial Zona Comercial * OMS : Organização Mundial da Saúde (World Health Organization) Em relação ao ruído ambiental ainda existem padrões específicos, como para o caso do tráfico ou transporte (Tabela 3.86), sendo o tipo de teste S para veículos em estado estacionário e M em movimento. Muitos países utilizam como referência a ISO1996 (International Standard Organization) para estabelecer os limites admissíveis. Esta norma tem três partes: ISO 1996 – 1 (Quantidades básicas e procedimentos), ISO 1996-2 (Medição e concentração do ruído) e ISO 1996-3 (Aplicações para os limites do ruído). Os princípios fundamentais para a especificação do limite estabelecido pela ISO 1996 estão na equação 201 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações LAr,T = LAeq,T + K1 + K2 onde, LAr,T é o nível de avaliação do ruído, LAeq,T é o nível sonoro continuo equivalente ponderado A em período de tempo T (dB), k1 é o factor de correcção por tono (0 a 6 dB), e K2 é o factor de correcção por componentes impulsivos (0 a 7 dB). O valor usual é de 5 dB quer para K1 quer para k2. Tabela 3.86 – Padrões de ruído ambiental para o tráfico ou transporte (disponível em www.nrca.org/standards/noise/ review_noise_standards.htm) Autocarro Autocarro, Autocarro, Pequeno/ Pais/Estado Distân Tipo de Grande Automóvel , Camião Camião Camião (Pequeno) (Médio) (Grande) teste Motociclo cia UE - S 75 / 80 74 78 78 80 Índia - - 80 82 85 89 91 New York 15.2 m M 82 79 79 90 90 New York 7.6 m M 88 85 85 96 96 Huntsville 15.2 m M 84 84 84 90 90 Albuquerque 15.2 m M 82 76 76 86 86 Albuquerque S 88 95 95 93 93 Larimer Co. 7.6 m M 80 80 80 86 86 Denver 7.6 m M 80 80 80 88 88 Tailândia 7.5 m S 85 85 85 85 85 - M 77 / 82 82 82 85 85 Canadá - A legislação da União Europeia no domínio do ambiente – volume 5 – ruído (86/188/CEE) contempla a protecção dos trabalhadores contra riscos de exposição do ruído no trabalho, considerando dois níveis: Exposição diária (LEP,d) determinada pela equação T  LEP ,d = L Aeq ,T + 10 log   To  onde, T é a duração da exposição do trabalhador ao ruído (dias) e To é igual a 8 horas. Média semanal dos valores diários (LEP,s) calculada mediante  1 m 0.1( L ) K  LEP , s = 10 log  ∑10 E P , d    5 k =1 onde, (LEP,d)k são valores de LEP,d para cada um dos m dias laboráveis da semana considerada. 202 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A norma da União Europeia especifica que quando o nível de exposição diária ultrapassa os 85 dB (A), o trabalhador deve ser alertado dos riscos e entretanto usar protectores de ruído. Se o nível de exposição diária ultrapassa os 95 dB (A) deve-se pôr em marcha um programa de redução. O Departamento de Trabalho dos E.U.A. (1971 – 1979) determinou a duração permissível de exposição ao ruído da forma indicada na Tabela 3.87. Tabela 3.87 – Níveis de ruído permissíveis pelo Departamento de Trabalho dos E.U.A. Níveis de ruído Exposição (h/dia) Níveis de ruído Exposição (h/dia) dB (A) dB (A) 90 8 102 1.5 92 6 105 1 95 4 110 0.5 97 3 115 <0.25 100 2 Em Portugal, o Decreto-Lei n.º 251/87 do 24 de Junho alterado pelos diplomas DL 292/89 do 2 de Setembro e DL 72/92 do 28 de Abril, e relacionado à protecção dos trabalhadores contra o ruído Decreto Regulamentar n.º 09/92 do 28 de Abril, no seu Artigo 1 Indica: O nível de acção da exposição pessoal diária dum trabalhador ao ruído durante o trabalho é igual a 85 dB (A). O valor limite da exposição pessoal diária dum trabalhador ao ruído durante o trabalho é de 90 dB (A). Quando se revelarem a existência de homens expostos a um valor igual ou superior aos níveis indicados, recomenda-se tomar as medidas correspondentes (Tabela 3.88). O Decreto-lei n.º 232/2000 do 14 de Novembro, denominado Regulamento Geral do Ruído modifica as normativas antes indicadas em relação ao ruído ambiental. Tabela 3.88 – Medidas de protecção da acção do ruído aos trabalhadores em Portugal (DR n.º 09/92 do 28 de Abril) Quando homens são expostos a 85 dB (A) Quando homens são expostos de 90 - 140 dB (A) Avaliação periódica do valor máximo da Deve ser posto programa de medidas pressão sonora. técnicas destinadas a diminuir a produção Assegurar a vigilância médica e audiometria da ou propagação do ruído função auditiva dos trabalhadores com periodicidade trianual. Dispor gratuitamente protectores de ouvido para o pessoal. 203 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações No Decreto-Lei n.º 162/90 do 22 de Maio que instituim o Regulamento Geral de Segurança e Higiene no Trabalho nas Minas e Pedreiras, no Artigo 149 indica: o Nos locais de trabalho devem ser adoptadas medidas adequadas à eliminação ou redução da propagação do ruído, não devendo ultrapassar os valores de 85 dB (A) para o ruído e de 200 Pa para pressão acústica instantânea não compensada; o Quando as medidas técnicas de protecção aplicáveis não forem suficientes, os trabalhadores devem usar protectores auriculares adequados, ou se necessário, limitar o tempo de exposição ao ruído. No caso de Peru no D.S. n.º 023-92-EM Reglamento de Seguridad e Higiene Minera do 13 de Outubro, no capítulo XII e Artigo 278 indica que é necessário proporcionar protecção auditiva quando o nível de ruído para o tempo de exposição indicada seja superior a os valores da Tabela 3.89. Tabela 3.89 – Valores limites permissíveis de ruído pela legislação peruana (D.S. n.º 023-92-EM Reglamento de Seguridad e Higiene Minera do 13 de Outubro) Níveis de ruídodB(A) Exposição(h/dia) Níveis de ruído dB(A) Exposição (h/dia) 90 8 102 1.5 92 6 105 1 95 4 107 0.75 97 3 110 0.5 100 2 115 <0.25 3.7.5. Matriz base para a identificação do impacte ambiental acústico Baseado nos padrões internacionais, e especificamente de Portugal e Peru, propõe-se a matriz base (Tabela 3.90) para a identificação do nível de impacte ambiental acústico. Tabela 3.90 – Matriz base para a identificação de níveis de impacte ambiental acústico Nível de impacte ambiental acústico Leq A, 8 h dB (A) Leve 85 ≤ Ruído <90 90 ≤ Ruído <95 Ruído >95 Moderado Alto 3.7.6. Medidas correctivas para reduzir o impacte ambiental acústico Quando o nível de ruído identificado é moderado a alto as medidas tecnológicas correctivas são orientadas para três aspectos: a fonte, a trajectória de propagação ou o receptor. a) Na fonte, a redução do nível de emissão do ruído é conseguida utilizando a atenuação por distância, instalação de tubos para ventiladores (Tabela 3.91) ou com sistemas de atenuação nos equipamentos, como silenciadores para os gases de escape do 204 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações motor, uso de silenciadores em série, recobrir com material acústico ou tratamento interno dos condutos, uso de equipamento eléctrico em vez de diesel. Tabela 3.91 – Atenuação do ruído em tubos de aço e flexíveis (dB/m) Frequência de banda média (Hz) Tubos de aço 760 mm diâmetro Tubos flexíveis de 760 mm de diâmetro 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 0.08 0.13 0.17 0.21 0.25 0.28 0.30 0.31 0.15 0.25 0.55 0.75 0.95 1.05 1.15 1.25 Uma medida importante também é a manutenção preventiva dos equipamentos, que permite eliminar ou atenuar o ruído gerado pelos elementos com muito desgaste. b) O isolamento permite encapsular as operações, equipamentos ou parte de estes com uma estrutura hermética para impedir a saída ou dificultar sua recepção, como são as cabinas insonorizadas dos equipamentos. No isolamento acústico uma parte da onda acústica é reflectida e outra parte transmitida através do tabique de material utilizado. O isolamento I (dB) produzido por um tabique calcular-se com a equação (3.130) a partir da lei de massas, onde m é a massa por unidade de superfície do tabique (kg/m2), ω é a frequência angular (rad /s) onde ω= 2πf/T, f é a frequência, T é o período (s), e ρc é a impedância acústica do ar (~400 kg/m2s). I = 20 log mϖ 2 ρc (3.130) A utilização do tabique simples é ineficaz quando ocorre o fenómeno da coincidência, pois este tem lugar a partir da frequência denominada crítica onde o comprimento de onda reflectida é igual ao da onda projectada, gerando a transmissão de ondas para outro lado do tabique. Portanto, toda a energia incidente atravessa o tabique e o isolamento é nulo. Devido a este fenómeno é recomendável construir isolamento com tabique duplo, de distinto material e de diferente espessura. A frequência da ressonância fo do tabique duplo pode-se obter a partir da equação (3.131), onde d é a distância entre os tabiques (m), m1 e m2 são as massas unitárias destes tabiques (kg/m2). 65 f o = 0.5 d  1 1    +  m1 m2  0.5 (3.131) É recomendável conseguir um valor de fo menor que 100 Hz aumentando a espessura dos tabiques e a distância entre eles. Na Tabela 3.92 apresentam-se alguns resultados da técnica do isolamento. 205 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 3.92 – Isolamento do ruído (dB) para alguns materiais (Falch, E., 1998) Tipo de material Frequência da ressonância (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 Lâmina de aço (1 mm) 14 21 24 32 36 39 Lãmina de aço (2.6 mm) 23 25 33 34 40 43 Prancha de madeira (20 mm) 24 22 27 28 25 27 Vidro (6 mm) 17 23 25 27 28 29 Betão (100 mm) 29 35 37 43 44 50 c) Uso de materiais resiliêntes, como a borracha ou fibra de vidro, colocados nas partes de forte impacte entre o material sólido e estrutura metálica reduz o ruído do impacte. Como exemplo podem-se referir os pontos de transferência do material nas telas transportadoras (fig. 3.71) ou descarga de material sobre camiões. Existem ainda outras técnicas como a cortina de ar, controle activo de ruído etc. Parafuso Tela transportadora Material resiliente Revestimento com material de resiliência Lâmina de aço Figura 3.71 – Colocação de material de resiliência em lâmina de aço d) Protecção do ouvido, é a última medida de isolamento do homem para atenuar a acção do ruído. As principais medidas são: protecção auricular de distintos tipos e tampões (plástico, algodão, etc.). Os protectores de ouvido reduzem o nível do ruído no ouvido de 10 a 45 dB dependendo do modo de operação e frequência do ruído (fig. 3.72) e existem de quatro tipos (Tabela 3.93). 0 Tabela 3.93 – Tipos de protectores de ouvido Uso Tampão do ouvido Semiinserido Inserção no canal do ouvido Fecho da entrada do canal do ouvido Cobre totalmente a orelha Cobre totalmente a orelha Orelheiras Capacete com orelheira Atenuação (dB) Tipo de protector 10 Plástico Com escape de ar 20 30 Cera impregnada 40 50 63 250 500 1000 2000 4000 8000 Frequência (Hz) Figura 3.72 – Atenuação dos tampões de ouvido 206 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 3.7.7. Monitorização e controle Os padrões de medição consideradas pelas normas ISO são a ISO 3740, a ISO 8297, a ISO 11201 e a ISO 11204 a nível de Portugal estão regulamentados mediante os Decretos-Leis já referidos e a Norma Portuguesa NP-1730. a). O instrumento principal para a medição do ruído é o sonómetro, cujas partes são ilustradas pela fig. 3.73. O microfone recebe as vibrações da pressão do ruído e as transforma em sinal eléctrica, o pré amplificador nivela a impedância do sinal do microfone, depois é ponderado a A (mais usado) ou C, o amplificador controla o nível de ruído entre a distorção e o sinal do ruído de fundo, os filtros externos permitem analisar a frequência do sinal, o detector serve para caracterizar a sinal de entrada (detectores de media quadrática RMS, de integração e de pico), o indicador ou visor mostra os sinais detectados em dB baseado em padrões internacionais 2 x 10-5 Pa. Os sonómetros também têm registador em fita magnética o memória, que permite acumular as medições, para depois transmitir ao computador e também um analisador estatístico de níveis. Filtros externos Saída DC Saída AC Pico RMS Microfone Pré amplificador Frequência de rede de compensação Controle de amplificador Detector Indicador Figura 3.73 – Componentes principais de um medidor de ruído (Bell, L.H. et al., 1994) O detector de ruído deve ser calibrado antes das medições sendo o método mais comum usar o calibrador portátil para aplicar na cápsula do microfone. Este calibrador proporciona um nível de pressão do ruído para frequências de 94 dB a 1000 Hz. O medidor do nível sonoro calibra-se até que o leitor do medidor seja igual ao nível nominal do calibrador. b) As medições do ruído são afectados pela temperatura (correcção de 1 dB), humidade, velocidade do ar (~ 3 m/s) e ruído de fundo (quando a diferença entre o ruído de fundo e sinal do ruído é maior de 10 dB o ruído de fundo é insignificante). c) No ambiente subterrâneo, a monitorização deve-se realizar em três (3) a cinco (5) pontos de medição para cada fonte de ruído (fig. 3.74), localizadas a uma distância d>1 m (d> dcse distância crítica) da parte central da geometria do equipamento que constitui fonte de ruído. Além disso, deverá estar localizado a 1 m dos hasteais, tecto e piso, a 2 m das esquinas da escavação e a 1.5 m de qualquer abertura para o exterior. O nível acústico calcula-se com as equações (3.132) e (3.133), onde Le é o nível de pressão acústico (dB), Lm é o valor médio da pressão do ruído medido em 5 estações (dB), A = ∝ Ss, é superfície de absorção acústica (m2), Ad é a superfície de absorção acústica de referência (~1 a m2), r é a distância radial da fonte de ruído ao ponto de medição (1 m ou 3 m), rp é a distância ponderada do espaço circundante do equipamento que é fonte de ruído (m) e rp = (ab + ac)0.5 com a, b e c indicadas na fig. 3.73 e fig. 3.74. 207 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Para minas subterrâneas: Le = Lm + 10 log A +6 Ad Para túneis de grande secção: Le = Lm + 20 log (3.132 ) r + 10 log 2π rp (3.133) LHD Fonte de ruído d > dcse > 1m 1m 1 1m d d 2 d d 3 4 2m d 5 1m Figura 3.74 – Estações de medição do ruído em aberturas subterrâneas de menor secção d d h = H/2 b d c d d H d d h a Corte vertical Corte horizontal Figura 3.75 – Estações de medição do ruído para aberturas subterrâneas de grande secção Os registos de dados deverão compreender a descrição da fonte sonora (características e condições de operação e fonte de ruído), o ambiente (localização da fonte e descrição de hasteais, tecto, piso, etc.), o instrumento (detalhe técnico), os dados de medições (data, nível e método de calibração, tempo de prova, localização e orientação do microfone, constantes de tempo do instrumento fast e low, nível de ruído de fundo, processos de medição) e observações. A engenharia do ruído no ambiente subterrâneo sistematiza o tratamento deste problema mediante um procedimento ordenado (fig. 3.76) que considera a determinação das fontes, caracterização do ambiente, identificação do nível de impacte ambiental acústico, estudos para procura de medidas correctivas que atenuem a níveis permissíveis, aplicação da alternativa mais viável, monitorização e controle para determinar a 208 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações efectividade e eficácia da alternativa aplicada e dessa forma conseguir uma qualidade ambiental dentro dos padrões existentes. . Fontes de emissão do ruído . Características geométricas da abertura subterrânea . Características físicas da superfície da abertura subterrânea . Níveis permissíveis de ruído Base de dados Previsão do nível do impacte ambiental . Alternativas de controle preventivo do ruído . Uso de tubos, silenciadores e isolamentos. . Necessidade ou não de uso de protectores de ouvido Ruído estacionário e móvel Plano de monitorização e controle Medições Aplicação de medidas correctivas Identificação do impacte ambiental Procura de medidas correctivas Plano de contingência e/ou medidas correctivas imediatas Sim Não Impacte alto? . Identificar locais com nível de impacte moderado e leve . Identificar fontes de impacte Figura 3.76 – Sistema de gestão do ruído no ambiente subterrâneo 209 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Capítulo 4 ÁGUA SUBTERRÂNEA E DRENAGEM ÁCIDA 4.1. Efeitos ambientais pela alteração das condições naturais das águas subterrâneas Como já foi referido, o ambiente, além do espaço físico que o compõe, inclui quatro importantes domínios: litosfera, hidrosfera, atmosfera e biosfera. No âmbito subterrâneo, a hidrosfera está representada pelas águas subterrâneas. O homem, visando a satisfação das suas necessidades e a consecução das suas mais nobres aspirações e seu constante desenvolvimento, precisa dos recursos naturais, como os minerais, que muitas vezes ocorrem em zonas cuja profundidade e condições geológicas e geotécnicas, exigem a aplicação de métodos de exploração subterrânea. As explorações subterrâneas requerem a realização de aberturas subterrâneas de diversos tamanhos (secção e comprimento), diferentes posições (horizontais, inclinadas e verticais) e variadas profundidades. Estas acções humanas causam alterações das condições naturais do meio rochoso e das águas subterrâneas. O desequilíbrio das condições naturais das águas subterrâneas alteram o ecossistema, podendo comprometer a saúde e a vida do próprio homem, assim como a sobrevivência e segurança do elemento biológico no âmbito da acção de exploração. Os efeitos ambientais devido à alteração das condições naturais das águas subterrâneas manifestam-se não só no espaço subterrâneo mas também no espaço exterior, quando as mesmas alcançam a superfície, quer por causas naturais quer por bombagem em furos de sondagens e/ou captações. Os impactes ambientais negativos no meio subterrâneo, manifestam-se pelo risco de inundação das aberturas existentes, pela influência no comportamento geotécnico do maciço rochoso envolvente, e pela formação da drenagem ácida, ao entrar em contacto com massas de mineral e rocha exposta, consequentemente estas manifestações ambientais, comprometem a saúde e a vida humana e arriscam também o normal desenvolvimento das operações. Os riscos ambientais no âmbito de acção do meio exterior do projecto, expressam-se pelo facto de afectar a sobrevivência e fecundidade da biodiversidade e do próprio homem, devido às alterações das propriedades físico-químicas da água superficial, ocasionadas pela descarga de águas ácidas e/ou contaminadas. As inesperadas inundações no ambiente subterrâneo podem originar perdas nas instalações e equipamentos, paralisando o processo produtivo e, inclusivamente, atentar à vida humana (afogamento). Os efeitos negativos da poluição das águas naturais, devido às actividades do homem, manifestam-se na afectação dos seres vivos existentes nestas águas (Tabela 4.1), na agricultura (rega) e saúde humana. 211 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 4.1 – Efeitos dos poluentes de águas naturais nos organismos vivos Fontes da poluição Efluentes da mineração, águas residuais sedimentadas e pouco tratadas Efluentes industriais, alta concentração de metais pesados Redução do oxigénio, adição de fertilizantes e afecção ao crescimento e reprodução Efeitos dos poluentes Morte directa de organismos vivos Muito tóxicos e morte de outros organismos vivos Afecção indirecta dos organismos vivos No caso específico de águas subterrâneas em ambientes de exploração mineira a poluição manifesta-se pela drenagem ácida, que consiste na alteração do nível de acidez (pH), e contaminação com partículas inertes (argila, sedimentos, resíduos) e com metais pesados (Cr, Cu, Pb, Hg, As, etc.), que em certas concentrações provocam a morte de organismos vivos. Estudos realizados demonstram que as águas com um pH <5.5 em combinação com alumínio dissolvido maior que 0.2 mg/l e dureza menor que 12 mgCaCO3/l, ocasionam danos ecológicos consideráveis (Kiely G., 1999). O nível de acidez da água pode afectar os organismos vivos de maneira directa, mediante a tensão fisiológica, ou indirecta, mediante mudanças no abastecimento de alimentos, agressão aos habitat e depredação. Em águas extremamente ácidas (pH ≤5) existem muito poucas espécies (por exemplo peixes) em comparação de águas menos ácidas (pH ≥6.5). A acidez afecta os peixes em muitos aspectos, como por exemplo na fisiologia das guelras, do aparelho reprodutor, da sangue, etc. O mercúrio parece que não gera riscos consideráveis para muitos animais aquáticos como os moluscos, atum, peixe-espada; assim como para aves e mamíferos aquáticos que no seu organismo concentram consideráveis concentrações de mercúrio (0.2 a 1.3 ppm) e parece que o selénio contrasta o efeito tóxico do mercúrio. O consumo humano destes produtos animais constituem risco potencial, pelo que União Europeia estabeleceu um limite máximo permissível de 0.3 µg/g e os E.U.A. de 1 µg/g (Clark, R.B., 1992). O cádmio pode provocar danos irreversíveis nos rins e aparição da nephrii proteinum caracterizada pela perda de proteínas na urina. O chumbo não parece ser especialmente tóxico para os organismos aquáticos. Para o homem a alcalinidade ou dureza da água fundamentalmente produz um sabor inaceitável, mas os excessos dos seus parâmetros físico-químicos podem provocar uma série de afecções à saúde (Tabela 4.2). 212 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 4.2 – Efeitos na saúde do homem pela água poluída com metais pesados (Kiely, G., 1999) Poluente Efeitos para a saúde Arsénio, As Tóxico, dermatológico e afecta o sistema nervoso Bário, Ba Tumores benignos Cádmio, Cd Problemas nos rins Cromo, Cr Fígado, rins, pele e sistema digestivo Cobre, Cu Moléstias de estômago e intestinos, doença de wilson Flúor, F Danos nos ossos Chumbo, Pb Danos ao sistema nervoso central e periférico, rins, muito tóxico para crianças e mulheres gestantes Mercúrio, Hg Danos aos rins e sistema nervoso. Nitrato Síndroma de “menino azul” Sódio, Na Possível aumento da tensão sanguínea Devido às diferentes e particulares condições climáticas do nosso planeta, a água pode ser encontrada, em vários estados: sólido, líquido e gasoso; como é manifesto no ciclo hidrológico ou ciclo da água (fig. 4.1) cujo grande motor é o calor irradiado pelo sol. Em termos gerais, de cada 100 unidades de água de chuva, 1 unidade representa água de filtração subterrânea, 38 unidades a água de escoamento superficial e 61 unidades correspondem à evapotranspiração. Humidade à terra (39) desde a terra (61) sobre a terra (100) Escoamento Precipitação sobre o mar (385) Evaporação do oceano (424) (38) (1) Figura 4.1 – Ciclo e balanço hidrológico médio anual global em unidades relativas a um valor de 100 para a precipitação sobre a terra (adaptado de Chow, et al., 1988) 213 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 4.2. Fontes de riscos ambientais relacionadas com águas subterrâneas 4.2.1. Quantidade ou caudal A água evapora dos oceanos, da terra (superfície) e de outras massas de água e em menor proporção da superfície terrestre. Os oceanos contêm o 96.5% de toda água quando os rios ocupam só 0.0002%. De toda a água existente no planeta Terra só 2.7% é água doce e que de toda a água doce disponível para uso da humanidade, cerca de 98% está na forma de água subterrânea. A água subterrânea pode ocorrer tanto em rochas duras compactas (rochas ígneas e metamórficas), como em rochas sedimentares não consolidadas (areias e cascalhos, por exemplo) e também nas de maior consistência (calcários). O caminho subterrâneo das águas é o mais lento de todos, devido a que a percorrem zonas do solo, zona intermédia e franja capilar e, finalmente, depositam-se na zona saturada (fig. 4.2). Superfície do terreno não Rocha fracturada Ar Água subterrânea aderida por atracção molecular à superfície das partículas rochosas Superfície da água Grava Ar Altura aproximada do nível freático Todos os vazios abaixo do nível freático cheios com água subterrânea Figura 4.2 – Ocorrência da água subterrânea e referência do nível freático As rochas sedimentares correspondem apenas a 5% de todas as rochas da crosta terrestre, sendo responsáveis pelo armazenamento de cerca de 95% da água subterrânea existente no planeta, devido às suas características de material mais poroso. Os aquíferos, de forma geral, podem ser classificados em relação ao tipo de rocha armazenadora, em aquíferos contínuos (porosidade primária) e descontínuos (porosidade secundária). Os primeiros estão associados às rochas sedimentares, e os segundos, principalmente as rochas ígneas e metamórficas (o calcário apesar de origem sedimentar apresenta porosidade secundária). Aquíferos contínuos, são tipos de aquíferos que se caracterizam por uma fase sólida, constituída por grãos de natureza petrográfica, forma e dimensões, muito variadas e apresentam espaços vazios de pequenas dimensões definidos como poros ou interstícios que são ocupados por líquidos ou gases: água, ar ou vapor de água. 214 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A maior ou menor potencialidade desse tipo de aquífero depende, principalmente, do percentual de vazios da matriz da rocha (porosidade total) e da conectividade entre eles (permeabilidade). Muitas vezes esses poros podem ser preenchidos por material (cimentação) tal como se vê na fig. 4.3, e que diminui o volume de vazios e algumas vezes por material fino que podem tornar a rocha totalmente impermeável. Figura 4.3 – Potencialidade do tipo de aquífero em função dos poros Os aquíferos contínuos podem ainda ser classificados, em função da pressão a que está submetida a água, em livres e confinados. Aquíferos livres: a forma da superfície superior do aquífero (nível freático) depende da topografia do terreno em parte, tendendo em geral a acompanhar a conformação da superfície do solo. O limite superior do aquífero é definido pela própria superfície do lençol. Na superfície do lençol, a água nos poros do aquífero encontra-se sob pressão atmosférica como se estivesse em um reservatório ao ar livre (fig. 4.4.a). A pressão hidráulica em determinado ponto do lençol freático é igual à sua profundidade multiplicada pelo peso volúmico da água, medida da superfície livre até o ponto em questão, podendo ser expressa pela coluna de água ou pressão hidrostática, em metros. Quando um poço é perfurado num lençol freático, o nível estático da água no poço é o mesmo que o da superfície livre do aquífero. A superfície livre do lençol não é estacionária, movendo-se periodicamente para cima quando a zona de saturação recebe mais água de infiltração vertical e para baixo nos períodos de estiagem e/ou quando a água armazenada previamente flui para as nascentes, cursos de água, poços e outros pontos de descarga da água subterrânea. Os aquíferos confinados, quando um aquífero se encontram entre duas camadas impermeáveis este, se encontra confinado (fig. 4.4.b). Pelo facto de a camada confinante superior ser impermeável, a água encontra sob uma pressão maior que a pressão atmosférica. b) a) Figura 4.4 – Esquema do aquífero livre e confinado 215 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Quando um poço é perfurado através da camada superior confinante atingindo o aquífero, a altura da água no poço apresenta a pressão a que se encontra submetida a água no aquífero (fig. 4.5). A pressão hidrostática em determinado ponto do aquífero é expressa em metros de água sendo igual à distância vertical desse ponto naquele nível multiplicado pelo peso volúmico da água. Z on a d e re ca rga 1 1 - P o ç o c a p ta n d o a q u ífe r o c o n fin a d o 2 - P o ç o c a p ta n d o a q u ífe r o c o n fin a d o 3 - P o ç o c a p ta n d o a q u ífe r o l i v r e N C - N í v e l p ie z o m é t r ic o c o n fin a d o N L - N ív e l p i e z o m é t r ic o l iv r e A - A q u í fe r o c o n fi n a d o B - A q u í fe r o li v r e 2 3 NC Figura 4.5 – Esquema de aquíferos contínuos (livres e confinados) Uma superfície imaginária representando a pressão em todos os pontos ou parte de um lençol confinado é a superfície piezométrica. Esta é análoga à superfície efectiva do lençol dos aquíferos livres. Os aquíferos descontínuos, são compostos por rochas duras cujos principais vazios são essencialmente constituídos por fracturas abertas (fig. 4.6.a). As águas nesses tipos de rochas são encontradas preenchendo estas fracturas e apresentam características bem distintas daquelas dos aquíferos contínuos. Os aquíferos constituídos por zonas abertas por dissolução como nos calcários são denominados aquíferos cársticos (fig. 4.6.b). Em relação ao potencial hidrogeológico entre os tipos de falhas, as normais são as que apresentam as melhores características em função de se originarem a partir de esforços de tracção, tendendo a apresentar maiores aberturas. As do tipo inverso e transcorrente são fruto de esforços compressivos, gerando planos de falha muito fechados, sendo as do tipo transcorrente de menor potencialidade uma vez que são associadas a processos de milonitização. Com respeito as fracturas, devem sempre ser consideradas aquelas resultantes de esforços de tracção por estarem mais abertas; mas as resultantes de cisalhamento são fechadas. a) Falha b) Aquífero cársico Figura 4.6 – Falha no maciço rochoso (aquífero descontínuo) e aquífero cársico 216 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações O fluxo da água subterrânea em aquíferos fracturados depende essencialmente das características das fracturas presentes cujos principais elementos são a sua abertura, rugosidade das paredes e material de preenchimento. pH no micro ambiente na área dos minerais 4.2.2. Alteração da qualidade natural da água por drenagem ácida das rochas Drenagem ácida de rochas resulta da oxidação de minerais sulfurados e lixiviação de metais associados, que provem de rochas sulfurosas quando são expostas ao ar e água. Este processo é função do tempo e compreende processo de oxidação quer química quer biológica, tais como a precipitação e o encapsulamento. A fig. 4.7 ilustra o processo da drenagem ácida de rochas em função do pH e o tempo, compreendendo três etapas. Este processo geralmente caracteriza-se por valores de pH abaixo de 7 e até 1.5, alcalinidade decrescente e acidez crescente alta concentrações de sulfato, metais e sólidos dissolvidos totais (Tabela 4.3). 8 7 Estabilização de minerais em função do pH 6 5 Etapa I 4 Etapa II 3 2 1 0 Etapa III REACÇÕES NA ETAPA III Fe+2 + 1/4O2 + H+ FeS2(s) + 14Fe+3 + 8H2O REACÇÕES NA ETA I E II Fe-2 + 2SO4-2 + 2H+ FeS2(s) + 7/2O2 + H2O Fe+2 + 1/4O2 + H+ Fe+3 + 1/2H2O Fe(OH)3(s) + 3H+ Fe+3 + 3H2O Fe+3 + 1/2H2O 15Fe+2 + 2SO4-2 + 16H+ 3H+ Intervalo de tempo Tempo Figura 4.7 – Esquema das etapas em drenagem ácida de rochas (Summers, L., et al., 1999) Nas explorações mineiras as fontes primárias principais da drenagem ácida são as pilhas de escombros, as pilhas de lixiviação, as barragens de rejeitados, as frentes de exploração subterrâneas e/ou de céu aberto ou cortas de pedreiras e outras actividades como a construção de estradas. Os minerais sulfurosos estão geralmente abaixo da capa do solo e do nível freático, que dentro de certas condições naturais existe algum mínimo contacto com o oxigénio, permitindo a geração de água ácida a uma velocidade muito baixa com efeito insignificante sobre a qualidade da água. Mas quando a rocha sulfurosa é exposta reage com o ar e água acelerando a velocidade de geração ácida e consequentemente ocasionando um potencial risco ambiental. 217 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 4.3 – Etapas no processo da drenagem ácida de rochas (Summers, L., et al., 1999) Descrição Ao produzir-se a oxidação química dos minerais sulfurosos e gerar-se acidez, existe uma alcalinidade suficiente (CaCO3) para neutralizar a acidez e precipitar o ferro em forma de hidróxido e assim manter água que escoa sobre a rocha neutra a alcalina (pH> 7). Ao diminuir a fonte alcalina (esgotamento ou inacessibilidade aos minerais carbonatados, CaCO3) o pH da água decresce até 4.5 e 3.5 (acidez algo alta) e ocorrem reacções de oxidação química e biológica, água drena com altas concentrações de Fe2+ e SO42- . Ao descer o pH a acidez aumenta, as reacções de oxidação química transformam-se a biologicamente catalisadas e o Fe2+ transforma-se em Fe3+. Água que drena é ácida (pH <3.5) com SO42- e metais dissolvidos de alta concentração. Etapas I II III Na exploração mineira e particularmente na subterrânea (fig. 4.8), as superfícies expostas usualmente são as zonas dos jazigos minerais pelo que têm conteúdo de metal mais alto que a zona de estéreis. Além de isso as técnicas de exploração permitem gerar uma grande área de rocha fragmentada, que em contacto com o ar e água produzem águas ácidas. Outro aspecto que influência na alteração ambiental das águas subterrâneas é o desabamento que podem provocar as aberturas da exploração e a utilização do enchimento hidráulico. Os minerais mais comuns em minas metálicas que podem ser activados pela oxidação e lixiviação e gerar drenagem ácida estão apresentados na Tabela 4.4. Os minerais de cobre podem estar associados com zinco, arsénio e níquel e com menor frequência com cádmio e chumbo. Nos jazigos estes metais apresentam-se como sulfuretos que incluem calcopirite, pirite, arsenopirite, galena e esfalerite. LEGENDA Precipitação pluvial Infiltração Filão ∇ Drenagem ácida Nível freático pré-exploração Falha Desmontes Galeria Nível freático pós-exploração Rocha quebrada ∇ Rio ou lago Galeria Figura 4.8 – Água subterrânea e drenagem ácida de rochas 218 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Os metais associados com minerais de cobre e ouro em forma de sulfosais têm a tendência a apresentar-se num maior estado de oxidação. 4.3. Caracterização de águas subterrâneas 4.3.1. Balanço hidrológico e caudal de água subterrânea A equação do balanço hidrológico, é baseado na conservação da massa de água num sistema, seja a escala regional ou de bacia e está dada pela equação (4.1), onde P representa à precipitação (mm/dia), ES é o escoamento superficial, EV é a evaporação, ∆H é a mudança no nível de água subterrânea e ∆S é a mudança no nível de humidade do solo. Esta equação pode variar no caso de existir escoamento de água entre bacias vizinhas. (4.1) P = ES + EV ± ∆H ± ∆S Tabela 4.4 – Minerais e produtos aquosos de oxidação completa (Lawrence, R.W., et al., 2000) Metal Mineral Produtos da oxidação iónica Ferro Pirite, FeS2 Fe2+, Fe3+, SO42-, H+ Fe2+, Fe3+, SO42-, H+ Pirrotite, Fe1-xS Fe2+, Fe3+, SO42-, H+ Marcassite FeS2 2+ Cobre Calcopirite, CuFeS2 Cu , Fe2+, Fe3+, SO42-, H+ Covelite, CuS Cu2+, SO42Calcosina, Cu2S Cu2+, SO422+ Bornite, Cu5FeS4 Cu , Fe2+, Fe3+,SO42-, H+ Zinco Esfalerite, ZnS Zn2+, SO42- +, H+ Marmatite, (Zn,Fe)S Zn2+, Fe3+, SO42-, H+ Chumbo Galena, PbS Pb2+, SO42-, H+ Ni2+, SO42Níquel Milherite, NiS 2+ Pentlandite, (Fe, Ni)9S8 Ni , Fe2+, Fe3+,SO42-, H+ Manganês Rodocrosite, MnCO3 Mn2+, Mn3+, Mn4+ Mn2+, Mn3+, Mn4+ Alabandite, MnS Molibdénio Molibdenite, MoS2 MoO42-, SO42-, H+ Arsénio Arsenopirite, FeAsS AsO43-, Fe2+, Fe3+, SO42-, H+ AsO43-, SO42- , H+ Realgar, AsS AsO43-, Cu2+, SO42-, H+ Oropimente, As2S3 2+ Tetraedrite, Cu12(Sb,As)4S13 Cu , SbO3-, AsO23- + SO42-, H+ Mercúrio Cinábrio, HgS Hg2+, SO42-+ H+ 2+ Cobalto Cobaltite, CoAsS Co , AsO43-, SO42-, H+ A intensidade da precipitação pluvial P (mm/h) pode-se calcular pela equação de Dillon, 1954 (4.2), onde T é o período de retorno (anos) e t é a duração da chuva (minutos) e mediante a equação de Holland, 1967 (4.3) que inclui o parâmetro N que é o número de sucessos em 10 anos. P = 152.T 0.2 t 0.6 (4.2) 219 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações  t  P = 25.4   60 N  0.318 (4.3) Os valores típicos de escoamento superficial e precipitação pluvial variam segundo os continentes e regiões (Tabela 4.5 e na Tabela 4.6). O continente com maior precipitação pluvial, evapotranspiração e escoamento superficial é a América do Sul e o que regista valores mais baixos é Austrália sendo o continente Europeu ligeiramente baixo. Tabela 4.5 – Balanço hidrológico de continentes (Baumgartner e Reichel, 1975) Precipitação Evapotranspiração Escoam. Continente Área (mm/ano) (mm/ano) Superf.(mm/ano) (106 km2) Europa 10.0 657 375 282 Sul América 17.9 1564 946 618 Norte América 24.1 645 403 242 Ásia 44.1 696 420 276 África 29.8 695 582 114 Austrália 7.6 447 420 27 Antártida 14.1 169 28 141 Total terra 148.9 746 480 266 A Hydraulic Research, de Wallingford (1983) propõe a equação (4.4) para o cálculo do escoamento superficial Qe (m3/s), baseado no coeficiente volumétrico de escoamento superficial Ce (Tabela 4.7), intensidade de chuva P (mm/h) e área da bacia A (Km2). Qe = 0.3614C e PA (4.4) Baseado no ciclo e balanço hidrológico de Chow, et al., (1988) (fig. 4.1), a quantidade da água subterrânea Qs (m3/s) calcula-se com a equação (4.5) considerando como variável o caudal das águas do escoamento superficial (Qe) e mediante a equação (4.6) para Qs em equivalente a mm/h e em função da precipitação pluvial (P). Qs = 0.02632Qe = 0.00951C e PA (4.5) Qs = 0.01P (4.6) A capacidade de produção de água subterrânea depende de vários parâmetros que são: o Produção específica (PE), é a quantidade de água do aquífero, expressa em percentagem, que drena livremente pela influência da gravidade. É menor em relação à porosidade, já que parte da água não é livre devido às forças de enlace como a tensão superficial (Tabela 4.8); 220 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 4.6 – Balanço hidrológico para diferentes usos do terreno (Kiely, G., 1999) Autor Local Uso da terra Law 1956 Inst.Hidrology 1970 Inst.Hidrology 1970 Law 1956 Bishop 1991 Shutleworth 1988 Kirby et al. 1991 Fahey, Watson UK UK UK UK Scotland Amazónia Austrália New Zel. 100% mato 22% mato 70% mato Pastos Pastos 100% mato 68% mato Pastos P (mm/ano) 984 1496 1544 1135 2200 2593 2620 1150 ES EV (mm/ano) (mm/ano) 711 273 953 555 1049 495 717 421 460 1740 1393 1820 770 500 650 Perdas (%) 72 64 32 37 21 53 30 57 Coeficiente de armazenamento (CA), expressa o volume de água que um aquífero acumula por unidade de superfície e por unidade de variação da altura piezométrica. Segundo Davis e Cronwell (1991), este valor varia de 10-3 a 10-5 para aquíferos confinados e de 10-2 a 0.35 para aquíferos livres, expressos em m3 de água/m3 de aquífero. o Gradiente hidráulico (dh/dx), é a pendente da linha da superfície piezométrica em m/m; o Condutividade hidráulica (K), é a média da capacidade do meio rochoso ou solo para permitir a passagem da água expressa em m/s (Tabela 4.8); o Transmissibilidade (T), é a velocidade de escoamento por unidade de largura do aquífero expresso em m2/s, cuja expressão matemática é T = Kb, onde b é a espessura (altura) do aquífero e K é a condutividade hidráulica (m/s). Tabela 4.7 – Coeficiente de escoamento para diferentes superfícies (Kiely, G., 1999) o Descrição da área Ruas Zonas arenosa com pastos com pendente: <2% 2-7% >7% Zona industrial ligeira Zona de vivendas Ce 0.7 – 0.9 Descrição da área Estradas Zonas argilosa com pastos com pendente: <2% 2-7% >7% Zona industrial pesada Zona vivendas uni familiares 0.05 – 0.1 0.1 – 0.15 0.15 – 0.2 0.78 – 0.95 0.50 – 0.70 Ce 0.75 – 0.85 0.13 – 0.17 0.18– 0.22 0.23 – 0.35 0.50 – 0.80 0.25 – 0.40 Tabela 4.8 – Produção específica e porosidade de alguns materiais (adaptado de Jhoson, A. I., 1967) Material Argila Arenito Calcário Xisto Basalto Depósito glaciar Porosidade (%) 36 – 60 5 – 30 5 – 50 0 – 10 3 – 35 32 Produção específica PE Condutividade hidráulica K (%) (m/s) 3 10-11 – 10-9 5 10-10 – 10-6 2 10-6 – 10-2 3 10-13 – 10-9 10-10 – 10-5 16 10-12 – 10-6 221 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 4.3.2. Escoamento da água subterrânea O escoamento em aquíferos é tridimensional, mas quando o gradiente hidráulico é predominantemente unidimensional o escoamento tende a ser unidimensional. A lei de Darcy para escoamento de águas subterrâneas está expressa pela equação (4.7), onde Qs é o caudal de água (m3/s), K é condutividade hidráulica (m/s), A é área da secção transversal do aquífero (m2), h2 – h1 é a queda de pressão (m), l2 – l1 distância horizontal entre h2 e h1 (m) (fig. 4.9).  h − h1   dh   Qs = − KA  = KA 2  dx   l 2 − l1  (4.7) O caudal de água por bombagem em aquífero confinado fig. 4.10.a e aquífero livre fig. 4.10.b é determinado mediante a equação (4.8) e (4.9), respectivamente.  h − hb   Qb = 2πkb  Ln(r / rb )  (4.8)  h 2 − hb 2   Qb = πk   ( / ) Ln r r b   (4.9) Terreno natural Nível freático real h2 Aquífero livre Nível freático suposto V h1 Impermeável l2 – l1 Figura 4.9 – Esquema do escoamento da água subterrânea Em aberturas subterrâneas já existentes é recomendável realizar medições do caudal nos locais respectivos utilizando qualquer dos métodos indicados a seguir: o Instalação de vertedores (ou canais Parshall) para valetas ou canais abertos ou parcialmente cheios; o Método de enchimento dum recipiente com volume conhecido, controlando o tempo, recomendável para caudais pequenos ou intermitentes; o Caudal estimado a partir das características do sistema de bombagem; o Cronometragem do percurso dum objecto flutuante entre dois pontos fixos para determinar a velocidade superficial, já que a velocidade real para escoamento laminar é aproximadamente igual a 0.8 da velocidade superficial. Neste método é necessário conhecer a secção húmida na valeta de drenagem. 222 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Qb Qb r r rb rb ∇ ∇ ∇ Impermeável h hb ∇ Aquífero livre b Aquífero confinado h hb Impermeável Impermeável a) Aquífero confinado b) Aquífero livre Figura 4.10 – Escoamento da água em aquíferos no regime estacionário O processo de medição do caudal da água subterrânea nas aberturas existentes deve ter pelo menos uma estação por cada afluente (galeria ou rampa secundária) à galeria ou rampa de drenagem principal e necessariamente na saída à superfície do nível de drenagem (túnel ou galeria) tal como se ilustra na fig. 4.11. Estas estações podem ser utilizadas também para a colheita com fins de caracterização da qualidade da água. Este procedimento permite caracterizar frentes e áreas dos trabalhos subterrâneos com um determinado caudal de água subterrânea e correlacionar com a litologia e fracturas ou falhas existentes no maciço rochoso. ⊗ Agua de rio Precipitação pluvial ⊗ Pontos de cohleita Escoamento da água Água subterrânea drena ao rio Galeria 2 ⊗ Galeria 1-B ⊗ ⊗ ⊗ Galeria 1-A Galeria 1-B Galeria 1-A ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ Nível freático ⊗ b) Planta a) Corte Figura 4.11 – Esquema das estações de medição e colheita de água subterrânea na etapa de caracterização 4.3.3. Drenagem ácida da água A fim de procurar as medidas correctivas do impacte ambiental por drenagem ácida da água é importante avaliar os factores que controlam a velocidade e magnitude da geração da acidez, os processos químicos e reagentes intervenientes (fig. 4.12). 223 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Drenagem ácida Agua ou atmosfera húmida Minerais sulfurosos Temperatura VELOCIDADE POTENCIAL NA GERAÇÃO ÁCIDA Bactérias (Thiobacillus ferroxidans) DE GERAÇÃO pH Oxigénio da atmosfera ou de fontes químicas Figura 4.12 – Componentes potenciais para a geração de ácidos e factores que controlam a velocidade As reacções na produção do ácido expressam-se geralmente como a oxidação da piririte em sequência (fig. 4.13) embora a pirrotite e marcassite também srjam considerados como fontes da drenagem ácida. Todos os minerais sulfuroso tem potencial de oxidação e lixiviação de metais. Portanto, alguns minerais com associação de ferro (calcopirite, enargite, galena, esfalerite e arsenopirite), podem gerar a acidez e metais dissolvidos na água, pela acção do sulfureto de ferro. Na sequência (2) da reacção da pirite, a velocidade de produção do ferro férrico (Fe3+) controla o processo total de oxidação, mas por catálise biológica esta reacção e algo rápida (Thiobacillus ferroxidans, Thiobacillus thiooxidans e Sulfolobus). A velocidade da oxidação bacteriana é função da temperatura, do pH (fig. 4.14), da disponibilidade do oxigénio, do bióxido de carbono e dos nutrientes (N2, P) e da área superficial do mineral sulfuroso exposto. FeS2 + 7/2O2 + H2O 2+ Fe 2+ Fe 2- + + 2SO4 + 2H + + 1/4O2 + H pH >4.5 <4.5 (1) 3+ Fe 3+ Fe VELOCIDADE DE OXIDAÇÃO Rápida Lenta + 1/2H2O + 3H2O 3+ (2) + Fe(OH)3 + 3H 14Fe +FeS2 + 8H2O 2+ 15Fe (3a) + 2- + 16H +SO4 (3b) Figura 4.13 – Seqüência da reacção de oxidação da pirita na drenagem ácida Em termos gerais a velocidade de oxidação, quer química quer biológica, aumenta com o acréscimo da temperatura, portanto uma oxidação contínua pode criar condições favoráveis para o incremento das bactérias oxidantes. A produção de H+ e a consequente diminuição do pH até um nível adequado para as bactérias que oxidam o sulfato e ferro, a produção de Fe3+ e o aumento de temperatura devido ao processo exotérmico, oferecem condições ideais para a acção das bactérias. 224 1.2 1 Biológica 0.8 0.6 Química 0.4 0.2 0 0 5 10 15 20 25 Temperatura (ºC) 30 35 40 Velocidade normalizada de oxidação da pirite Velocidade normaliza da de oxidação da pirite Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 1 0.9 Biológica 0.8 0.7 0.6 Química 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 pH Figura 4.14 – Efeito da temperatura e pH sobre a velocidade de oxidação química e biológica da pirite (Summers, L., et al, 1999) A quantidade de acidez que se pode liberar da oxidação de mineral sulfuroso determina-se a partir das equações mostradas na fig. 4.13. Por exemplo a oxidação de 1 mol de pirite produz 4 moles de acidez (4H+) que é expressa das equações seguintes: FeS2 + 7/2O2 + H2O = Fe2+ + 2SO42- + 2H+; Fe2+ + 1/4O2 + 1/2H2O = Fe(OH)3 + 2H+ No processo de lixiviação, a solubilidade de muitos metais aumenta na medida que o pH diminui abaixo de 7, e quando o pH aumenta alguns dos metais em solução podem precipitar. Em alguns casos a drenagem contaminada também serve como lixiviante, promovendo a dissolução dos minerais oxidados que podem ser inertes ou de baixa solubilidade. Em aberturas subterrâneas já existentes, como no caso de minas em operação, na etapa da caracterização da qualidade da água é recomendável realizar ensaios in situ e colheita sistemática nas aberturas subterrâneas e também a montante e a jusante da água superficial da bacia para onde se drena a água de mina (ribeira, rio, lago ou mar) (fig. 4.11). Os principais poluentes relacionados com a drenagem de água subterrânea são os sólidos em suspensão, o nível de acidez, concentração de partículas e metais. Podem constituir também poluentes, os lubrificantes e gasóleo utilizados pelos equipamentos. Para o processo de colheita é conveniente tomar medidas de precaução contra a contaminação de amostras, seleccionando os recipientes apropriados, lavando-os e manipulando adequadamente, em concordância a os padrões recomendados, como por exemplo da EPA dos E.U.A.(Tabela 4.9). O volume de amostra para a análise de diferentes parâmetros pode variar segundo os laboratórios mas, em termos gerais, de cada estação de colheita serão suficientes três recipientes (Tabela 4.9), que devem ter sido lavados com ácido. 225 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 4.9 - Volume, condição, objectivos da análise e tempo de armazenamento de amostras de água (baseado em EPA E.U.A., 1993) Recipiente Condição da Objectivo Tempo de (litros) amostra da análise armazenamento máximo 1 Não filtrada, não Parâmetros físicos e iões 24 horas preservada principais ½ Não filtrada, não Metais totais e sólidos totais 6 meses preservada dissolvidos ½ Filtrada e Metais dissolvidos 6 meses preservada As amostras podem ser simples ou compostas. As amostras simples usam-se quando o caudal de água é algo constante ou intermitente e quando as amostra compostas podem ocultar algumas das condições extremas (pH, temperatura). As amostras compostas são aquelas formadas por amostras individuais tomadas em diferentes momentos, neste caso o volume de cada amostra individual (Vi) por unidade de caudal instantâneo no momento em que a amostra i é tomada (Qi) está expresso pela equação (4.10), onde V é o volume total da amostra composta, n é número de amostras a misturar e Qm é o caudal médio. Vi V = Qi nQm (4.10) Para medições in situ existem sondas, manuais ou portáteis, que determinam o pH, temperatura, condutividade, oxigénio dissolvido, o grau de limpidez e o sulfato. 4.4. Padrões e normas sobre a qualidade da água 4.4.1. Capacidade do sistema de bombagem como padrão de referência Para identificar o risco ambiental subterrâneo devido à quantidade de água, podese tomar como referência o caudal potencial de água que pode gerar uma inundação, a falta duma medida de controle adequado e oportuno. Portanto, o caudal referencial para a determinação dos níveis do risco ambiental tem relação com a capacidade máxima da estação de bombagem num local determinado Qmáx (m3/s ou l/s) e o caudal potencial de água presente no local indicado Q (m3/s ou l/s), que, com sua variação por causas operacionais ou abatimentos do maciço rochosos provocado pelas escavações pode gerar risco de inundação. 4.4.2. Padrões e normas de qualidade de águas subterrâneas Os padrões de qualidade das águas subterrâneas são referidos aos efeitos que poderiam produzir como efluente ambiental ou quando a sua descarga é feita em águas superficiais, portanto os padrões estão relacionados ao tipo de uso a serem destinadas estas águas. Na União Europeia tem-se estabelecido os níveis máximos permissíveis para consumo humano mediante a Directiva do Conselho n.º 75/440/CEE de 16-06-1975 226 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações (Tabela 4.10). Esta directiva é relativa aos requisitos a que deve satisfazer, após a aplicação dos tratamentos apropriados, a qualidade das águas doces superficiais utilizadas, ou destinadas a produção de água potável. As águas subterrâneas, as águas salobras e as águas destinadas ao reabastecimento das toalhas subterrâneas não são abrangidas pela directiva referida. As normas de qualidade aplicáveis às águas piscícolas (Decreto Lei 236/98 de Portugal) são fixadas com base nos parâmetros físico-químicos e biológicos que, a fim de permitir a vida e o crescimento de peixes (salmonídios, ciprinídos), contribui para a boa qualidade dos produtos passíveis de consumo pelo homem (Tabela 4.11). Tabela 4.10 – Padrões de águas doces superficiais destinados à produção de água para consumo humano (Directiva do Conselho n.º 75/440/CEE de 16-06-1975) (disponível em http://www.diramb.gov.pt/data/basedoc/txt_ln_18745_1_0001.htm) A União Europeia definiu mediante a Directiva do Conselho n.º 79/923/CEE de 30-10-1979 com respeito à qualidade das águas conquícolas e é aplicável às águas do 227 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações litoral e às aguas salobras que tenham sido consideradas pelos Estados membros como águas que necessitam ser protegidas ou melhoradas a fim de permitir a vida e o crescimento de moluscos (moluscos bivalves e gastrópodes) e contribuir, assim, para a boa qualidade dos produtos conquícolas que podem ser directamente consumidos pelo homem. Tabela 4.11 – Padrões de valor máximo admissível (VMA) de águas piscícolas Decretolei n.º 236/98 (disponível em http://www.diramb.gov.pt/data/basedoc/txt_ln_18745_1_0001.htm) Parâmetros S Fonte térmica (jusante) (ºC) pH Sólidos suspensos (mg/l) Nitrito (mg/NO2) Amoníaco não ionizado (mg/l ) NH3 Azoto amoniacal (mg/l NH4) Cl resid. Disp. total (mg/l HOCl) Zinco total (mg/l Zn) Cobre solúvel (mg/l Cu) Água de salmonídeos (VMA) ∇T <1.5 da temperatura natural 50% ≥ 9, 100%> 7 6–9 25 0.01 0.025 1 0.005 0.3 0.4 Água de Ciprinídeos (VMA) ∇T <3 da temperatura natural 50% ≥ 7 6–9 25 0.03 0.025 1 0.005 1.0 0.04 Mediante a Directiva do Conselho n.º 80/778/CEE de 15-07-1980 a EU define os valores máximos admissíveis (qualidade de água) destinados ao consumo humano. Estas directivas estabelecem que os estados membros da EU adoptem estas normas da qualidade dentro da sua norma respectiva. A norma de qualidade das águas de rega (Decreto Lei 236/98 de Portugal) visa proteger a saúde pública, a qualidade das águas superficiais e subterrâneas, as culturas que podem ser afectadas pela má qualidade das águas de rega e os solos cuja aptidão para a agricultura pode ser degradada pelo uso sistemático de águas de má qualidade para rega (Tabela 4.12). Tabela 4.12 – Padrões de valor máximo admissível (VMA) de águas destinadas à rega expressos em mg/l (Decreto-lei n.º 236/98, disponível em http://www.diramb.gov.pt/data/basedoc/txt_ln_18745_1_0001.htm) Parâmetro S Alumínio (Al) Berílio (Be) Cádmio (Cd) Cobalto (Co) Crómio (Cr) Lítio (Li) Molibdénio (Mo) Selénio (Se) Zinco (Zn) VMA 20 1.0 0.05 10 20 5.8 0.05 0.05 10 Parâmetro S Arsénico (As) Boro (B) Chumbo (Pb) Cobre (Cu) Flúor (F) Manganés (Mn) Níquel (Ni) Vanádio (V) pH 228 VMA 10 3.75 20 5.0 15 10 2.0 1.0 4.5-9.0 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações No caso de Portugal o Decreto-Lei n.º 236/98 de 1 de Agosto, contempla valores limite admissíveis (VLA) de águas doces para fins aquícolas, águas piscícolas (águas de salmonídeos e águas de ciprinídeos), para um pH de 6.9 com variação de ± 0.5 na escala de Sorensen, amoníaco não ionizado de 0.025 mg/l NH3, cloro residual disponível total 0.005 mg/l HOCL. Para salmonideos e ciprinídeos respectivamente, os valores são de oxigénio dissolvido 50% ≥ 9 e 50% ≥7, de zinco total 3.0 e 1.0 mg/l. A Association for Environmental Health and Ciences dos E.U.A. apresenta um resumo dos padrões de níveis máximos permissíveis considerados por EPA para a poluição mediante produtos hidrocarbonetos (Tabela 4.13) para acções de medidas correctivas. A National Primary Drinking Water Regulations dos E.U.A. considera os níveis máximos admissíveis (Tabela 4.14) para componentes inorgânicos. O Banco Mundial mediante a INTERIM (Environment, Health and Safety Guidelines Mining and Milling - Underground) estabelece a norma de qualidade para os efluentes líquidos descarregados nas águas de superfície procedentes dos rejeitados, da drenagem de mina, das bacias do sedimentação, dos sistemas dos esgotos e da drenagem de aluviões (Tabela 4.15). Não se aplicam para regulamentar a descarga dos rejeitados ao ambiente marinho. Tabela 4.13 – Níveis máximos permissíveis para hidrocarbonetos poluentes de água subterrânea em Pensilvânia E.U.A. (disponível em http://www.aehs.com/surveys/groundwater/2001/pa.htm) Produto Gasolina sem chumbo Querosene, óleo diesel no. 1 Querosene, óleo diesel no. 2 Componente Benzeno Tolueno Etil benzeno Xylenes Cumene MTBE Naftaleno Benzeno Tolueno Ethylbenzeno Cumene Naftaleno Fluoreno Benzeno Tolueno Ethylbenzeno Cumene Naftaleno Fluoreno Phenanthrene Laboratório, Teste e Protocolo EPA 5030B/8260B or 524.2 EPA 5030B/8260B or 524.2 EPA 5030B/8260B or 524.2 EPA 5030B/8260B or 524.2 EPA 5030B/8260B or 524.2 EPA 5030B/8260B or 524.2 EPA 5030B/8260B or 524.2 EPA 5030B/8021B, 5030B/8260B or 524.2 EPA 5030B/8021B, 5030B/8260B or 524.2 EPA 5030B/8021B, 5030B/8260B or 524.2 EPA 5030B/8021B, 5030B/8260B or 524.2 EPA 5030B/8021B, 5030B/8260B or 524.2 EPA 8270C, 8310 or 525.2 EPA 5030B/8021B, 5030B/8260B or 524.2 EPA 5030B/8021B, 5030B/8260B or 524.2 EPA 5030B/8021B, 5030B/8260B or 524.2 EPA 5030B/8021B, 5030B/8260B or 524.2 EPA 5030B/8021B, 5030B/8260B or 524.2 EPA 8270C, 8310 or 525.2 EPA 8270C, 8310 or 525.2 229 Padrão 5 µg/l 1000 µg/l 700 µg/l 10000 µg/l 1100 µg/l 20 µg/l 100 µg/l 5 µg/l 1000 µg/l 700 µg/l 1100 µg/l 20 µg/l 1500 µg/l 5 µg/l 1000 µg/l 700 µg/l 1100 µg/l 100 µg/l 1500 µg/l 1100 µg/l Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 4.13 (cont.)– Níveis máximos permissíveis para hidrocarbonetos poluentes de água subterrânea em Pensilvânia E.U.A. (disponível em http://www.aehs.com/surveys/groundwater/2001/pa.htm) Produto Componente Laboratório, Teste e Protocolo Padrão Benzeno EPA 5030B/8021B, 5030B/8260B or 524.2 5 µg/l Óleo diesel Naftaleno EPA 5030B/8021B, 5030B/8260B or 524.2 100 µg/l nº 4,5,6, Lubrificante Phenanthrene EPA 8270C, 8310 or 525.2 1100 µg/l s óleo & Pyrene EPA 8270C, 8310 or 525.2 130 µg/l Fluidos Chrysene EPA 8270C, 8310 or 525.2 1.9 µg/l Benzeno EPA 5030B/8021B, 5030B/8260B or 524.2 5 µg/l Tolueno EPA 5030B/8021B, 5030B/8260B or 524.2 1000 µg/l Ethylbenzeno EPA 5030B/8021B, 5030B/8260B or 524.2 700 µg/l Cumene EPA 5030B/8021B, 5030B/8260B or 524.2 1100 µg/l Naftaleno EPA 5030B/8021B, 5030B/8260B or 524.2 100 µg/l Pyrene EPA 525.2 13 µg/l Benzo (a) EPA 525.2 0.9 µg/l antraceno Óleo usado Chrysene EPA 525.2 1.9 µg/l pelo motor Benzo (b) EPA 525.2 0.9 µg/l fluoranthene Benzo (a) pyrene EPA 525.2 0.2 µg/l Indeno(1,2,3EPA 525.2 0.9 µg/l cd)pyrene Benzo EPA 525.2 0.26 µg/l (g,h,i)perylene Chumbo EPA 6020 or 7421 5 µg/l (dissolvido) Tabela 4.14 – Níveis máximos permissíveis para água de consumo humano nos E.U.A. (Maximum Contaminant Level, MCL, http://www.epa.gov/safewater/mcl.html) Componente inorgânico Antimónio Arsénio Asbesto (fibras> 10 µm) Bário Berilo MCL (mg/l) 0.006 0 Componente inorgânico Mercúrio (inorgânico) Nitrato (medido como Nitrogénio) 7 milhões Nitrito (medido como fibras/ litro Nitrogénio) 2 0.004 Selénio Tálio 230 MCL (mg/l) 0.002 10 Componente inorgânico Cádmio Cromo (total) MCL (mg/l) 0.005 0.1 1 Cobre Chumbo 1.3 0.0 0.05 0.0005 Cianeto Fluoreto 0.2 4.0 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 4.15 – Padrões de qualidade de efluentes líquidos de drenagem de minas segundo Banco Mundial (disponível em www.ifc.org/enviro/enviro/pollution/min_pit.pdf) Poluente VMA (mg/l) Poluente VMA (mg/l) pH 6a9 Ferro, total 2 BODs* 50 Chumbo 0.6 Óleo e gordura 20 Mercúrio 0.002 Sólidos totais 50 Níquel 0.5 Arsénio 1 Zinco 1 Cádmio 0.1 Cianeto livre 0.1 Crómio exavalente 0.05 Cianeto, total 1 Crómio, total 1 Cobre 0.3 Temperatura no ponto de mistura do efluente com água receptora Máximo 3 ºC acima da temperatura da água receptora. Máximo 3 ºC se Temperatura da água receptora> 28 ºC BODs : Biochemical oxygen demand 4.5. Matriz base para a identificação do risco ambiental devido à alteração da água subterrânea Baseado no caudal referencial definido pela capacidade máxima de bombagem para um local determinado Qmáx (m3/s ou l/s) e o caudal potencial de água presente no local indicado Q (m3/s ou l/s) que pode gerar risco de inundação, elaborou-se a matriz (Tabela 4.16) que permite identificar o nível de impacte ambiental ocasionado pelo caudal de água subterrânea. Tabela 4.16 – Matriz base para a identificação do nível de impacte ambiental subterrâneo devido ao caudal da água Nível de impacte ambiental Caudal de água no ambiente subterrâneo Leve Qmáx ≤ Q≤1.05Qmáx Moderado 1.05Qmáx < Q ≤ 1.1Qmáx Alto Q>1.1Qmáx Com a base nos padrões de qualidade de águas indicados nas Tabelas 4.10 a 4.15 para fins de consumo humano, rega e piscícolas, elaborou-se a matriz base para a identificação do impacte ambiental ocasionado pela alteração da qualidade de águas subterrâneas (Tabela 4.17) tendo como indicadores o pH e o valor admissível da concentração de metais CVLA em relação à concentração real ou existente Cr. Tabela 4.17 – Matriz base para a avaliação do risco ambiental subterrâneo devido ao caudal e concentração de metais de água Concentração de metais Nível de pH risco Rega Cons. humano Piscícola Leve 4.5 ≥pH >3.5 6.5 ≥pH >5.5 6 ≥pH >5 1.05CVLA ≥ Cr> CVLA Moderado 3.5 ≥ pH >2.5 5.5 ≥ pH >4.5 5 ≥ pH >4 1.10CVLA ≥ Cr> 1.05CVLA Alto Cr> 1.10 CVLA pH ≤ 2.5 pH ≤4.5 pH ≤4 231 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 4.6. Medidas correctivas para o impacte ambiental em relação a água subterrânea 4.6.1. Para o impacte ambiental por efeito do caudal O impacte ambiental por efeito do caudal de água nas escavações subterrâneas está relacionado com a inundação, cuja medida correctiva é a utilização dum sistema de bombagem, seja centrífuga (fig. 4.15.a) ou seja submersa (fig. 4.15.b). Valeta ou reservatório Valeta ou reservatório A r b) a) Figura 4.15 – Esquema do sistema de bombagem com bomba sucção/compressão a) e com bomba submersa b) A procura das medidas correctivas consiste em determinar a altura manométrica total de bombagem e com o caudal de água caracterizado, dimensionar a potência do motor da bomba e seleccionar o equipamento adequado para o caso específico. É conveniente indicar que bombas do tipo centrífugo apresentam limitações extremas com relação à profundidade de sucção. Para o cálculo da altura manométrica total AMT (m) num sistema utilizando bomba centrífuga, consideram-se as seguintes variáveis: o desnível de sucção h (m), o desnível de recalque H (m), perda por atrito nos tubos e recalque (Anexo 4.1), perda por atrito nas conexões (Anexos 4.2, 4.3, 4.4 e 4.5) e caudal máximo anual de água subterrânea caracterizado num determinado local Q (l/s). O modelo esquemático da fig. 4.15 mostra um sistema típico utilizando bomba centrífuga e submersa e os parâmetros a serem considerados para o cálculo da altura manométrica total. O número e tipo de conexões são variáveis, na prática, para cada situação específica. Para o cálculo da altura manométrica total para bombas centrífugas AMTc (m) utiliza-se a equação (4.11) onde a altura manométrica de sucção é AMS (m), a altura manométrica de recalque é AMR (m). AMTc = 1.1( AMS + AMR) (4.11) 232 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A altura manométrica de sucção AMS é determinada com a equação (4.12) onde as perdas por atrito na tubulação de sucção estão representadas por PAS (m), as perdas de pressão nas conexões de sucção por PSC (m) (Tabelas dos Anexos 4.2, 4.3, 4.4 e 4.5) e altura de sucção mediante h (m). AMS = PAS + PSC + h (4.12) A PAS é determinada em função do coeficiente de atrito Ca (%) (Tabela do Anexo 4.1) e comprimento da tubulação de sucção Ls (m) com a equação (4.13). PAS = C a Ls 100 (4.13) A altura manométrica de recalque AMR (m) calcula-se pela equação (4.14) onde as perdas de carga por atrito na tubulação de recalque é PAR (m), perdas de pressão nas conexões no recalque é PCR (m) (Tabelas dos Anexos 4.2, 4.3, 4.4 e 4.5) e altura de recalque e Hr (m). AMR = PAR + PCR + H r (4.14) A PAR é determinada em função do coeficiente de atrito Ca (%) (Tabela do Anexo 4.1) e comprimento da tubulação de sucção Lr (m) com a equação (4.15). PAR = C a Lr 100 (4.15) A potência do sistema de bombagem calcula-se pela equação (4.16) considerada por Karassik, I. J., 1992, onde PB é a potência da bomba (Hp), Q é o caudal de água (l/s), AMT é a carga total (m), ρ é a massa volúmica da água (t/m3) e E é o rendimento combinado do motor e da bomba (factor). PB = Q. AMT .ρ 76.E (4.16) O modelo esquemático da fig. 4.15.b mostra um sistema típico utilizando bomba submersa e os parâmetros a serem considerados para o cálculo da altura manométrica total. O número e tipo de conexões são também variáveis, na prática, para cada situação específica. Para este caso a altura manométrica total AMTs (m) pode-se calcular com a equação (4.17), onde Nd é o nível dinâmico (m) e a altura manométrica de recalque AMR se calcula com a equação (4.14). AMTc = 1.1( AMR + Nd ) (4.17) As perdas por atrito em tubulações e conexões são obtidas em tabelas específicas para cada diâmetro em particular. A potência do motor das bombas submersas também e calculada com a equação (4.16) dada para bombas centrífugas. Com a altura manométrica total, caudal de água e a potência do motor calculada pode-se definir a bomba a instalar como medida correctiva. Outro procedimento técnico é utilizar as curvas características das bombas e seleccionar a bomba requerida. Em função 233 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações do requerimento as bombas podem ser instaladas em série ou em paralelo, dotando-se sempre uma de reserva (segurança) para cada bomba. 4.6.2. Para o impacte ambiental por efeito da drenagem ácida a) Neutralização da acidez da água: o processo consiste na adição de um material alcalino, sendo o mais usado o calcário (CaCO3) e cal propriamente dita (CaO ou Ca (OH)2), devido ao seu baixo custo e eficácia, embora outros reagentes como a soda cáustica (NaOH), cinza em pó (Na2CO3) e rejeitados alcalinos são também úteis em alguns casos. O processo químico de neutralização envolve as seguintes reacções: H2SO4 + CaCO3 CaSO4.H2O + CO2 H2SO4 + Ca(OH)2 CaSO4.2H2O O primeiro produto obtido mediante este processo é o gesso como parte solúvel em água (2.1 g/l a 25ºC) que forma parte do único sulfato em proporção de uns 2.1 g/l. b) Oxidação e precipitação: a maior parte dos metais precipitam em forma de hidróxidos ou óxidos de metal hidratados e quando associados aos sulfuretos precipitam em forma de gesso. Espécies como As, Sb, P, V, Ti e Si precipitam como compostos com cálcio no caso de usar cal como neutralizante. A efectividade no processo da precipitação é limitada pela solubilidade dos precipitantes e do pH do sistema. Em geral, as operações de precipitação da maioria dos metais são a um pH de 9 a 9.5. O êxito ou fracasso no tratamento mediante este processo está na compreensão do processo químico e variáveis operacionais em relação ao consumo de cal, da energia, do volume de lamas e da qualidade de tratamento de afluente. A seguir apresenta-se o comportamento químico de alguns metais: Ferro: está presente nas águas ácidas como ião ferroso (F+2) ou férrico (Fe+3). A precipitação do ião ferroso requer dum alto consumo de cal e consequentemente a formação de lodo que gera problemas de manipulação e a sua velocidade de oxidação é mais rápida que o ião férrico quando a solução é de pH neutral. 2Fe+2 + 1/2O2 + 2 H+ 2Fe3+ + H2O Fe+3 + 3OH- Fe(OH)3- Manganês: os iões presentes são Mn+2, Mn+3 e Mn+4 sendo que a precipitaçao de Mn em solução aquosa produz o Mn(OH)2 a um pH sobre 10.5, ou então mediante a oxidação de Mn+2 de Mn+3 ou de Mn+4 precipitam em forma de Mn2O3.xH2O ou MnO2 a um pH acima de 9.5. O Mn+2 é resistente à oxidação em condição neutral ou acida mas pode ser oxidado o Mn+3 ou Mn+4 em condição básica com oxidação de agentes como permanganato de potássio ou de cloro. Na hipótese de usar o sistema de reciclagem no tratamento o poluente no lodo é MnO2. A completa oxidação do MnO2 realiza-se com consumo baixo de cal e a produção de lamas é estável num meio com pH constante. Mediante este processo é difícil remover o manganês, pelo que o processo orgânico é o mais recomendável. +2 234 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Arsénio: pode ser removido com cal em meio aquoso com pH> 12, mediante o processo químico seguinte: 2H3AsO4 + 3Ca(OH)2 Ca3(AsO4)2 + 6H2O A solubilidade do arsenato de cálcio cresce dramaticamente quando o pH decresce e também em contacto com bióxido de carbono, mas o CaCO3 actua como deprimente, como descreve a reacção química a seguir: 3 CaCO3(s) + 2 HAsO4-2 + H+ Ca3(AsO4)2(s) + 3HCO3O processo da precipitação do arsenato férrico está expressa pela equação a seguir. 2H3AsO4 + Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 2FeAsO4.2H2O + 3CaSO4.2H2O Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 + 6H2O 2Fe(OH)3 + 3CaSO .2H2O Zinco: pode precipitar como hidróxido consoante a equação química que mostra o processo: Zn+2 + 2OHZn(OH)2 Teoricamente o pH óptimo para precipitação do hidróxido de zinco é de 9.5. O zinco em solução pode também precipitar como carbonato. Zn+2 + CO32ZnCO3 Cobre: o pH teórico para precipitar o cobre em forma de hidróxido é próximo de 8.2, mas é suficiente com um pH de 7.0. Tal como que o zinco, o cobre pode precipitar em forma de carboneto ou hidróxido, mediante o processo químico para precipitação de hidróxido de cobre: Cu+2 + 2OHCu(OH)2 +2 2Cu + CO3 CuCO3 O processo de neutralização e precipitação mediante a utilização de meio alcalino (cal) pode-se observar na fig. 4.16 e fig. 4.17. Depósito de cal Água Água ácida Tanque de cal Regulador de cal Reactor de neutralização e oxidação Decantação ao ambiente Ar Depósito de lodo Figura 4.16 – Processo do tratamento de neutralização de água ácida com uso de cal 235 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações c) Tratamento da acidez e poluentes metálicos dos efluentes com processo aeróbio e anaeróbio: os processos aeróbios são organismos para os quais o oxigênio livre do ar é imprescindível à vida. Os anaeróbios, ao contrário, não requerem ar ou oxigênio livre para manter a vida. O sistema anaeróbio utiliza material orgânico além de produzir a redução biológica do sulfato. Frações orgânicas: os compostos biológicos em general contêm diferentes grupos funcionais, que produzem uma variedade de reacções com os iões metálicos em solução, diminuindo a sua concentração nos efluentes; Redução biológica do sulfato: consiste em remover a acidez e produzir o sulfureto de hidrogénio, que dependendo do pH permite a formação de sulfuretos de metais insolúveis em forma de precipitado. Pode-se afirmar que há uma grande actividade das bactérias sulfato redutoras (Desulfovibrio sp) que atenuam sobre o sulfato na água de mina, para produzir sulfureto de hidrogénio e bicarbonato. 2CH2O + SO4-2 H2S + 2 HCO3Água Floculante Alimentação de cal Água ácida Tanque de cal Neutralização e oxidação Tanque de mistura cal/lama Clarificação Tanque de mistura rápida Decantação do efluente Ar Ao depósito de lama Lama sobre a Figura 4.17 – Processo de precipitação de elementos metálicos de água ácida O sulfureto de hidrogénio (ou ácido sulfídrico) resultante reage com os metais pesados na água de mina, e se produz a precipitação deles como sulfuretos: A reacção antes descrita ainda produz a acidez, mas a reacção redutora de sulfato produz mais alcalinidade (uma mole em excesso sobre a acidez produzida) e assim prevalecem as condiciones alcalinas. 236 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações CO2 + H2O H CO3- + H+ O acréscimo do pH do efluente em alguns metais possibilitam a formação do hidróxido ou óxido para em seguida precipitarem. Me+3 + 3H2O Me (OH)3 + 3H+ Além do processo indicado apresenta-se movimento do ião ferro: 2 Fe+3 + H2S 2 Fe+2 + S + 2H+ Finalmente, estabiliza-se precipitando como carbonato de ferro. Fe+2 + HCO3- + OHFe CO3 + H2O. +3 O ferro sempre se apresenta como Fe e Fe+2. O primeiro é controlado mediante um processo aeróbio por oxidação e como hidróxido a um pH >5.5 e o segundo num processo anaeróbio por redução como sulfureto. O processo de tratamento de águas ácidas de mina mediante sistemas passivos compreende desde a descarga de água ácida (efluente problema), neutralização, o depósito anaeróbio, o depósito anaeróbio e efluente final (fig. 4.18). SO4-2 + 2H2O + BSR H2S + 2HCO3H2S + Me+ MeS + 2 Onde, BSR = Bactérias Sulfato Redutoras (1 x 106 UFC/ml) e Me = Cu, Fe, Pb o Zn. Com o calcário ocorrem as seguintes reacções: CaCO3 + 2H+ Ca+2 + H2CO3 CaCO3 + H2CO3 Ca+2 + 2HCO3CaCO3 + CO2 + H2O Ca+2 + 2HCO3Bioreactor Drenagem ácida Rompe pressão Processo aeróbio Depósitos de neutralização Processo anaeróbio Química do processo Efluente final Reservatório Figura 4.18 – Tratamento de águas ácidas mediante o sistema passivo 237 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Na interacção entre o composto e o líquido problema ocorre o seguinte: H2S + 2HCO32CH2O + SO4-2 Dependendo das condições químicas da água ácida, os componentes para este processo podem ser: 150 kg de serradura de madeira, 487 kg de estrume de ovelha, 345 kg de sedimento vegetal e 98 kg de areia classificada de rio. As bactérias tiobacillus ferroxidans, que são as que originam o pH baixo dos efluentes de mina, com a consequente dissolução dos metais, são mitigadas pelas bactérias sulfato-redutoras do género desulfovibrio, desulfotomaculum e desulfococus, que habitam no composto incubado previamente em 21 dias no charco (wetland) anaeróbio. Para a aplicação destes processos químicos e biológicos recomenda-se realizar experiências à escala piloto e depois à escala industrial. Informação adicional relativamente ao tratamento passivo de águas ácidas podese encontrar na tese intitulada Ambiente mineiro: tecnologias de diafnóstico, prevenção e tratamento passivo das águas ácidas contaminadas por minerais sulfurados (Fidalgo de Matos, M.C, 2002). 4.7. Monitorização e controle A monitorização tem dois objectivos: detectar o início da oxidação que pode conduzir à drenagem ácida e avaliar a efectividade da medida correctiva aplicada. A monitorização da quantidade e qualidade da água subterrânea obedece a padrões ou normas determinadas. As estações de monitorização deverão estar localizadas em pontos estratégicos de modo que seja possível avaliar o nível de efectividade da medida correctiva, que permita conservar a qualidade ambiental. A monitorização do caudal da água subterrânea é recomendável realizar em estações de medição localizadas em afluentes da rede de drenagem por gravidade no sentido da estação de bombagem e na saída ao exterior ou superfície principalmente. Para o caso de monitorização da qualidade da água será basicamente na saída de água subterrânea à superfície e a montante e a jusante do rio, se a descarga é a um rio ou ribeira. 238 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações . Balanço hídrico e quantificação da água subterrânea . Redes de drenagem de água no ambiente subterrâneo . Capacidade de bombagem . Fontes da drenagem ácida . Pontos de descarga em águas naturais superficiais . Níveis permissíveis da qualidade da água Base de dados Previsão do nível do impacto ambiental devido ao caudal e drenagem ácida Qualidade da água na saída à superfície . Caudal de água nos afluentes à estação de bombagem . Caudal de água na saída à superfície . Plano de monitorização . Pontos de medição . Elaboração de modelos para registo de dados Medições de caudal e amostragem Qualidade da água a montante e jusante (rio, etc.) Alternativas de medidas correctivas Aplicação Medidas correctivas . Análise laboratorial de amostras . Identificação do nível de impacto ambiental ∪ Procura de medidas correctivas ∪ Plano de contingência e/ou medidas correctivas imediatas Sim Impacte ambiental alto? Não . Identificação de locais com impacto moderado e leve . Procura de medidas correctivas Figura 4.19 –Metodologia de gestão ambiental da água subterrânea A engenharia do ambiente subterrâneo relacionada com águas subterrâneas considera uma sequência de acções (fig. 4.19) que permitam caracterizar as fontes de alterações das condições naturais das águas subterrâneas, identificar o nível de impacte ambiental, procurar alternativas de medidas correctivas, aplicar a medida correctiva mais viável e acompanhar com uma monitorização e controle, para verificar a efectividade das medidas aplicadas e desta forma garantir a efectiva protecção ambiental. A frequência da monitorização deve ser semanal ou mensalmente e a monitorização adicional quando se apresentarem situações de mudança (degelos, fortes chuvas, mudança da carga do poluente, mudança no processo de exploração). 239 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Capítulo 5 INSTABILIDADE E DESABAMENTO DE ROCHAS 5.1. Efeitos da instabilidade e desabamento de rochas A abertura subterrânea resulta da escavação de rochas feita pelo homem, como objectivo de aproveitar o recurso natural (mineral) ou espaço do subsolo. Esta abertura produz alteração do estado natural de tensões do meio rochoso, com a posibilidade de originar desabamento ou queda de blocos, podendo causar efeitos ambientais negativos, problemas operacionais e até atentar a própria vida humana. O desabamento e queda de blocos no ambiente subterrâneo constituem um risco ambiental, quer no subsolo quer no exterior. No exterior através das subsidências do terreno que atingem a superfície e no subsolo, por arriscar a vida humana (trabalhador) e afectar as operações de exploração. 25 1986:138 1987:96 1988:93 1989:115 1990:96 1991:74 1992:68 1993:61 Acidentes fatais (%) 20 15 10 1994:88 1995:94 1996:120 1997:96 1998:87 1999:85 2000:54 2001:78 5 de pe ss oa s Tr an si to O ut ro s ns po rte tra ue da e Li m Q pe za es liz am en to D Q ue da de ro ch as 0 Figura 5.1 – Causas da perda de vidas humanas em minas subterrâneas do Peru (www.snmep.org.pe, 2001) Os efeitos do desabamento no ambiente subterrâneo, reflecte-se em: a) Ferimentos leves; b) Ferimentos que inabilitam o homem; c) Ferimentos mortais ou fatais. 241 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Em trabalhos de exploração subterrânea, ocorrem com muita frequência os acidentes fatais, sendo a queda ou desabamento de rochas o factor mais importante. Como se mostra no caso das minas do Peru (fig. 5.1). 5.2. Causas da instabilidade e desabamento das rochas A instabilidade e desabamento de rochas em escavações subterrâneas depende dos seguintes factores: Propriedades geomecânicas e geotécnicas do maciço rochoso circundante, forma e tamanho da abertura, profundidade a que se encontra e método construtivo utilizado. Bieniawski, Z.T., (1992) indica que o desabamento ou queda de rochas em escavações subterrâneas é causado por: 1. Movimento de blocos de rocha causado pela acção da gravidade, pressão da água ou tensões in situ; e/ou 2. Sobrecarga da rocha intacta. Hudson, J. A., et al. (1997) relaciona os factores que ocasionam o desabamento de rochas, médiante uma matriz de interacção (fig. 5.2) que considera: a estrutura do maciço rochoso; as tensões existentes; interacção maciço e suporte; a forma da aberturas; a influência da percolação da água; as falhas e alterações; a profundidade de localização da escavação; e o método construtivo. Numa diagonal da matriz (fig. 5.2) estão os factores principais que originam a instabilidade e queda de rochas, sendo estes factores os seguintes: o Estrutura do maciço rochoso, que compreende as características físicas e mecânicas da rocha in situ e suas características geomcânicas das descontinuidades; o As tensões existentes no terreno antes de realizar a escavação; o As condições hidrogeológicas ou de percolação de água no terreno; o Forma da escavação e o método construtivo usado. 242 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações ESTRUTURA DO MACIÇO ROCHOSO As descontinuidades têm relação com a permeabilidade Rocha sã com maior resistência P Rocha intacta e descontinuidades Alta E 1,2 Altas tensões 1,1 2,1 A meteorização é causada pela água das chuvas 1,3 Conectividade O campo de tensões altera a juntas e permeabilidade TENSÕES EXISTENTES Tensões causam fracturas σ3 Fractura ⊥ a σ3 Escavação/técnicas de suporte 1,4 Curva de resposta do maciço δ A forma da abertura influi nas tensões in situ σ1 σ2 Água σ3 2,3 2,2 Tensões PERCOLAÇÃO DE ÁGUA A tensão é reduzida pela pressão da água 2,4 Drenagem durante a construção Escoamento de água τ ∇ 3,3 3,2 Tensão efectiva σ 3,1 3,1 Risco causado pelo desmonte e concentração de tensões Maior perturbação próximo á superfície Próximo á superfície existe alteração de tensões 3,4 Drenagem MÉTODO CONSTRUTIVO Métodos, custos, etc. 4,1 4,3 4,2 4,4 Figura 5.2 – Matriz de interacção para aberturas subterrâneas (Hudson, J.A., et al., 1997) 5.3. Caracterização geotécnica das rochas hospedeiras da abertura subterrânea A efectiva aplicação de medidas correctivas para os riscos ambientais devidos à instabilidade e queda de rochas é função do nível de identificação real dos parâmetros ou factores que provocam tal situação, que é realizada mediante estudos geológicos e geotécnicos. 243 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 5.3.1. Qualificação do maciço rochoso mediante índices Um índice muito usado é o denominado Rock Mass Ratio (RMR) proposto por Bieniawski, Z.T. (1989) e utilizado para a qualificação e classificação das rochas, determinado médiante a expressão (5.1) que considera os parâmetros de resistência à compressão (1), o valor de RQD (Rock Quality Designation) e separação de diaclases (2 + 3), o estado das diaclases (4), o efeito das águas e a orientação da escavação (5), que pode avaliar médiante a Tabela 5.1. O índice RMR conduz à classificação do maciço rochoso em cinco categorias (Tabela 5.2). RMR = (1) + (2) + (3) + (4) + (5) (5.1) Outro índice muito usado é o Q (Tunneling Quality Índex) proposto por Barton, N., et al., (1980), determinado mediante a equação (5.2) onde, RQD é o Rock Quality Designation (Deere, D. U., 1964), Jn é o valor relacionado com as juntas, Jr é o valor de rugosidade, Ja é o valor função da alteração, Jw é o factor relacionado com a água, e SRF é o factor devido à condição da tensão. Todos os índices são determinados com base à Tabela 5.3 proposta por Barton.  RDQ  J r  Q =  J  n  J a  J w     SRF  (5.2) Tabela 5.1 – Parâmetros de qualificação do maciço rochoso (Bieniawski, Z. T., 1989) RMR (1) Resistência à compressão simples da rocha intacta Valor (kg/cm2) Ponderação >2500 15 1000-2500 12 500-1000 7 250-500 4 50-250 2 10-50 1 <10 0 RMR (2 + 3) RQD e separação de diaclases Juntas por metro Ponderação Juntas por metro Ponderação 0 40 1 34 16 17 2 31 17 16 3 29 18 15 4 28 19 14 5 27 20 14 6 26 21 13 7 25 22 13 8 24 23 12 9 23 24 12 10 22 25 11 11 21 26 11 12 20 27 10 13 19 28 10 14 18 29 9 15 17 30 9 Juntas por metro 3 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 Ponderação 9 8 8 7 7 7 6 6 6 5 5 5 4 4 4 RMR (4) Estado das diaclases Resistência Ponderação Abertura Ponderação Ponderação <1 6 0 6 Muito rugoso 6 Recheio Não há Ponderação 6 Não afectado 6 Rugosidade Meteorização Ponderação 1–3m 4 < 0.1 mm 5 5 Duro com espessura < 5 mm 5 3 – 10 m 2 0.1 – 1 mm 4 Ligeiramente rugoso 3 Duro com espessura > 5 mm 4 Ligeiro 5 Rugoso 10 – 20 m 1 1 – 5 mm 1 20 m 0 5 mm 0 Liso Espelho de falha 1 Brando com espessura < 5 mm 1 0 Brando com espessura > 5 mm 0 Moderado Alto Descomposto 3 2 0 244 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações RMR (5) Efeito da água Estado Ponderação Seco 15 Lig. húmido 10 Húmido 7 Pingando 4 Escoamento 0 RMR (5) Correlação segundo a orientação da escavação subterrânea e as descontinuidades Direcção perpendicular ao eixo da escavação Escavação ao pendor Escavação contra o pendor Pendor 45º Pendor 20º Pendor Pendor 20º - 90º - 45º 45º - 90º 45º Muito Favorável Média Desfavorável favorável 0 -2 -5 -10 Direcção paralela ao eixo da escavação Pendor 45º Pendor 90º 20º - 45º Muito Média desfavorável -12 -5 Pendor 0º 20º qualquer direcção Média -5 A correlação entre o índice Q e a dimensão equivalente (De) expressa pela equação de Barton (5.3) é ilustrada pela fig. 5.3, onde se vê a curva crítica (Dec) e sua respectiva equação, que define a necessidade ou não de suporte para uma determinada qualidade de rocha Q e tamanho da abertura, expresso como dimensão equivalente (De). De = L ESR (5.3) Tabela 5.2 – Categorias do maciço rochoso segundo o índice RMR (Bieniawski, Z. T., 1989) RMR Categoria Estado da rocha 81 - 100 61 - 80 41 - 60 2 0- 40 < 20 I II III IV V Muito boa Boa Média Mà Muito má Na equação (5.3) L é a largura, diâmetro ou altura da escavação (m) e ESR é o índice de suporte da escavação (Excavation Support Ratio) (Tabela 5.4). A correlação entre os índices RMR e Q, tendo em consideração o tipo de obra subterrânea, pode ser expressa médiante as equações (5.4), (5.5) e (5.6). RMR = 10.5 ln Q + 44 Para escavações de túneis de obras civis (5.4) RMR = 10.5 ln Q + 42 Para escavações em mineração (5.5) RMR = 15 ln Q + 50 (5.6) Barton Tabela 5.3 – Ponderação de parâmetros para o Q (Barton, N. et al. 1980) Descrição 1. ROCK QUALITY DESIGNATION RQD A. Qualidade muito má B. Qualidade má C. Qualidade média D. Qualidade boa E. Qualidade excelente Valor RQD 0 – 25 25 – 50 50 – 75 75 – 90 90 - 100 Descrição 4. ÍNDICE DE DICLASES (Jn) Maciça, sem diaclases ou com poucas fissuras Uma família de diaclases. Uma família e algumas diaclases aleatórias. Duas famílias de diaclases . Duas famílias e algumas diaclases aleatórias. Três famílias de diaclases. Três famílias e algumas diaclases aleatórias. Quatro famílias de diaclases. Rocha triturada e terrosa. 245 Valor 0.5 – 1.0 2 3 4 6 9 12 15 20 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 5.3(cont.)– Ponderação de parâmetros para o Q (Barton, N. Et al. 1980) Descrição 2. ÍNDICE DA DESCONTINUIDADE DE DICLASES (Jr) a). Contacto nas duas faces da descontinuidade. b). Contacto nas duas faces da descontinuidade com deslocamento < 10 cm. A. Diaclases descontinuas. B. Diaclases onduladas, rugosas e irregulares. C. Diaclases onduladas lisas. D. Diaclases onduladas perfeitamente lisas. E. Diaclases planas, rugosas ou irregulares. F. Diaclases planas, lisas. G. Diaclases planas, perfeitamente lisas. c). Rocha fora do contacto. H. Zona contém argila, minerais precisam muita prevenção do contacto da parede da rocha. I. Zona arenosa, grava e queda, precisa muita prevenção do contacto da parede da rocha. 3. ÍNDICE DE ALTERAÇÃO DAS DESCONTINUIDADES (Ja) a). Contacto entre os planos da descontinuidade. A. Descontinuidade fechada, dura impermeável, quartzo. B. Planos descontinuidade inalterados, superfície ligeiramente manchada . C. Ligeira alteração de descontinuidades. Apresenta minerais secos, partículas de areia, rocha desintegrada livre de argila, etc. D. Cobertura de argila com limo e areia. Fracção pequena de argila (não branda). E. Cobertura de argila branda ou de baixa fricção, suave ou pequenas camadas (1 – 2 mm) de argila e mineral caolinite, mica, clorita, talco e grafite. b). Contacto entre os planos da descontinuidade ante um deslocamento cortante inferiores a 10 cm (minerais cheios em pequenas espessuras). F. Partículas de areia, argila desintegrada de rocha, etc. G. Forte consolidação, compacto, enchimento de argila e mineral (continuo <5 mm espessura). H. Consolidação Média a baixa, enchimento de argila e mineral suave (< 5 mm espessura). I. Enchimento argila expansiva, montmorilhonite (continuo <5 mm espessura). Valor Descrição 5. FACTOR DE REDUÇÃO POR ÁGUA (JW) A. Escavações secas ou pequenas afluências inferiores a 5l/min de forma localizada. B. Afluência ou pressão média com lavagem ocasional do enchimento de diaclases. C. Afluência importante ou alta pressão, em rocha competente com descontinuidades sem enchimento. D. Afluência importante ou alta pressão, com lavagem considerável de enchimento das diaclases. E. Afluência excepcionalmente alta escoamento ou pressão elevada, no momento de disparos e decadência com o tempo . F. Afluência excepcionalmente alta ou pressão elevada persistente, sem diminuição apreciável. 4 3 2 1.5 1.5 1.0 0.5 1.0 1.0 0.75 1.0 2.0 3.0 4.0 4.0 6.0 8.0 8.0-12.0 6.0 8.0 8.0-12.0 6. ÍNDICE POR CONDIÇÕES DA TENSÃO (SRF) a). Zonas débeis intersectam à escavação, podendo-se produzir desabamento da rocha a medida que a escavação do túnel avança. A. Muitas zonas débeis, contém argila ou rocha desintegrada quimicamente, rocha de entorno muito instável (a qualquer profundidade de escavação). B. Isoladas zonas débeis com argila ou desintegração química de rochas (profundidade de escavação <50 m). C. Isoladas zonas débeis, com argila ou rocha desintegrada quimicamente (profundidade de escavação) (> 50 m). D. Múltiplas zonas de fractura em rocha incompetente (sem argila) rocha de entorno solta (qualquer profundidade de escavação). E. Zona de fracturas isoladas em rocha competente (sem argila) (profundidade de escavação <50 m). F. Zona de factura isoladas em rocha competente (sem argila) (profundidade de escavação> 50 m). G. Terreno solta, diaclases aberto, fortemente fracturado (qualquer profundidade). b). Rochas competentes, problemas de tensão nas rochas. H. Baixa tensão, perto da superfície, diaclases abertas. J. Tensão média, condições de tensão favoráveis. 246 Valor 1.0 0.66 0.5 0.33 0.2-0.1 0.1-0.05 10.0 5.0 2.5 7.5 5.0 2.5 5.0 2.5 1.0 0.5-2.0 5.0-50.0 50-200 200-400 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 5.3(cont.)– Ponderação de parâmetros para o Q (Barton, N. Et al. 1980) Descrição c). Não se produz contacto entre planos da descontinuidade ante um deslocamento cortante (cheios de mineral de grande espessura). J. Zonas ou camadas de desintegração K. Queda de rochas e argila L. Condições várias de argila. M. Zonas de argila com limo ou com areia com algumas partes não seca. N. Zonas ou bandas contínuas de argila de espessura grossa. Ñ. Similar a N com condições várias de argila. Valor 5.0 10.0-13.0 13.20 Descrição K. Tensão alta , estrutura muito compacto. L Relaxamento moderado da rocha depois de alguns minutos em rocha maciça. M. Relaxamento e estalido da rocha depois de alguns minutos em rocha. N. Estalido violento da rocha e deformações dinâmicas iMédiatas em rocha maciça c).Rochas deformáveis: fluência plástica da rocha incompetente em meio de altas pressões de rocha. O. Suave pressão de deformação. P. Pressão de deformação intensa. d). Rocha expansiva: função da presença da água. R. Suave pressão expansiva. S. Intensa pressão expansiva. Valor 5.0-10.0 10.0-20.0 5.0-10.0 10.0-20.0 Tabela 5.4 – Valores de ESR actualizados (Barton, N., et al., 2000) Categoria da escavação A. Escavações mineiras de carácter temporário B. Galerias mineiras permanentes, túneis de centrais hidroeléctricas, túnel piloto, galerias de avanço em grandes escavações, câmaras de compensação hidroeléctrica C. Câmaras de armazenagem, planta tratamento de água, túneis para estradas e ferrovias, acesso a túneis. D. Centrais eléctricas subterrâneas, túneis para estradas e ferrovias primárias, câmaras para defesa civil, acesso e intersecção de túneis. E. Centrais de energia nuclear subterrâneas, estações de ferrovia, instalações públicas e desportivas, fábricas, túneis para tubos principais de gás. Dimensão equivalente De (m) Excepcionalmente má Extremamente má Pobre a moderada Muito má Boa a muito boa ESR 2-5 1.6 - 2 1.3 - 1.6 0.9 -1.0 0.5 - 0.8 Excelente 100 Precisa de suporte 10 Dec = 2.2821Q0.3838 Não precisa de suporte 1 0.1 0.005 0.01 0.1 1 10 100 1000 Q = (RQD/Jn) x (Jr/Ja) x (Jw/SRF) Figura 5.3 – Classificação geomecânica segundo o índice Q e requisito de suporte (Barton, N., et al., 1980) 247 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Barton, N. e Grimstad, E. (2000), correlacionam a velocidade das ondas P ou longitudinais Vp (m/s) com o índice Q, baseado em projectos realizados na Noruega, Suécia, Inglaterra e China (Hong Kong), obtendo a equação (5.7). V p −3500 Q = 10 1000 (5.7) Laubscer D.H. (1990), relaciona o esforço à compressão uniaxial (ECU) e a razão de ECU (rECU) com o índice RMR para obter o índice Rock Mass Strength (RMS) mediante a equação (5.8). O valor de rECU pode determinar mediante a Tabela 5.5.  RMR − rECU  RMS = 0.8ECU   80   (5.8) Tabela 5.5 – Valores típicos da razão da compressão uniaxial (rECU) (Laubscer, D.H., 1990) ECU(Mpa) >185 165-185 rECU (%) 20 18 145-164 125-144 105-124 85-104 65-84 45-64 35-44 25-34 12-24 5-11 1-4 16 14 12 10 8 6 5 4 3 2 1 Barton propõe a equação (5.9) para determinar o valor crítico do índice Q para o vão duma escavação subterrânea (B) em relação ao índice ESR. Q = (B / 2 ESR ) 2.5 (5.9) 5.3.2. Características de resistência, de deformabilidade e o efeito das descontinuidades 5.3.2.1. Parâmetros de resistência A equação de Mohr – Coulomb (5.10), expressa o critério de rotura plástica mediante a tensão axial de rotura σ´1 para diferentes valores da tensão de confinamento σ´3 , dada pela equação (5.10) em função da resistência à compressão simples do maciço σcm e o factor k: σ ´1 = k .σ ´3 +σ cm (5.10) O factor k é o declive da linha que se obtém ao representar σ1 em função de σ3 e é dado em função do ângulo de fricção do maciço φ, por: k= tg2(45º +φ/2) = 1 + senφ . 1 − senφ A resistência à compressão simples do maciço rochoso σcm vém dada pela equação (5.11), em função da coesão C e ângulo de fricção interna: σ cm = 2C cos φ (1 − senφ ) (5.11) A equação de Hoek e Brown (5.12), descreve o critério de rotura quer em rocha intacta quer em maciços rochosos com diaclasamento e meteorização, relacionando os esforços principais σ1 e σ3 (Hoek, E; Brown E.T., 1982), em função da resistência à 248 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações compressão simples da rocha intacta e factores m e s que dependem das propriedades da rocha (Tabela 5.6).   σ σ 1 = σ 3 + σ cm  m 3 + s    σ cm 0.5 (5.12) Quando não existe confinamento lateral (σ3 = 0) e s = 1 (ensaios de laboratório), resulta σ1 = σcm. A resistência à tracção σt determina-se considerando σ1 = 0, pelo que σ3 =σt resultando a equação seguinte: σ t = 0.5σ cm (m − (m 2 + 4 s) 0.5 ) (5.13) As equações determinadas por Ucar, R. (1986) (5.14 e 5.15) são aplicáveis para calcular a resistência ao corte τα e a tensão normal σn, em função do ângulo entre a tangente à superfície da falha e a direcção do esforço principal menor (envolvente de rotura de Mohr-Coulomb) α = 4 + β 2 , onde β é a inclinação da envolvente da falha. m.σ cm 1 − senβ  8  tan β  τα = σn = π (5.14) m.σ cm  1   3m s  +  + senβ  − σ c   2 8  2 sen β  16 m   (5.15) Tabela 5.6 – Valores típicos dos parâmetros do critério de rotura m e s (Hoek e Brown, 1980) Tipo de rocha Qualidade RMR 100 (intacta) 85 (muito boa) 65(boa) 44 (normal) 23 (má) 3 (muito ma) (1) (2) (3) (4) (5) m s m s m s m s m s 7.0 1.0 10.0 1.0 15.0 1.0 17.0 1.0 25.0 1.0 3.5 0.1 5.0 0.1 7.5 0.1 8.5 0.1 12.5 0.1 0.7 0.14 0.04 0.004 0.0001 0.00001 1.0 0.2 0.05 0.004 0.0001 0.00001 1.5 0.3 0.08 0.004 0.0001 0.00001 1.7 0.34 0.09 0.004 0.0001 0.00001 2.5 0.5 0.13 0.004 0.0001 0.00001 0.007 0 0.01 0 0.015 0 0.017 0 0.025 0 (1): Rochas carbonatadas bem cristalizadas (dolomitas, calcário, mármore, etc.) (2): Rochas argilosas litificadas (argilitos, limolitas, xistos, etc.) (3): Rochas arenosas bem cimentadas (arenitos, quartzitos, etc.) (4): Rochas ígneas de grão fino (andesita, dolerito, diabase, riolitos, etc.) (5): Rochas ígneas de grão grosso (Gneise, granito, quartzo-diorito, etc.) 249 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A tensão vertical principal σv (MPa) encontra-se em função da profundidade z (m) cuja expressão obtida por Hoek e Brown (1982) através de dados experimentais realizados em muitos países do mundo resulta a equação (5.16) e a correlação entre σv (tensão vertival in situ) e σh (tensão horizontal média) é expressa pela equação (5.17). σ v = 0.027 z σ v = K .σ h (5.16) para: (100/z) + 0.3 <K < (150/z) + 0.5 (5.17) Um modelo prático para estimar a tensão tangencial σθ (σθt no tecto e σθh nos hasteais) é o proposto por Hoek e Brown, baseado na tensão vertical in situ σv , valores de A e B (Tabela 5.7) e função da geometria da abertura subterrânea, segundo as equações seguintes: σ θt = ( A.k − 1)σ v σ θh = (B − k )σ v ( 5.18 ) ( 5.19 ) Tabela 5.7 – Valores das constantes A e B (Hook e Brown, 1982) VALORES DAS CONSTANTES A e B Para o caso de câmaras e pilares, Bieniawski realizou estudos do comportamento geotécnico de pilares obtendo a equação (5.20):   σ p = σ 1  0.64 + 0.36 B  H (5.20) em que, σP é o eforço no pilar, σ1 é esforço de uma amostra cúbica de dimensões críticas (exemplo de 1 m para carvão), B e H são largura e altura do pilar, respectivamente. 5.3.2.2. Parâmetros de deformação Para caracterizar a deformação da rocha usam-se normalmente o coeficiente de Poisson e o módulo de Young. Actualmente admite-se que o coeficiente de Poisson do maciço rochoso é igual ao da rocha intacta determinado em laboratório. O módulo de deformação, Em (GPa), pode ser calculado com as equações de Bieniawski, 1978 (5.21), de Serafim e Pereira, 1983 (5.22), de Hoek e Brown, 1995 (5.23), de Boyd, 1993 (5.24), de Barton, 1995 (5.25), de Hoek e Carranza-Torres, 2002 (5.26) e de Barton e Grimstad, 2000 (5.27 e 5.28); nas quais σc é a resistência à compressão simples da rocha (MPa), GSI (Geological Strehght Index), p´ é a tenssão efectiva (p´máxima = 1 MPa e p´mínima= 0.1 MPa), D é o factor de efeitos por detonação do explosivo e relaxação da tensão (Tabela 5.8) e Vp é a velocidade de propagação das ondas longitudinais (m/s). 250 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações E m = 2 RMR − 100 , para RMR>50 E m = 10 RMR −10 40 , para 35 <RMR<50 σ  E m =  c  10  100  0.5 GSI −10 40 Bieniawski (5.21) Serafim e Pereira (5.22) Hoek e Brown (5.23) , para RMR>50 E m = RMR 3 / 10 4 (p´máxima) e E m = RMR 4 / 10 6 (p´mínima), para RMR<35 Boyd (5.24) E m = 10 log Q 0.33 Barton  1 − D  σ c  Em =   10   2  100  0.5 GSI −10 40 , para RMR > 50 (5.25) Hoek e Carranza-Torres (5.26) E m = 25 log Q Para rochas não porosas Barton e Grimstad (5.27) Em = V p − 3500 40 Para Vp > 3500 m/s Barton e Grimstad. (5.28) As equações indicadas têm base experimental ou prático, o que reforça a fiabilidade para aplicação a problemas no domínio ambiental das rochas, embora se possam usar outros procedimentos, tais como: · Métodos de medição in situ (pressiodilatómetros e macacos planos); · Ensaios pressiométricos (aplicação em solos); · Ensaios dilatométricos (aplicação em rochas). Tabela 5.8 – Factor dos efeitos por detonação do explosivo e relaxação da tensão (D) (Adaptado de Barton, 2002 por Romana Ruiz, M., 2002) Tipo de trabalho Túnel RMR Médio a bom Médio a bom Pobre Pobre Qualquer Rampa Qualquer Céu aberto/pedreira Qualquer 251 Método de escavação Desmonte controlado TBM/Mecânica Mecânica/não apertando Mecânica/apertando Desmonte deficiente Desmonte controlado Ripado/corte Desmonte deficiente Mecânica Desmonte de produção D 0 0 0 0.5 0.8 0.7 0.7 1.0 0.7 1.0 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 5.3.3 EDZ (Excavatin Damaged Zone) na queda e desabamento de rochas A detonação do explosivo confinado nos furos perfurados em rocha, gera um grande volume de gases a altas temperaturas (2000 – 5000 ºC) e a altas pressões (10 - 40 GPa). A aplicação repentina destas cargas produzem impulsos de tensão compressiva na superfície interna do furo (rocha), provocando danos na zona circundante da abertura subterrânea. As dimensões dos danos dessa zona dependem do tamanho da carga explosiva detonada, resistência á força dinâmica das rochas, da velocidade de propagação da onda, e as velocidades da vibração transmitidas à rocha. Quando uma carga explosiva detona dentro dum furo podem distinguir-se danos de diverso tipo e dimensão, na zona circundante: 1) Zona de rocha triturada; 2) Zona de fracturas radiais; 3) Zona de expansão das fracturas; e 4) Zona elástica, onde não se forma nenhuma fractura. Os danos que podem ocorrer na rocha verificam-se antes da zona elástica (fig. 5.4 à esquerda). Subescavação Linha de dano por explosivo Rocha triturada Fissuras radiais Sobreescavação EDZ Expansão de fracturas Sobrerotura Linha equivalente de sobreescavação Linha “B” Linha “A” Linha actual de escavação Abertura subterrânea Zona de tolerância Linha “C” ou de betão Figura 5.4 – EDZ ocasionado na escavação duma abertura subterrânea com uso de explosivo A zona de trituração e facturação denomina-se como EDZ (Excavation Damaged Zone) que se apresenta sob duas formas: sobreescavação (“overbreak”) e subescavação (“underbreak”) chamada também DOW (Damage to the Opening Wall) (fig. 5.4 direita), que é a danificação de uma certa espessura de rocha circundante à abertura ocasionada pela acção explosiva (fig. 5.4 esquerda). Os factores que influenciam o valor de EDZ podem convenientemente ser agrupados em duas categorias: características do maciço rochoso (factores geológicos) e do explosivo (factores de desmonte de rochas) (Tabela 5.9). 5.3.3.1. Quantificação da sobreescavação e subescavação Para medir a sobreescavação e a subescavação, existem actualmente três métodos baseados na quantificação do perfil da escavação: manual, topográfico e de fotográfico. Este último método, denominado photographic light sectioning method (LSM), oferece diversas vantagens e é baseada no princípio da projecção duma luz radial ao perímetro da abertura subterrânea, de modo que os raios caracterizem o contorno do perímetro da cavidade. A imagem deste perímetro é guardada em arquivo informático, para análise computadorizada. 252 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 5.9 – Factores geológicos e de desmonte de rochas que influenciam o EDZ (Navarro Torres, V. e Dinis da Gama, C. 2002) Factores geológicos Orientação das diaclases Espaçamento das diaclases Enchimento com argila ou alteração Resistência da rocha Efeitos da tensão in situ Influência de água subterrânea Factores do desmonte de rochas Tipo de explosivo e factor de potência Concentração de carga explosiva Tempo de retardo Plano de fogo Erro na perfuração Diâmetro e comprimento dos furos carregados e furos vazios As análises gráficas e numéricas permitem o cálculo de valores de EDZ, ou seja Overbreak (O) e Underbreak (U) de forma quantitativa expressa normalmente em percentagem (%) (Tabela 5.10). Estes valores podem correlacionar-se com os factores geológicos expressos no índice de Barton, Q (Tunneling Quality Index), ou mediante a velocidade de propagação das ondas P, Vp (m/s) e com o factor de desmonte de rochas expresso em Energia Específica Periférica, EEP. A Energia Específica Periférica, EEP, é definida como a energia explosiva utilizada na escavação do maciço rochoso correspondente á zona periférica anelar da secção da abertura subterrânea. A EEP (kcal/m3) determinadas pela equação (5.29), com base no factor de potência da carga explosiva, utilizada nos furos periféricos Pf, dividida pelo volume de rocha desmontada nesta zona anelar (kg/m3) e a energia libertada pelo tipo de explosivo ou explosivos usados, Ee (kcal/kg). PPF = F p .E e (5.29) O índice Q de Barton é determinável pela equação (5.2) ou pelas equações (5.4), (5.5) ou (5.6). Tabela 5.10 – Resultados da análise gráfica e numérica Informação geral Nome da abertura subterrânea Localização exacta da secção (perfil) Data e hora da medição Parâmetros de EDZ Volume escavado (m3/m) Volume de sobreescavação (m3/m) (%) Volume subescavação (m3/m) (%) Correlacionando estes dois parâmetros com o Overbreak (O) e o Underbreak (U) obtêm-se as equações (5.30) e (5.31), onde os factores A, B , C, A´, B´, e C´ são coeficientes cujos valores se obtêm mediante processos estatísticos de regressão múltipla e que ponderam a qualidade do maciço rochoso, expresso pela velocidade de propagação das ondas P, Vp (m/s), e a Energia Específica Periférica, EEP (kcal/m3). O(%) = A + B.PPF – C.Vp (5.30) (5.31) U(%) = A´ – B´. PPF + C´.Vp Os valores dos seis factores são obtidos a partir de estudos in situ pelo que, as equações indicadas são particulares para cada caso ou projecto. Apresenta-se de seguida uma equação particular, determinada com base nos dados obtidos durante a escavação dum túnel do projecto hidroeléctrico em Nararit México (Ibarra, J.A., et al., 1996), em que os coeficientes, para uma correlação baseada 253 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações no índice Q de Barton e o factor de potência periférica do explosivo (ANFO), deram uma correlação de 0.86 e 0.913, respectivamente. O(%) = 3.38 + 0.01538EEP – 0.00145Vp U(%) = 5.8 – 0.01163EEP + 0.00072Vp Mesmo para um caso particular, estas equações podem ser úteis para previsões iniciais modificando os factores B e B´ para o tipo de explosivo a utilizar. A velocidade sísmica das ondas P é um parâmetro de fácil determinação mas precisa ter em consideração a influência da profundidade e porosidade (fig. 5.5) MUITO MÁ MÁ MÉD IA BOA M UITO BO A EXTR. BOA EXC. Velocidade sísmica das ondas P (km/s) H, PRO FUNDIDADE APROX. (m) n, POROSIDADE APRO X. (% ) Figura 5.5 – Velocidade sísmica das onda P em diferentes tipos de rocha (Barton, N., et al, 2000) 5.3.3.2. Quantificação da espessura de rocha danificada na zona circundante à abertura subterrânea Investigações efectuadas por Holmberg, R. (1982) provaram que a dimensão dos danos de qualquer maciço rochoso, provocada pela acção dos disparos com explosivo em aberturas subterrâneas, dependem do tempo de exposição, da presença de água, da orientação dos planos de descontinuidade e das tensões existentes no maciço. Holmberg estabelece que o fenómeno dos danos que atinge uma distância D está correlacionado com a velocidade de pico de partículas, vc, induzidas pela detonação das cargas explosivas, Qe, expresso pela equação (5.32). vc = a.Qe .D c , b (5.32) onde a, b e c são coeficientes que dependem das propriedades da rocha, tipo de explosivo e técnicas de carga usadas. Holmberg ao estudar os danos em túneis construídos em granito, indica que as fissuras se originam quando a velocidade pico das partículas alcança valores entre 700 a 1000 mm/s. Isto significa que uma concentração linear de 1 kg/m cria um volume de 1 a 1.4 m de raio de rocha danficada à volta do furo carregado. 254 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Uma conclusão similar estabeleceu Brawner (1974), quando definiu a formação de um conjunto de fissuras num disparo em rochas duras, com velocidade pico das partículas entre 610 e 1270 mm/s, com as quais se iniciaram a roturas na rocha. Os valores da velocidade pico das partículas (velocidade vibratória crítica), vc, podem correlacionar-se com a tensão dinâmica ou transmitida σd, a massa volúmica da rocha, ρ, e a velocidade de propagação das ondas longitudinais, Vp, com a equação (5.33). σ d = ρ .V p .vc (5.33) Dinis da Gama, C. (1998) , atendendo às equações 5.32 e 5.33 obtém uma equação que permite estimar os danos provocados, Dd ,em metros (fig. 5.6), em desmontes subterrâneos com explosivo (5.34).  σd Dd =   ρ .V .a.Q b p  1 c    (5.34) em que, σd (tensão dinâmica ou transmitida à rocha) é expressa em Pa, ρ (massa volúmica do maciço rochoso) em kg/m3, Vp (velocidade de propagação das ondas no maciço) em m/s, Qe (carga explosiva detonada por retardo) em kg, e os parâmetros a, b e c são constantes que dependem das propriedades da rocha, tipo de explosivo e técnicas de carga utilizadas. Dd Dd Zona de danos Avanço da abertura subterrânea Dd Dd Zona de danos Dd Dd Zona de danos Figura 5.6 – Espessura da rocha danificada pela detonação do explosivo Para determinar os valores dos coeficientes a, b e c em condições particulares, o processo baseia-se em medições das velocidades Vp para cargas explosivas Qe e distâncias D correspondentes, para depois determiná-los aplicando técnicas estatísticas de regressão. Investigações realizadas por vários estudiosos em certas condições e em diversos locais do mundo, recomendam os valores indicados na Tabela 5.11. Tabela 5.11 – Valores dos coeficientes a, b, c (C. Dinis da Gama et al., 2001) Autor Johnson Johnson Holmberg E.P.M: D. da Gama V.N.Torres Tipo de rocha Rocha sã Alterada e fofa Massa granítica Granito com alterações Granito com alterações Xisto/filões quartzo Lugar E.U.A. E.U.A. Suécia Espanha Portugal Portugal 255 a 3450 11560 700 14542 14542 472 b 0.73 0.73 0.70 1.42 0.70 0.40 c -1.87 -1.50 -1.50 -1.59 -1.59 -1.58 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 5.4. Padrões Geotécnicos Para controlar os problemas de instabilidade e desabamento de rochas provocados pelas escavações subterrâneas, que podem causar impactes ambientais de carácter geotécnico, é preciso compreender a resposta do maciço nas escavações e as exigências de suporte. Tabela 5.12 – Parâmetros geotécnicos de algumas rochas intactas (Department of the Army U.S. Army Corps of Engineers Washington, disponível em www.usace.army.mil/inet/usace-docs/ eng-manuals/em1110-2-2901/toc.pdf) Tipo de rocha Localização Anfibolito Andesite Basalto Basalto Basalto Conglomerado Diabase Diorite Dolomite Gabro Gneisse Gneisse Granito Granito Granito Graywacke Gesso Calcário Calcário Mármore Mármore Filite Quartzito Quartzito Sal Arenito Arenito Xisto Xisto Xisto Xisto Xisto Ardósia, Piçarra Tufo vulcânico Califórnia Nevada Michigan Colorado Nevada Utah Nova Iorque Arizona Ilinóis Nova Iorque Idaho Nova Jersei Geórgia Maryland Colorado Alasca Canada Alemanha Indiana Nova Iorque Tennessee Michigan Minnesota Utah Canada Alasca Utah Colorado Alasca Utah Pensilvânia Pensilvânia Michigan Nevada Japão Massa volúmica (Mg/m3) 2.94 2.37 2.70 2.62 2.83 2.54 2.94 2.71 2.58 3.03 2.79 2.71 2.64 2.65 2.64 2.77 2.62 2.30 2.72 2.70 3.24 2.75 2.55 2.20 2.89 2.20 2.47 2.89 2.81 2.72 2.76 2.93 2.39 1.91 Módulo de Young (GPa) 92.4 37.0 41.0 32.4 33.9 14.1 95.8 46.9 51.0 55.3 53.6 55.2 39.0 25.4 70.6 68.4 63.8 27.0 54.0 48.3 76.5 84.8 22.1 4.6 10.5 21.4 9.0 39.3 58.2 31.2 30.6 75.9 3.7 76.0 CUS (MPa) 278 103 120 58 148 88 321 119 90 186 162 223 193 251 226 221 22 64 53 127 106 126 629 148 36 39 107 15 130 216 101 113 180 11 36 Resistência à tracção (MPa) 22.8 7.2 14.6 3.2 18.1 3.0 55.1 8.2 3.0 13.8 6.9 15.5 2.8 20.7 11.9 5.5 2.4 4.0 4.1 11.7 6.5 22.8 23.4 3.5 2.5 5.2 11.0 5.5 17,2 1.4 2.8 25.5 1.2 4.3 Para isso, apresenta-se a seguir informações técnicas relacionadas com parâmetros geotécnicos e índice de qualidade conhecidos que, se bem não constituam padrões exactos, podem ser muito úteis na quantificação da resposta da rocha e fornecer uma base para avaliação e gestão ambiental, relacionada com esta componente. Nas Tabelas 5.12, 5.13 e 5.14 apresentam-se os valores obtidos por diversos estudos realizados. 256 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 5.13 – Ìndice da resistência à compressão não confinada (disponível em MinigLife,http://banners.orbitcycle.com/router/mininglife/Resources/0000/b306037.html) Qualidade da rocha UCS (MPa) R5 Extremamente resistente >250 Carga Pontual (MPa) Schmidth (Tipo L Hammer) Exemplos* Basalto fresco, cherte, diabase, gneise, granito, quartzito Anfibolito, arenito, basalto, gabro, gneise, R4 Muito resistente 100 - 250 4 - 10 40 - 50 granodiorito, calcário, mármore, riolite, tufo Calcário, mármore, filito, arenito, xisto, xisto R3 Resistente 50 - 100 2-4 30 - 40 argiloso R2 Resistência Argila metamórfica, carvão, xisto, xisto argiloso, 25 - 50 1-2 15 - 30 média siltito R1 Débil 5 -25 ** <15 Giz, sal rocha, potássio R0 Muito débil 1-5 ** Rocha muito alterada Extremamente débil 0.25 - 1 ** Argila mole * Todas as rochas mostraram heterogeneidade na composição e anisotropia na estrutura ** Rochas com UCS (Uniaxial Compresion Stress) <25 MPa mostraram resultados ambíguos nos ensaios >10 50 - 60 A instabilidade e desabamento das rochas na escavação de aberturas subterrâneas estão relacionados com os efeitos nocivos provocados pelas explosões que são associados à velocidade vibratória do maciço rochoso. Quando esta velocidade ultrapassa a velocidade vibratória crítica (vc) acontece o dano ou a fracturação da rocha (Tabela 5.15). No caso de aberturas subterrâneas com uso de explosivo em zonas urbanas os padrões utilizados estão relacionados com a velocidade vibratória crítica, com o tipo de estrutura e com a frequência de vibração (fig. 5.7). Tabela 5.14 – Comportamento típico do maciço rochoso (Department of the Army U.S. Army Corps of Engineers Washington, disponível em www.usace.army.mil/inet/usace-docs) Resistência à compressão (MPa) 440 Rochas típicas Comportamento do maciço rochoso Basalto denso, quartzito, diabase, gabro 55 28 14 7 Granito, maioria de rochas ígneas, gneise, mármore metamórfico resistente, xistos Rocha sedimentar densa e dura, tufo compacto, dolomite, calcário Rocha xistosa Filite Rocha sedimentar de baixa massa volúmica, giz Tufos 3.4 Marga, xisto argiloso 220 110 1.7 Xisto argiloso débil 0.8 Rocha alterada 0.4 Argila dura · Inchação da anidrite (> 2 MPa inchação com pressão de água infiltrada) 257 Estouro de rocha com violência regional e local Saídas da ruptura nos furos e estouro de pouca rocha, lascando e estalando Projecção Esfoliação (escamção) Esfoliação (escamção) Placas tensionais Pouco deslocamento Deslocamento sequencial e xistos pobremente cimentados Incha quando se destruie o cimento Desabamento de argila fissurada Argila mole não fissuradas Nota: A proximamente o limite inferior do estalido da rocha é: 125-165 MPa Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Na Tabela 5.16, Q é a carga máxima de explosivo a ser detonado por retardo (lb) e D a distância entre a zona da explosão à estrutura mais próxima, edifico público, escola, igreja ou prédios comerciais ou institucionais. A Norma Portuguesa NP-2074 (Avaliação da influência em construções de vibrações provocadas por explosões ou solicitações similares) que segue, nas suas linha gerais, a Norma DIN 4150 (Vibrations in Building; Influence on Constructions, 1975), estabelece um valor limite da velocidade da vibração, vL (m/s), comparando com valor máximo da velocidade que caracteriza a vibração, vR (m/s). Tabela 5.15 – Velocidades sísmicas de ondas longitudinais Vp e velocidade vibratória crítica vc (Orche, E., 2001 e medições na mina de Panasqueira, 2001) Rocha Ar Água Camada meteor Aluviões Areia saturada Argila Marga Arenito Gesso Anidrite Calcário Dolomites Sal maciço Quartzitos Xisto (Ardósia) Gneisse Granito Gabro Basalto Dunita Diabasa Ar, Água e rochas Vp (m/s) vc(m/s)* 330 1400 – 1700 250 – 1000 300 – 1000 1200 – 1900 1100 – 2500 1800 – 3200 1800 – 3200 3100 – 3600 4500 – 5800 3400 – 6000 5000 – 6000 4300 – 7000 5100 – 6100 2400 – 5000 3100 – 5400 5000 – 6200 6400 – 6800 5500 – 6300 7500 – 8400 5800 - 7100 0.93 – 1.65 0.28 – 0.50 0.19 – 0.23 0.16 – 0.26 0.82 – 0.98 0.50 - 1.00 0.77 – 1.30 0.55 – 0.70 0.68 – 0.75 0.70 – 0.80 2.68 – 3.68 Depósitos minerais de E.U.A. e Portugal Tipo de depósito Vp (m/s) Vp (m/s) Minério Rocha encaixante Pórfiro de cobre Óxido: 1620 3810 Sulfuro: 2670 Misto: 2160 Pórfiro de cobre 1860 3350 Cu disseminado em skarn 2130 3050 W disseminado em tactita 3970 –10150 2700 W disseminado em tacita 5210 – 7200 3050 – 3930 Sulfuro maciço Cu-Zn 3200 1770 Filão de Ag 1420 – 3050 1220 – 3930 Filão de Au – Ag 610 – 1800 2400 – 3660 Ouro em aluvião 2740 4880 Ouro em aluvião 1520 2870 – 5550 Ouro em aluvião 1220 3050 Fosfato sedimentar 1220 3050 Talco em dolomite e gneise 5550 2010 – 3380 Barita em prazer 4570 1620 – 2350 Nota: Média de 14 6462 Filão de WO3 em xisto Filão de WO3 em xisto registos 4662 Filão de WO3 em xisto 5100 m/s 4663 Filão de WO3 em xisto Mina Panasqueira 5000 Filão de WO3 em xisto 4091 * Calculados com valores das Tabelas 3.63 e 3.66 O valor máximo da velocidade que caracteriza a vibração, v ,deve obter-se com o registo temporal com transdutor triaxial (uma unidade de amplificação e um registador) em gama de frequências de 3 KHz a 60 Hz, com transdutor rigidamente fixado ao elemento da estrutura, de forma a que uma das direcções horizontais coincida com a linha definida pelo ponto de medição e pela origem da solicitação (componente radial da vibração), obtendo-se o registo das três componentes da velocidade de vibração, com os quais a vR é determinada pela equação (5.35), onde vx(t), vy(t) e vz(t), são os valores das componentes da velocidade de vibração em função do tempo, expressos em m/s. 258 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tipo de estrutura (edificações) Modernas Antigas Velocidade vibratória crítica vc (mm/s) Baixa frequência (<40 Hz) 19.1 Alta frequência (> 40 Hz) 50.8 12.7 50.8 Figura 5.7 – Velocidade vibratória crítica de edificações próximas a fontes de vibração no ambiente subterrâneo (Siskind, D. E, et al, 1980) Tabela 5.16 – Distância recomendada, velocidade vibratória crítica, equação da carga explosiva e distância a edificações civis próximas de uma exploração mineira (http://www.lrc.state.ky.us/kar/805/004/155.htm) Distância à zona de explosão (m) 0 a 91.44 91.74 a 1542 > 1542 vc(cm/s) 3.175 2.540 1.905 v R = max v x (t ) + v y (t ) + v z (t ) 2 2 2 v L = αβγ 10 −2 Equação Qe = (D/50)2 Qe = (D/55)2 Qe = (D/65)2 (5.35) (5.36) A norma NP-2075 considera que vR,, calculada pela equação (5.35), não deve exceder o valor vL sob pena de poder ocorrer fendilhação, danificando a construção. A velocidade limite admissível vL (m/s), segundo esta norma, deve calcular-se através da equação (5.36), onde α , β e γ são coeficientes que assumem os valores indicados nas Tabelas 5.17 e 5.18. Um padrão de carácter geral de importância é a curva definida por Barton, Lien e Lunde (1980) que permite estimar a necessidade ou não de suporte de uma abertura subterrânea, tendo como referência a dimensão equivalente, De, calculado com a equação (5.37) para um meio rochoso definido pelo índice Q (fig. 5.3). Esta curva corresponde a uma equação exponencial (5.37), que no presente livro se denomina curva crítica do risco ambiental geotécnico para escavações subterrâneas (Dec). Dec = 2.2821Q 0.3838 (5.37) Tabela 5.17 – Valores do coeficiente α Características do terreno Rochas e solos coerentes rijos (v > 2000 m/s) Solos coerentes muito duros, duros e de consistência média; solos incoerentes compactos; areias e misturas areia-seixo bem graduadas, areias uniformes (1000 m/s <v <2000 m/s) Solos incoerentes soltos; areias e misturas areia-seixo bem graduadas, areias uniformes, solos coerentes moles e muito moles (v<1000 m/s) 259 α 2 1 0.5 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 5.18 – Valores dos coeficientes β e γ Tipo de construção Construções que exigem cuidados especiais (monumentos históricos, hospitais, depósito de água, chaminés) Construções correntes Construções reforçadas β Número médio diário de solicitações γ 0.5 <3 1 1 3 >3 0.7 Baseado nesta equação (5.37), para uma abertura expressa por De e um tipo de rocha com índice Q, corresponde apenas um ponto da curva crítica do risco ambiental geotécnico Dec (fig. 5.8) e numa recta que passa por este ponto. Na recta, os valores de De maiores que Dec precisam suporte e os valores menores não precisam suporte, constituíndo uma boa referência (padrão) para fins de identificação do nível de impacte ambiental geotécnico para escavações subterrâneas. Outros indicadores importantes que se podem usar como padrões de referência para efeitos da identificação do nível do impacte ambiental geotécnico, são a deformação δ (convergência), relação de tensão e RMS (Rock Mass Strength) (∆Tensão/RMS), variação da tensão (∆σ), relação de tensão e resistência à compressão uniaxial UCS (∆Tensão/ECU), etc. 100 Excepcio nalmente má Extrema mente ma Pobre a moderada Muito má Boa a muito boa Excelente Precisa de suporte 10 Dec De < Dec Não precisa de suporte 1 NÃO PRECISA SUPORTE De Dec = 2.2821Q0.3838 PRECISA SUPORTE De >Dec Dimensão equivalente De (m) 5.5. Matriz base para a identificação do nível de impacte ambiental geotécnico A matriz base para a identificação do nível de impacte ambiental devido ao instabilidade e desabamento de rochas em escavações subterrâneas (Tabela 5.19), é baseada na equação limite do risco ambiental geotécnico (5.37) e nos indicadores ou relações propostas como padrões, que como já foi dito, não têm carácter definitivo mas pode ser muito útil para a procura de alternativas de prevenção ou medidas correctivas para atenuar a níveis permissíveis para evitar efeitos ambientais negativos. 0.1 0.005 0.01 0.1 1 Q 10 100 1000 Q Q = (RQD/Jn) x (Jr/Ja) x (Jw/SRF) Figura 5.8 – Referência para a identificação do nível de impacte ambiental geotécnico 260 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Os valores de p, q, r, s devem ser obtidos de muitas e sistemáticas medições durante a fase construtiva. Tabela 5.19 – Matriz base para identificação de níveis de impacte ambiental devido à instabilidade e desabamento de rochas ∆Tensão (∆σ) Converg (δ) ∆Tensão/ RMS ∆Tensão/ ECU Nível de impacte De para um índice Q Velocid. de vibração vR Leve Dec≤De<1.25 Dec vL≤vR<1.25vL Moderado 1.25Dec≤De<1 .5Dec 1.25vL≤vR<1.5 vL 1.25p≤δ< 1.5p 1.25q ≤ ∆σ <1.5q 1.25r ≤ ∆σ/RMS < 1.5r 1.25s ≤ ∆σ/ECU < 1.5 Alto De≥1.5Dec vR≥1.5vL δ≥1.5p ∆σ ≥1.5q ∆σ/RMS ≥1.5 ∆σ/ECU≥ 1.5s p≤δ< 1.25p q ≤ ∆σ <1.25q r ≤ ∆σ/RMS < 1.25r s ≤ ∆σ/ECU < 1.25 5.6. Medidas correctivas para atenuar o impacte ambiental geotécnico 5.6.1. Tratamento do terreno É aplicável para solos ou terrenos muito fracturados e instáveis, para túneis de obras civis e urbanas, para melhorar as características resistentes do terreno, permitindo realizar a escavação em condições de segurança e obter um aceitável controle da água. Para a aplicação de acções de tratamento do terreno precisa-se de estudos detalhados de investigação geológica, geotécnica e hidrológica. As técnicas usadas são em função das características do terreno e podem ser de injecções ou congelação, abaixamento do nível freático com drenagem controlada e impermeabilização. Na Tabela 5.20 apresentam-se alguns parâmetros de dimensionamento importantes. A injectabilidade relaciona-se com permeabilidade do solo (Tabela 5.21). Um desenvolvimento moderno nas técnicas de injecção é a injecção denominada Jet Grouting, aplicável para solos granulares a finos e com todos os compostos utilizados como: cimento e resinas(fig. 5.9). Os equipamentos básicso usasdo para as injecções do cimento são: misturador coloidal, agitador, bomba, manómetros, medidores de caudal e mangueira. Tabela 5.20 – Técnica de injecção no tratamento de solos (López Jimeno, C., 1997) Cimento /água 3/1 Penetração de injecção Pressão de injecção Tipo cimento Permeabilidade (cm/s) Tamanho d85 do cimento (mm) Portland normal Alta Resistência Fino coloidal 2.3x10-1 0.0047 1.3x10-1 0.033 3.2x10-2 0.019 Muito fino 3.5x10-3 0.006 . Rochas débeis estratificadas: 0.025 Mpa/m Tamanho d15 de profundidade. do solo (mm) . Rochas duras: 0.10 Mpa/m de profundidade. 0.87 . Solos: função de porosidade, permeabilidade e outros 0.67 Injectabilidade: . Em solos: Ns = d15 solo/d85 injecção 0.38 Ns> 24 injecção consistente Ns <11 não é possível injecção . Em rochas: Nr = abertura de fisura/d95 injecção 0.12 Nr> 5: injecção consistente Nr <2: não é possível injecção 261 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 5.6.2. Interacção entre suporte e o maciço rochoso em escavações subterrâneas 1. Método de convergência – confinamento da escavação: A rotura do maciço rochoso que envolve uma abertura subterrânea, sucede quando a pressão do suporte pi é inferior à pressão crítica do suporte Pcr , em função da resistência á compressão simples do maciço (σcm) e o factor k (considerada na equação 5.10). A pressão crítica é dada pela equação (5.38). p cr = 2 p o − σ cm 1+ k (5.38) Na hipótese da pressão do suporte (pi) ser maior que a pressão crítica, não se da a rotura, portanto, o comportamento do maciço é elástico (fig. 5.10) e a deformação elástica radial µe é definida pela expressão (5.39). 1+ v  ( po − pi )  E  µe = ro  (5.39) Limo Permeabilidade (cm/s) 10-1 – 10-2 -3 Percentagem de passagem (%) Tabela 5.21 – Capacidade de injecção Capacidade de injecção Facilmente injectáveis Moderadamente injectáveis Marginalmente injectáveis Não injectáveis -4 10 – 10 10-4 – 10-5 -5 <10 Areia Grava 100 Jet Grouting 0 0.002 0.06 2 60 Tipos de solo – Tamanho (mm) Figura 5.9 – Aplicação de Jet Grouting em que, ro é o raio da abertura subterrânea, v é o coeficiente de Poisson do maciço, E é o módulo de Young ou de deformabilidade do maciço, po é a pressão hidrostática in situ (profundidade x massa volúmica do maciço) e pi é a pressão do suporte. • pi = p0 Tensão inicial Pressão do suporte radial pi A µe : Deformação elástica pcr : Pressão crítica do suporte definida C •• pelo início da rotura plástica à volta da abertura B E • • F Carga – deformação no tecto da abertura Carga – deformação nos hasteais da abertura • • D • Deformação radial µr Figura 5.10 – Curva característica de uma escavação com suporte (Hoek, E., 1995) 262 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Quando a pressão interna de suporte pi é menor que a pressão crítica pcr da-se a rotura e o raio da zona plastificada circundante ao túnel rp é dada pela equação (5.42). 1  2( p o (k − 1) + σ cm )  k −1 rp = ro    (1 + k )((k − 1) pi + σ cm  (5.40) Para o caso da rotura plástica, a deformação convergente total do perímetro da abertura subterrânea é expressa pela equação (5.41). r r (1 + v)  2(1 − v)( p o − p cr ) p µp = o E   ro 2    − (1 − 2v)( p o − pi ) (5.41)   Hoek, E. (2000), realiza estudos sobre a deformação do túnel em meio rochoso com suporte utilizando a análise da probabilidade de Montecarlo e obtém as equações (5.42) e (5.43). pi   p  σ  po = 1.25 − 0.26 i   cm  ro   p o   p o  rp − 0.57 µp (5.42)   p  σ  = 0.002 − 0.0025 i   cm  ro  p o   po   2.4 pi −2 po (5.43) Existem também métodos de cálculo numéricos que exigem modelos de elementos finitos do maciço à volta da escavação, para resolver os problemas tensão – deformação mediante aplicação de programas, como o FLAC, PLAXIS, ANSYS, GDA, etc. Pressão de suporte pi Pressão de suporte pi pi max µe = piri/k µi0 Deformação radial interior µi • pcr • pE µso psm µsm Deformação radial interior µi Figura 5.11 – Curva característica do suporte e deformação (Hoek e Brown, 1982) Na prática os elementos de suporte aplicados numa escavação subterrânea não atingem a etapa plástica, pelo que a curva característica é similar a uma recta (fig. 5.11). Um parâm,etro característico do suporte é a rigidez Ks (Ks = σi max /µs), onde µs é o deslocamento máximo que o suporte pode admitir. 2. Efeito da frente de escavação: normalmente o suporte coloca-se a certa distância da frente de escavação, pelo que há um trecho sem suporte, em aparente 263 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações estabilidade até proceder a sua colocação. A frente de escavação exerce um efeito de confinamento cujo valor varia em função da distância ao sistema de suporte instalado, para o qual Panet estimar a variação da pressão radial que está indicada na figura 5.12. 3. Factor de segurança: uma correlação entre a pressão de suporte (pi) e pressão hidrostática (po) permite calcular o factor de segurança Fs com a equação (5.44). Fs = pi po (5.44) x pi = Pressão radial po = Pressão do campo ro = Raio da escavação ps = pressão do suporte >R 3R pi = po pi pi = ps + 0.66 po pi pi = ps + 0.16 po pi > 3R x pi pi = ps + 0.01 po pi = p s Corte x-x’ Figura 5.12 – Efeito da frente da escavação no suporte (Hoek e Brown, 1982) 5.6.3. Dimensionamento do suporte mediante o sistema Q Uma primeira etapa de escolha dum sistema de suporte é realizada com base à caracterização geológica e geotécnica do maciço rochoso, para o qual se recomendam os seguintes passos: a) Calcular o índice Q (Tunnelling Quality Index) de Barton, Lien e Lunde, com base no índice RMR (Rock Mass Index) de Bieniawski, mediante a equação (5.45) ou noutro parâmetro. Q=e RMR − 44 9 (5.45) b) Determinar o índice ESR (Excavation Suport Ratio) de Barton e calcular De (Dimensão Equivalente), com a equação (5.13). c) Com os valores de Q e De determinar o tipo de suporte recomendável no ábaco (fig. 5.13) de Barton, N. e Grimstad, E. (2000) (O ábaco é uma actualização baseado em mais de 1050 registos de novos casos relativos aos principais túneis escavados na Noruega). Este procedimento possibilita a selecção de um tipo de suporte para um tipo de 264 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 100 50 EXTREMAMENTE EXCEPCIONAL MENTE MÁ MUITO MÁ MÁ MÉDIA MÁ Separação entre pregos em zonas com 1.7 m betão projectado 1.5 m 2.1 m MUITO EXTREMA MENTE BOA BOA 2.3 m BOA EXC. BOA 2.5 m 10 1.2 m 1.3 m 7 1.0 m 20 10 20 5 (9) (8) (7) (6) (5) (4) CCA RRS S(fr) S(fr) (S(fr) B+S (3) (2) B sb 90 mm 3 4.0 m 40 mm 250 mm 5 (1) 3.0 m 50 mm 2.4 2.0 m 120 mm 1.3 m 2 1.3 m 150 mm 1 0.001 1.0 m 0.01 0.4 0.1 Separação entre pregos em zonas sem betão projectado 1 4 10 40 100 400 1.5 Comprimento de pregos (m) para ESR =1 Vão sem suporte ou altura (m)/ESR (De ) rocha e tamanho da abertura incluindo a espessura do betão projectado, espaçamento entre pregos e comprimento destes. 1000 Qualidade do maciço rochoso Q Tipos de suporte (1) (2) (3) (4) Sem suporte Pregagem pontual, sb Pregagem sistemática, B Pregagem sistemática com betão projectado, 40 – 100 mm, B+S (5) Betão projectado com rede de 50 – 90 mm e pregagem, S(fr)+B (6) Betão projectado com rede de 90 – 120 mm e pregagem, S(fr)+B (7) Betão projectado com rede de 120 – 150 mm e pregagem, S(fr)+B (8) Betão projectado com rede> 150 mm com pregagem e estruturas metálicas, S(fr)+RRS+B (9) Revestimento com betão, CCA Figura 5.13 – Dimensionamento do sistema de suporte baseado em Q (Barton e Grimstad, 1993) Observa-se na fig. 5.13 que, pelo efeito do arco do betão projectado, o espaçamento entre pregos é entre 20% a 40% maior quando é utilizado o betão projectado de que quando se usa sòmente pregagem. Como exemplo, o suporte de classe 4 consiste em pregagem e betão projectado sem reforço, sempre que o tamanho dos blocos seja pequeno (RQD/Jn <10). A espessura típica S (betão projectado sem rede metálica electrosoldada) situa-se entre 4 e 6 cm para túneis pequenos, onde o tamanho dos blocos (RQD/Jn) é limitado, embora, para grandes escavações com alturas significativas dos hasteais seja habitual utilizar até 10 cm de espessura, ainda que Q tenha valores, altos próximos de 30. As classes de suporte 5, 6 e 7 consistem na aplicação de S(fr) com espessuras que variam de 7 a 15 cm, combinado com pregagem sistemática. Nestes casos, os espaçamentos dos pregos são os indicados na diagonal superior do gráfico. Estas classes de suporte podem também aplicar-se ao sistema de arcos metálicos RRS. Os arcos armados reforçados com betão projectado RRS (classe de suporte 8), são necessários quando a espessura normal de S(fr) seja insuficiente para suportar as cargas, 265 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações ou quando a superfície da abertura é irregular. O reforço com RRS é muito flexível já que a espessura e o espaçamento dos arcos pode variar segundo as necessidades. Em rochas excepcionalmente más e em escavações amplas, será necessário utilizar galerias temporais, pré-injecções e medidas de drenagem, usar o sistema de suporte RRS com revestimento de betão em secção completa CCA, reorçando-o placas de aço. O CCA pode variar de 0.30 até 1.0 m. Tabela 5.22 – Método de selecção do suporte temporário dos hasteias usando valores do sistema Q (Barton, N. e Grimstad, E., 2000) (1) Suporte temporário (2) Suporte dos hasteais com Q modificado (Qw) a) Aumentar o ESR até 1.5ESR b) Aumentar o índice Q até 5Q (no tecto) c) Aumentar Qw até 5Qw a) Escolher Qw = 5Q (quando Q> 10) b) Escolher Qw = 2.5Q (quando Q< 10) c) Escolher Qw = 1.oQ (quando Q< 0.1) (1): Utilizar a altura total da escavação (H) para o dimensionamento do suporte dos hasteais (2): Q representa a qualidade geral da rocha no tecto e hasteais do túnel O gráfico do sistema Q (fig. 5.13) foi desenvolvido especificamente para suporte do tecto das aberturas subterrâneas, mas pode ser utilizado para a selecção do suporte temporário aplicável nos hasteais, com Q modificado (Tabela 5.22). 5.6.4. Dimensionamento do suporte para escavações subterrâneas Existem nuitos métodos sobre procedimentos de dimensionamento de suporte, pelo que a seguir se apresentam as metodologias de dimensionamento mais usuais. 1. Suporte com pregos: o sistema de suporte com pregos, consiste em ancorar no interior da rocha uma barra de material resistente, que confere uma resistência à tracção e confina o maciço, aproveitando as suas características resistentes (fig. 5.14). L: Comprimento do prego Et : Espaçamento D : Diâmetro L Et Figura 5.14 – Esquema típico de suporte com pregagem Com base no sistema RMR pode-se seleccionar um sistema de pregagem, utilizando a Tabela 5.23, onde também se considera betão projectado e estruturas de metal. A carga de suporte P (kN) e a altura de sobrecarga de rocha H (m) podem-se determinar utilizando o índice RMR, massa volúmica da rocha ρ (kg/m3) e largura da escavação subterrânea B (m), mediante as equações (5.46) e (5.47) proposta por Unal (1983). 266 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações  100 − RMR  P = ρB  100   (5.46)  100 − RMR  H = B  100   (5.47) Tabela 5.23 – Sistemas de suporte, para um vão de 10 m, tensão vertical de 25 MPa (Hoek e Brown, 1982) Suporte Pregos Betão projectado Estruturas de metal (φ=20 mm) 81 - 100 3 m de avanço Geralmente não requerem suporte e só ocasionalmente pregos Comprim: 3 m 1 a 1.5 m de avanço. 50 mm na coroa no caso Et: 2.5 m Suporte a 20 m da 61 - 80 Não de ser necessário Malha: ocasional frente Local: coroa Comprim: 4 m Realce e bancada, 1.5 Et: 1.5 a 2 m a 3 m de avanço. 50 a 100 mm na coroa, 30 41 - 60 Não Malha: em coroa Suporte a 10m da mm nas hasteais Local: coroa frente hasteais Realce e bancada, 1 a Comprim: 4 a 5 m 100 a 150 mm na coroa, Ligeira nos hasteais, 1.5 m de avanço. Et: 1 a 1.5 m 21 - 40 Malha: coroa100mm nos hasteais espaçados a 1.5 m Suporte a menos de hasteais 10 m da frente Comprim: 5 a 6 m Várias galerias, 0.5 a 150 a 200 mm na coroa, Médio nos hasteais e Et: 1 a 1.5 m <20 1.5 m de avanço. 150 mm nos hasteais e Malha: coroa coroa, espaçados 0.75 m Suporte contínuo. 50mm na frente hasteais RMR Escavação O comprimento L e o espaçamento E calculam-se com as equações (5.48) e (5.49) propostas por Bieniawski (1992). L = 2 + 0.15  0.6 P   E =   ρB  B ESR ou L= B 3 2 ou L = B3 (5.48) 0.5 (5.9) Em rocha estratificada o peso máximo pmax que pode suportar um prego, para um factor de segurança S (1.5 – 3), espaçamento longitudinal El é dado pela equação (5.50). p max = S .Et .E1 .H .ρ (5.50) Um caso comum, corresponde à pregagem dum bloco de rocha de peso Pb, na hipótese de não existir coesão nas juntas individuais do bloco, para calcular o número de pregos requeridos Np para uma força vertical Fv pode usar-se a equação (5.51). 267 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Np = S .Pb Fv (5.51) Em terrenos plastificados a força axial Fa que um prego, de diâmetro D e resistência específica do aço σa, pode suportar é calculada através da equação (5.52). Fa = πD 2 4σ a (5.52) A força de aderência fa de um prego com um comprimento de ancoragem La e aderência ao terreno τ calcula-se com a equação (5.53). f a = πD.La .τ Fa (5.53) Ao admitir que entre prego e a rocha existe uma coesão c e um ângulo de atrito φ, a tensão tangencial τ , num modelo de Mohr-Coulomb, é expresso pela equação (5.54) e quando o terreno perder totalmente a coesão, a tensão tangencial que poderá suportar o prego obedece à equação (5.55). τ = c + σ .tagφ (5.54) τ = σ .tagφ (5.55) 2. Betão projectado: consiste em revestir o tecto e paredes da escavação subterrânea com uma camada de mistura de cimento e areia (fig. 5.15). Existem dois tipos básicos de betão projectado: mistura por via seca e mistura por via húmida, que são projectados a unma determinada pressão utilizando uma bomba. As vantagens do betão projectado estão relacionadas à possibilidade da sua projecção, uma rápida consistência com uso de compostos aceleradores (4 a 8 horas), uma boa vida útil e um baixo custo. σr = 0 Betão armado (tradicional) σr = Pi { Betão projectado (actual) PROPORÇÃO DE MISTURA Cimento: 15 – 20% Brita: 30 – 40% Areia fina: 40 – 50% PROPORÇÃO ÁGUA/CIMENTO = 0.3 a 0.5 Figura 5.15 – Esquema de suporte de betão projectado, comparado com betão armado Na Tabela 5.24 apresenta-se as misturas típicas de betão projectado e as respectivas propriedades (Hoek e Brown, 1982). 3. Suporte com estruturas metálicas: é o tipo de suporte clássico e ainda utilizada actualmente. Caracteriza-se por possuir a vantagem de ser resistente aos esforços de tracção e compressão, podendo suportar elevados momentos de flexão. As formas típicas utilizadas são as indicadas na fig. 5.16. Pode-se ver que a forma ideal corresponde à circular fechada. 268 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações ~31 t/m 31 t/m 461 t/m 47 t/m ~93 t/m Figura 5.16 – Formas típicas de suporte com estruturas metálicas (López Jimeno, C., 1997). Tabela 5.24 – Misturas típicas de betão projectado e as suas propriedades (Hoek e Brown, 1982) 269 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Os perfis são os elementos usados para a construção da estruturas e podem trabalhar a esforços de compressão, torção e flexão. Estes esforços podem-se calcular mediante as equações (5.56), (5.57) e (5.58). M f = W x .σ p Wx = Wy = (5.56) Ix d Iy (5.57) (5.58) d em que, Mf é o momento de flexão, e Wx, Wy são os módulos que representam a capacidade do perfil de resistir aos esforços de flexão normais ao plano do perfil, σp é a resistência do perfil, Ix, Iy são os momentos de inércia segundo os seus eixos principais e d a distância do eixo neutro à fibra mais afastada da viga em flexão. Os momentos de inércia permitem determinar a secção do perfil requerido no suporte (Tabela 5.25). Tabela 5.25 – Dimensões e propriedades dos perfis H (baseado em López Jimeno, C., 1997) Tamanho normal Altura da secção (mm) Largura da secção (mm) Massa da secção (kg/m) Área da secção (cm2) Ix (cm4) Iy(cm4) Rx (cm)* 89x89 88.9 88.9 19.35 24.9 306.7 101.1 3.51 102x102 101.6 101.6 23.07 29.4 486.1 154.4 4.06 114x114 114.3 114.3 26.79 34.4 735.4 223.1 4.62 127x114 127.0 114.3 29.76 37.3 979.0 241.9 5.12 152x127 152.4 127.0 37.20 47.5 1818.0 378.8 6.20 Ry) (cm)* Ex (cm3)** 2.01 82.7 2.29 113.4 2.54 151.2 2.55 180.9 2.82 278.6 Ey (cm3)** 38.03 50.70 65.63 70.85 99.85 * Raio de rotação, ** Módulo de plasticidade 4. Suporte com pilar de maciço rochoso: uma forma de evitar o desabamento de rochas em aberturas subterrâneas é mediante pilares do próprio maciço rochoso (fig. 5.17). O processo de dimensionamento de pilares do maciço rochoso recomendado por Bieniawski (1992) consiste em: 1. Baseado no testemunho de 54 mm de diâmetro, realizar ensaios de compressão uniaxial em laboratório σc e com diâmetro D da amostra , utilizando a equação de Gaddy (5.59), calcular o valor de K. Este valor varia de 1640 a 10600 com uma média de 6120, mas é conveniente realizar o calculo para cada caso. K = σ c D 0.5 (5.59) 270 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações B L Pilar w Figura 5.17 – Elementos geométricos de um sistema de suporte mediante pilares de maciço 2. Determinar o esforço do pilar σp usando a equação de Bieniawski (5.20), que se encontra em função do esforço de compressão uniaxial σ1, largura do pilar B, e altura do pilar H. 3. Determinar a carga no pilar Sp com a equação (5.60), em função da largura da escavação B (câmara), comprimento do pilar L e profundidade existente desde superfície até a escavação H.  w + B  L + B  S p = 1.1H     w  w  (5.60) 4. Com o factor de segurança Fs que normalmente varia de 1.5 a 2.0, avaliar o resultado do cálculo do pilar para a largura w, mediante equação (5.61). S p´ = σp (5.61) Fs 5. Se a escavação subterrânea é para fins de exploração dum jazigo mineral, com as considerações económicas avaliar, a percentagem de recuperação (%) com a equação (5.62).  w  L  e = 1−     w + B  L + B  (5.62) 6. No caso da percentagem de recuperação não ser aceitável, precisa-se de aumentar com o decréscimo da largura do pilar w, seleccionando com o passo 5 a largura e comprimento que satisfaça a recuperação requerida dentro do limite das condições de estabilidade do maciço. Esse requisito calcula-se através da a relação do factor de segurança expressa pela equação (5.64). Fs = σp (5.64) Sp 271 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Um procedimento prático para a estimação da capacidade de suporte é realizado usando as equações de Brady e Brown (1995) (Tabelas 5.26, 5.27 e 5.28). As pressões de suporte obtidas são para secções circulares, pelo que, precisa-se de ter certas precauções. Tabela 5.26 – Estimação da capacidade de suporte de perfis de aço (Hoek, E., 2000) Tipo de suporte Cercha (H) IPN Largura da Altura do Peso pmax de suporte (MPa), aba perfil (kg/m) D* e S** 305 305 97 pmax =19.9D-1.23/S 203 203 67 pmax =13.2D-1.3/S 150 150 32 pmax =7.0D-1.4/S Cercha (H) 203 254 82 pmax =17.6D-1.29/S HEB 152 203 52 pmax =11.1D-1.33/S 171 138 38 pmax =15.5D-1.24/S Cercha (∪) 124 108 21 pmax =8.8D-1.27/S TH * D: diâmetro da abertura subterrânea, ** S: espaçamento das cambotas Tabela 5.27– Estimação da capacidade de suporte com sistema de pregagem (Hoek, E., 2000) Tipo de prego Pregos de 34 mm Pregos de 25 mm Pregos de 19 mm Pregos de 17 mm SPLITSET SS39 Equação de pmax de suporte (MPa) pmax =0.354/S2 pmax =0.267/S2 pmax =0.184/S2 pmax =0.10/S2 pmax =0.05/S2 Tipo de prego SWELLEX EXX B. Resina 20 mm F. de vidro 22 mm Cabo plano C. gaiola de pássaro pmax de suporte (MPa) e S** pmax =0.11/S2 pmax =0.17/S2 pmax =0.26/S2 pmax =0.15/S2 pmax =0.30/S2 Tabela 5.28 – Estimação da capacidade de suporte com betão projectado (Hoek, E., 2000) Espessura (mm) Tempo (mm) 1m 300 150 100 50 50 50 28 28 28 28 28 3 0.5 Resistência à compressão simples 35 35 35 35 35 11 6 pmax de suporte (MPa) e D** pmax =57.8D-0.92 pmax =19.1D-0.92 pmax =10.6D-0.97 pmax =7.3D-0.98 pmax =3.8D-0.99 pmax =1.1D-0.97 pmax =0.6D-1.0 5.7. Monitorização e controle geotécnico Está relacionado com a observação sistemática na etapa da execução da escavação, diagnóstico de situações anómalas e decisões no que respeita a tomada de medidas para resolução de problemas identificados. A instrumentação é um meio determinante no processo da monitorização e controle geotécnico. 272 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Na monitorização e controle é imprescindível usar equipamentos que permitam efectuar medições de deslocamentos relativos, rotações, pressão da água, variação de tensões e orientação dos furos. A selecção dos equipamentos geralmente está relacionada com aspectos de eficiência, compatibilidade com os objectivos e aspectos operacionais, tais como: · Funcionalidade dos aparelhos com as condições de tamanho e condições geotécnicas da rocha hospedeira; · Adaptabilidade às condições de construção do ambiente subterrâneo, sem gerar perturbações no local de instalação; · Fiabilidade e precisão adequadas; · Robustez e baixa manutenção; · Automatização na captação do comportamento geotécnico do maciço, registo, leitura e transferência de dados mediante sistemas electrónicos; · Custo razoável e compatível para o tipo de escavação subterrânea. São usados diversos instrumentos para a monitorização geotécnica do ambiente subterrâneo (fig. 5.18) (Ribeiro e Sousa, 2001). Entre os mais usados estão os convergenciómetros, que existem de muitos tipos e medem a variação de distâncias entre dois pontos na parede da escavação, revestimento ou suporte, em direcções horizontais, verticais e/ou inclinadas. Para medições de pressão transmitidas pelo terreno e de tensões instaladas nos suportes de betão, usam-se células hidráulicas do tipo Glotzl ou de Geosistemas. Para medições de deformações nos suportes e, consequentemente, de tensões utilizam-se também extensómetros de resistência ou de corda vibrante. Para medições de tensões, pode ainda usar-se almofadas planas de pequena área. As forças em ancoragens, para medir o pré-esforço, utilizam-se as células de pressão. A monitorização da água faz-se com os piezómetros e os indicadores de nível de água. Os mais conhecidos são os do tipo báscula, em que a água entra por um funil para atingir um pequeno reservatório e quando este se encontra cheio, báscula estabelecendo permite um contacto eléctrico que constitui informação automática. Os piezómetros eléctricos de corda vibrante, de leitura automática, são também recomendáveis para monitorização subterrânea. 273 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 1 1 Extensómetros de barra 2 Células de ancoragem 3 Extensómetros embebidos betão 2 4 • Células de pressão 5 Acelerómetro 3 7 •2 3 • 4 5 4 Piezómetros electrónicos 6 • 1 7 6 Convergenciómetro Figura 5.18 – Posição dos equipamentos para a monitorização geotécnica (baseado em Ribeiro e Sousa, 2001) A gestão do maciço rochoso na engenharia do ambiente subterrânea deve ser um processo sistemático e sequêncial (fig. 5.19) de modo que as alterações geotécnicas, provocadas pelas escavações subterrâneas, sejam controladas. Para isso, é necessário contar com informação geotécnica consistente e fiável, para prever o nível de impacte ambiental geotécnico, procurar medidas preventivas e correctivas, aplicá-las e realizar um acompanhamento com instrumentação, amostragem e observação in situ para o reajuste constante dos parâmetros geotécnicos. . Geologia, geomecânica e geotecnia (estrutura do maciço rochoso, tensões, deformações, influência da água, das falhas e alterações, profundidade de localização da escavação . Índices de qualidade do mio rochoso . Forma da aberturas, método construtivo, interacção maciço e suporte . Níveis permissíveis da qualidade da água Base de dados Previsão do nível do impacte ambiental geotécnico . Pressão do maciço . Tensões no suporte . Convergências . Qualidade do trabalho . Propriedades dos materiais . Plano de monitorização . Pontos de medição . Elaboração de modelos para registo de dados Instrumentação, amostragem e observação . Cartografia . Prospecção Alternativas de medidas preventivas e correctivas Aplicação medidas correctivas . Análise laboratorial de amostras . Tratamento de dados (simulações) . Identificação do nível de impacte ∪ Procura de medidas correctivas Plano de contingência e/ou medidas correctivas imediatas Sim Impacte Ambiental alto? Não Identificação de locais com impacte moderado e leve Figura 5.19 – Metodologia de gestão do maciço rochoso na engenharia do ambiente subterrânea 274 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Capítulo 6 ECONOMIA DO AMBIENTE SUBTERRÂNEO 6.1. Custo ambiental na indústria mineira 6.1.1. Custo da conservação ambiental na indústria mineira Uma gestão ambiental baseada na qualidade e eficiência ambiental na indústria mineira, deve considerar os custos ambientais em cada uma das operações unitárias do processo produtivo mineiro, desde a avaliação dos impactes ambientais, a prevenção e protecção ambiental, a monitorização e inclusivamente a participação da comunidade. Os custos ambientais na mineração variam em função dos factores operacionais, das diferenças físicas e geológicas, dos métodos de exploração (céu aberto ou subterrâneo), dos métodos de prevenção e dos métodos de protecção ambiental. O custo ambiental global na indústria mineira, em alguns países (Austrália) é próximo de 5% do investimento total de novos projectos (Commonwealth of Australia, Agosto 2002). Cordner, J. P., (1980) estima o custo ambiental de diferentes sectores na Austrália (Tabela 6.1), determinando para a indústria de Carvão, Aço e Alumínio um custo de controle ambiental entre 23%, 13% e 10% respectivamente, com um valor médio de 12.5%, dos sectores considerados. Tabela 6.1 – Custo de controle ambiental da indústria na Austrália (Cordner, J. P., 1980) Industria Alimentos, bebidas e tabaco Têxtil, roupa e calçados Química, petróleo e carvão Aço Alumínio Custo de controle ambiental % do capital total 9 7–8 23 13 10 Nos Estados Unidos da América, segundo Huisingh, D., et al, (1982) o investimento em tecnologia limpa para a protecção ambiental no sector mineiro (Tabela 6.2) varia de 10% a 13%. Tabela 6.2 – Investimento na tecnologia limpa de distintas indústrias nos E.U.A. (% do investimento total) (Huisingh, D., et al., 1982) Industria Aço Mineração Metais não ferrosos Pedreiras e argila Química Borracha Maquinaria, excepto eléctrica Papel Alimentos e bebidas 1979 8 10 15 15 18 20 23 28 33 275 1980 7 13 18 21 15 33 21 19 33 1981 9 13 14 24 15 20 23 17 27 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 6.2 (cont.) – Investimento na tecnologia limpa de distintas indústrias nos E.U.A. (% do investimento total) (Huisingh, D., et al., 1982) Industria Fábrica de metais Maquinaria eléctrica Têxtil Gás 1979 33 36 40 60 1980 20 31 57 67 1981 35 25 37 57 6.1.2. Custo ambiental subterrâneo O custo ambiental subterrâneo varia em função das condições locais, físicas, geológicas, tipo de jazigo, profundidade, método de exploração, nível de mecanização, grandeza da produção, entre outros parâmetros. Em relação ao custo de protecção ambiental, relacionado com o ar da atmosfera subterrânea, é possível referenciar quatro minas subterrâneas em diversas condições (Tabela 6.3 e Tabela 6.4), variando o custo de 0.41 €/t a 1.96 €/t. O custo de redução das emissões de motor diesel no ambiente subterrâneo, é de 8 a 12 €/hp para oxidação catalítica, de 30 a 50 €/hp para filtros de emissão de partículas e de 50 €/hp para redução catalítica selectiva (Diesel Emissão Evaluation Progam DEEP, 2002, www.deep.org e Manufactures of Emission Controls Association MECA, 2000). Com este custo, a vida útil do equipamento e o rendimento horário, pode-se determinar o custo por tonelada de mineral. Tabela 6.3 – Minas subterrâneas da Indonésia, Portugal e Peru Mina DOZ Mine* Neves Corvo San Rafael Panasqueira Lugar Indonésia Portugal Peru Portugal Metal Cobre Cobre Estanho Volfrâmio Método Block Caving Bench and Fill Sub Level Stoping Room and Pillar Produção (t/dia) 25000 6500 2500 2000 * Calizaya, F. et al., 2002. Tabela 6.4 – Custos de protecção ambiental do ar da atmosfera subterrânea Mina Pais Caudal de ar (m3/s) DOZ Mine Neves Corvo San Rafael Panasqueira Indonésia Portugal Peru Portugal 1040 837 235 114 Custo de operação (€/ano) €/t 2307800 0.41 1245618 0.85 1102896 1.96 644544 1.43 m3ar/€ 8761 13058 3828 52712 O custo de controle da emissão do gás NOx pelo motor diesel no ambiente subterrâneo, EPA de E.U.A. estimam 2564 € para o ano 2007 com motores médios, com redução a 1412 € para 2012 e, para motores maiores o custo será de 3227 € em 2007 e de 1866 € em 2012 (EPA420-R-00-028, 2000). Os custos para o controle do caudal de água variam em função das condições de operação, vida útil da bomba, dimensão das bombas, tipo e custo de energia. Na Tabela 6.5 apresentam-se os custos de bombagem de água para potências de motor de 35, 75, 100, 125, 150 e 200 hp, que consideram o valor de aquisição de motor, custos de 276 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações reparação e manutenção, consumo de energia e vida útil do equipamento (Thomson, J. et al., 2002). Thomson, J. et al., (2002) recomenda utilização do factor de correcção em função do tempo de operação anual (Tabela 6.5), de modo que, para obter o custo total deve-se multiplicar os custos indicados com os factores da Tabela 6.6. Tabela 6.5 – Custos de bombagem de água por ano (Thomson, J., et al., 2002) c€/kW.h 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 35 hp €2400 2600 2800 2900 3100 3300 3500 3600 3800 4000 4200 4500 4900 5200 5600 5900 6300 6600 7000 7300 7700 8100 8400 75 hp €4500 4900 5300 5600 6000 6400 6700 7100 7500 7800 8200 8900 9700 10400 11200 11900 12600 13400 14100 14800 15600 16300 17000 100 hp €5900 6300 6800 7300 7800 8300 8800 9300 9800 10200 10700 11700 12700 13700 14600 15600 16600 17600 18500 19500 20500 21500 22400 125 hp €7200 7800 8400 9000 9600 10200 10800 11400 12000 12700 13300 14500 15700 16900 18100 19300 20500 21800 23000 24200 25400 26600 27800 150 hp €8500 9200 10000 10700 11400 12100 12900 13600 14300 15100 15800 17200 18700 20100 21600 23100 24500 26000 27400 28900 30300 31800 33200 200 hp €11200 12100 13100 14100 15000 16000 17000 17900 18900 19900 20800 22800 24700 26600 28600 30500 32400 34400 36300 38200 40200 42100 44000 Os custos de predição da drenagem ácida de águas subterrâneas dependem do tipo e método de ensaio a realizar (Tabela 6.7). Os testes estáticos têm um custo menor (23 a 170 €) que os cinéticos (100 a 3500 €). O tratamento das águas ácidas da mina depende da técnica utilizada. Por exemplo, em UK, estudos realizados ao longo de 3 anos na mina Whel Jane (Tabela 6.8), mediante a utilização de cal, mostra um custo de operação anual de 1196.8 € por ano (Tabela 6.9) e um custo de capital de 2.4 milhões de euros para uma capacidade instalada de 300 l/s. Tabela 6.6 – Factor de correcção devido ao tempo de operação anual (Thomson, J. et al., 2002) Horas/ano Factor 800 0.67 1000 0.83 1200 1.00 1400 1.177 277 1600 1.33 1800 1.50 2000 1.67 2200 1.83 2400 2.00 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 6.7 – Custo de predição da drenagem ácida de águas subterrâneas (U.S. EPA 530-R-94-036, 1994) Testes Estáticos Método Acid Base Accounting Modified Acid Base Accounting BC Research Initial Alkaline Production Potential: S Net Acid Production Testes dinâmicos Método BC Research Confirmation Test Shake Flasks Sokhelet Reactor Humidity Cell Colums/lysimeters € 34-110 34-110 65-170 34-110 25-68 € 300 1500-3500 425-850 100-500 500-1500 Tabela 6.8 – Condições de aplicação do tratamento da drenagem ácida na mina de Wheal Jane UK, em ppm, excepto pH (McGinness, S., 1999) 1992(a) 2.6-3.1 170-197 26-29 1.4-1.9 14-18 1720-1900 11-25 1260-1700 Poluente pH Al As Cd Cu Fe Mn Zn 1995(b) 3.5 30 9 1 1.5 300 12 120 (a) Hamilton et al, 1996, (b) Dodds-Smith et al, 1995 Tabela 6.9 – Custo de operação anual da planta de tratamento de águas ácidas com cal na mina Wheal Jane UK (McGinness, S., 1999) Detalhe Capacidade instalada Razão de tratamento Electricidade Cal Floculante Água e vários Manutenção Deposição de lamas TOTAL Consumo Preço Unitário 0.38 KWh/m3 0.87 Kg/m3 3 g/m3 0.0288€/m3 0.0928€/m3 0.0096€/m3 0.0288€/m3 0.0192€/m3 70€/t sêcas 0.243€7m3 Custo anual 300 l/s 155 l/s 140 € 456 € 43.2 € 144 € 96 € 316.8 € 1196.8 € Tabela 6.10 – Diferentes condições de águas ácidas de mina (http://www.osmre.gov/osm.htm) Condição 1 2 3 4 Caudal (l/s) 3.15 6.30 15.77 31.52 Acidez (mg/l) 100 250 500 1000 278 Fe (mg/l) 5 10 100 300 Tempo (anos) 3 5 5 10 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 6.11 – Custos de tratamento de águas ácidas da mina em € com 6% de juros anual (http://www.osmre.gov/osm.htm). Detalhe Instalação Reparação Reagente Valor residual Total VPN Cal hidratada 2500 3300 10000 526 10038 26832 Instalação Reparação Reagente Valor residual Total VPN 35000 3400 12500 2631 12123 51067 4000 0 500 15079 15940 67144 Instalação Reparação Reagente Valor residual Total VPN 50000 3500 15000 13158 25867 108963 - Instalação 80000 Reparação 4000 Reagente 20000 Valor residual 52634 Total 67351 VPN 495712 * Carboneto de sódio , ** Anidro de amónia Condição 1 Soda Ash* 4000 0 500 3016 4355 11641 Condição 2 2500 0 750 21447 22051 94784 Condição 3 7500 0 1000 107237 108840 458474 Condição 4 7500 0 1000 428948 429892 3164040 Soda Caustica 2500 0 500 4289 5068 13546 Amónia** 15000 1000 5000 1116 6157 16458 15000 1000 4000 5580 9432 39731 15000 1000 3000 27904 31931 134510 15000 1000 2500 111614 114461 842454 Os custos de tratamento de águas ácidas de minas dependem da quantidade e qualidade destas águas e da tecnologia utilizada. Na Tabela 6.10 apresentam-se as condições e características de quatro métodos (reagentes) de tratamento, com os custos que se apresentam na Tabela 6.11, determinados por Departament of the Interior-Office of Surface Mining de E.U.A. (http://www.osmre.gov/osm.htm). Estudos realizados por Agriculture & Natural Resources Development de West Virginia University (2001) concluem que os custos totais de tratamento de águas ácidas de minas mediante uso de Amónia, CaO e NaOH, resultam os indicados na Tabela 6.12. A tabela mostra que o tratamento químico baseado em CaO representa 37% do custo do tratamento com amónia e 16% do custo com soda cáustica. 6.2. Processo do plano de protecção e o custo ambiental A estimação do custo ambiental e, em particular, do ambiente subterrâneo (a nível de detalhe), precisa da compreensão em relação à aplicação de normas legais e 279 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações conceitos relacionados com a engenharia de custos, aplicáveis num plano de protecção ambiental. Tabela 6.12 – Custos de tratamento químico de águas ácidas (baseado em Agriculture & Natural Resurces Development de West Virginia University, 2001) Northen West Virginia €/l 0.00037 0.00014 - Técnica Amónia CaO NaOH Southern West Virginia €/l 0.00003 0.00018 Clay County €/ano 14000 87000 €/ano 2328 1534 5369 A fig. 6.1 mostra as fases, documentos chave, pontos de decisão e acções que se devem realizar num plano de protecção ambiental. A investigação sobre processos de protecção (IPP) e estudo de detalhe (ED) são usados na recolha da informação necessária à selecção de um processo de protecção ambiental que se encontre dentro das exigências dos padrões e leis em vigor. O IPP inclui a amostragem e análise para caracterizar a natureza e extensão da contaminação; a avaliação de riscos futuros, actuais e potenciais em relação à saúde humana e ao ambiente; a avaliação da eficácia das tecnologias do tratamento ou da recuperação para reduzir a toxicidade, a mobilidade ou o volume de substâncias perigosas ou contaminados (EPA E.U.A., 40 CFR Part 300). O Estudo de Detalhe (ED) consiste em duas fases principais: a) Desenvolvimento e selecção de alternativas de medidas correctivas; b) Comparação de cada alternativa, que consiste numa análise detalhada, para seleccionar a mais viável. Uma escala de alternativas de acção correctiva é desenvolvida durante o ED, com dados disponíveis da caracterização do local na IPP, ajudando a reduzir as incertezas relacionadas a custos e desempenho de alternativas de tratamento (Role Cost, EPA E.U.A., 1996) Investigação sobre Processos de Protecção/Estudo de Detalhe (IPP/ED) e Selecção da Técnica Documentos chave e pontos de decisão Projecto da Aplicação da alternativa escolhida alternativa escolhida (PA) (AA) Relatório IPP/ED Acta de decisão Projecto Final da alternativa PA Operação e manutenção (OM) Relatórios de revisão Relatório AA cada 5 anos de operação IPP/ED PA AA . Âmbito de acção . Locais de investigação . Investigação de processos de protecção . Desenvolvimento e alcance das alternativas . Detalhe de análise de alternativas . Desenvolvimento de planos e especificações . Análise do dimensionamento . Construção da estimativa de custos . Construção e implementação da alternativa técnica . Custos de operação (curto prazo) OM . Operação e manutenção do processo (longo prazo) Selecção da alternativa . Identificação da alternativa preferida no plano proposto . Comentário do público . Decisão Figura 6.1 – Fases, acções e documentos chave de decisão, no plano de protecção ambiental (EPA 540-R-00-002 -OSWER 9355.0-75, 2000) 280 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Durante a selecção do processo de protecção ambiental, deve-se identificar uma alternativa preferida, apresentada num plano proposta e documentar para a opinião pública. Mapas, especificações e outros documentos do processo de tratamento, são necessários para desenvolver durante o projecto de detalhe da medida correctiva (PA), para a acção ou execução da medida correctiva (AA) e para a operação e manutenção do processo (OM). 6.3. Custos de protecção ambiental A Associação para o Avanço da Engenharia do Custo (AACE), que tem um carácter internacional, define uma estimativa de custo, como a avaliação de todos os custos das componentes dum projecto (AACE, 1990). A variação (∆) de custos de protecção ambiental de um projecto é influenciada pelos diversos factores intervenientes na definição do projecto (fig. 6.2). Qualidade dos dados na caracterização do local Definição do Modificação da medida correctiva projecto de (técnica) protecção ambiental Modificação Informação dos objectivos nova ou das medidas revista correctivas Definição da técnica de protecção ∆ ∆ Custo do projecto de protecção ambiental Figura 6.2 – Relação entre a definição do projecto e estimação de custos de protecção ambiental Para a estimação do custo total de protecção ambiental devem-se considerar os seguintes custos: custo de capital, custo anual de operação e manutenção, custos periódicos (fig. 6.3) e finalmente, realizar a análise do Valor Presente. Projecto da alternativa escolhida(PA) Aplicação da alternativa escolhida (AA) Operação e manutenção (OM) Final da AA Custos de dimensionamento (Custo de Capital CC) Custos de Custos de Custo pós aplicação da Operação medida correctiva (longo prazo) construção (Curto prazo) (Custo de Capital CC) Custos periódicos (COM) Figura 6.3 – Custos durante as fases de protecção ambiental 281 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 6.3.1. Custos de capital (CC) São aquelas despesas para construir ou instalar a medida correctiva e são requeridas para a poder manter em acção toda a sua vida (por exemplo, construção de sistemas de tratamento das águas ácidas, ventiladores de ar, sistema de suporte, etc.). Os custos de capital incluem o trabalho, equipamentos, materiais, trabalho dos empreiteiros, despesas gerais associadas com as actividades tais como: mobilização/desmobilização; monitorização; trabalho no local; instalação da extracção do poluente ou dos sistemas de tratamento ou eliminação; custos para os serviços de profissionais/técnicos que são necessários para a construção da medida correctiva (Tabela 6.13). 6.3.2. Custos anuais de operação e manutenção (COM) São os custos de pós construção necessários para assegurar ou verificar a eficácia contínua da medida correctiva. Estes custos são estimados na maior parte dos casos com base anual e incluem: todos os trabalhos; equipamentos e custos de materiais; trabalho de empreiteiros; despesas gerais; custos associados com as actividades tais como a monitorização; extracção ou sistemas de tratamento ou eliminação. Os custos anuais do COM incluem também despesas para os serviços de profissionais/técnicos necessários (Tabela 6.14). Tabela 6.13 – Elementos do custo de capital CC e descrição de actividades Elementos do custo 1. Equipamentos primários e auxiliares 2. Mobilização e desmobilização . Equipamentos de construção . Implementação . Facilidades temporárias . Manuais de operação, etc. 3. Monitorização, amostragem, testes e análise 4. Local de trabalho . Demolição, terraplanagem . Acessos . Serviços e facilidades, etc. 5. Colheita de água superficial . Bombagem, drenagem . Valetas, canais . Tanques, bacias, barragens 6. Extracção ou colheita de águas subterrâneas . Bombagem, drenagem . Valetas, tubos e tanques, etc. Descrição Aquisição de equipamentos primários e secundários. Materiais necessários. Transporte do equipamento e do pessoal para o local (mobilização) ou remoção (desmobilização) para construir ou instalar a acção correctiva. Incluem preparação da construção, aspectos de facilidades e de utilidades provisórias. Provas, testes, análises in situ ou fora do local, tratamento de dados, e garantia do controle de qualidade. Inclui a monitorização para avaliar os aspectos legais. Actividades para construir a infra-estrutura necessária para o projecto (isto é, preparação do local). Inclui também melhorias e a restauração permanente das áreas. O trabalho é geralmente de limpeza de modo que não existe nenhum contacto com meios ou materiais contaminados. Exclui tudo relacionado com o trabalho de construção ou de instalação de alguma facilidade no local. Colheita da água de superfície contaminada. Exclui o transporte e tratamento fora do local, ou o tratamento ou eliminação da água de superfície contaminada. Extracção ou contenção da água subterrânea contaminada. Exclui o transporte ou tratamento fora do local. 282 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 6.13 (cont.)– Elementos do custo de capital CC e descrição de actividades Elementos do custo 7. Colheita de poeiras e gases provenientes das operações, rocha e equipamentos 9. Escavação de solos . Escavação e remoção . Deposição, etc. 10. Remoção de sedimentos e lama . Escavação, remoção . Deposição, etc. Descrição Colheita de poeiras de rochas e emissões diesel, gases tóxicos, explosivos ou inflamáveis, de rochas e de emissões diesel. Gás de detonações ou disparos nos desmontes Escavação e remoção do solo contaminado. Exclui o tratamento ou transporte fora do local. 11. Demolição e remoção . Tambores, tubos, tanque, etc. 12. Pessoal profissional e técnico . Gestão do projecto . Projecto da medida correctiva . Gestão da construção, etc. 13. Controle institucional, etc. Demolição e remoção de materiais ou de estruturas contaminadas ou perigosas. Exclui o tratamento ou transporte fora do local. Serviços para suporte legal, da opinião pública, etc. para a construção/instalação da acção correctiva. Serviços para projectar a acção correctiva, incluem colecção dos dados. Serviços para controlar a construção/instalação da acção correctiva. Administrativo e legal, medições para reduzir ou minimizar o potencial risco de exposição a contaminação do local. Remoção ou contenção de sedimento ou lama contaminada. Exclui transporte e tratamento fora do local. 6.3.3. Os custos periódicos (CP) São aqueles que ocorrem periodicamente e em poucos anos (por exemplo cada cinco anos, reposisão de equipamentos) ou despesas que acontecem só durante o período da operação e manutenção ou reparações (Tabela 6.15). Estes custos podem-se considerar dentro de CC, mas devido à sua natureza periódica é mais prático considera-os em separado. 6.3.4. Custos indirectos (CI) São custos que não participam directamente na construção, operação e manutenção da medida ou alternativa de protecção ambiental e estão relacionados fundamentalmente em aspectos de gestão e actividades de apoio. Os elementos dos diferentes custos da protecção ambiental referem-se nas tabelas 6.14 e 6.15, mas para maior informação recomenda-se a consulta em http://www.frtr.gov, http://www.frtr.gov, http://www.em.doe.gov, entre outros. Temas relacionados a análise dos elementos dos tipos de custos de protecção ambiental podem ser consultados também nos seguintes websites: http://www.frtr.gol ,http://www.frtr.gov/cost, http://www.hnd.usace.army, http://www.talpart.com,. 6.3.5. Passos para a estimação dos custos de protecção ambiental Os passos recomendados para a estimação do custo ambiental subterrâneo estão indicados no esquema da fig. 6.4. Estes passos são: descrição da alternativa da medida correctiva; identificação da estrutura de custos de capital; custo anual de operação e manutenção, e custos periódicos; estimativa de custos das actividades de construção, operação e manutenção; aplicação da contingência; estimativa dos custos de pessoal profissional e técnico; estimativa de custo 283 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações institucional (se aplicável); análise de valor presente; análise da sensibilidade (se aplicável); e revisão da estimativa de custos. Tabela 6.14 – Elementos do custo anual de operação e manutenção (COM) e descrição de actividades Elementos do custo 1.Monitorização, amostragem, teste e análise 2. Extracção, contenção ou sistemas de tratamento 3. Eliminação ou tratamento fora do local 4. Contingência 5. Pessoal profissional e técnico . Gestão do projecto . Suporte técnico 6. Controle institucional Descrição Monitorização, testes, análise in situ ou em laboratório, tratamento de dados e controle da boa qualidade durante o período da operação e manutenção. Pode incluir a monitorização para avaliar o desempenho da medida correctiva, em concordância com os regulamentos. A operação e a manutenção dos sistemas de extracção no local, contenção ou tratamento (poluição do ar, água subterrânea, água de superfície, instabilidade do maciço rochoso). Tratamento e/ou eliminação dos desperdícios gerados durante a operação e a manutenção. Os custos para cobrir aspectos desconhecidos, circunstâncias inesperadas, ou circunstâncias não previstas associadas com a operação e manutenção da acção correctiva. Serviços de pessoal para controlar as actividades da operação e manutenção. Serviços de monitorização, avaliação e relatórios sobre o progresso da acção correctiva Actualização ou manutenção anual para reduzir ou minimizar o potencial da exposição do local à contaminação ou aos perigos. Tabela 6.15 – Elementos do custo periódico durante a operação e manutenção e descrição de actividades Elementos do custo 1. Falha no sistema e/ou instalação e a sua restituição 2. Desmobilização do local, extracção, contenção ou tratamento do sistema 3. Contingência 4. Pessoal profissional e técnico . Revisão durante 5 anos . Estudos de eficiência Descrição Actividades da construção para substituir a instalação ou umas componentes chaves. Actividades para desmontagem ou de exame, extracção, contenção e facilidades de tratamento. Custos para cobrir circunstâncias e actividades imprevistas relacionadas com a operação e manutenção. Serviços para preparar relatórios de revisão durante 5 anos (se os níveis de poluição superam o limite admissível). Serviços para analisar e optimizar a protecção ambiental. 284 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Desenvolvimento da medida correctiva 1. Descrição da alternativa seleccionada Projecto da alternativa 2. Identificação dos elementos da estrutura de CC, de COM e CP . Actividades de construção ou OM . Pessoal profissional e técnico . Controle institucional (se aplicável) Factores de ajuste de custos Cláusulas contratuais 3. Estimativa dos custos das actividades de construção, operação e manutenção . Estimativa da quantidade . Selecção de preços ou custos . Cálculo de custos dos elementos . Total de custos dos elementos Fontes de preços ou custos 4. Aplicação da contingência 5. Estimativa de custos de pessoal profissional e técnico 6. Estimativa de custo de controle institucional (se aplicável) Taxa de desconto 7. Análise de Valor Presente 8. Há incerteza suficiente para que os factores chave permitam uma análise da sensibilidade? Sim Análise de sensibilidade Não 9. Revisão da estimativa de custos Figura 6.4 – Passos para a estimação dos custos de uma alternativa de medida correctiva Para a estimativa do Custo de Protecção Ambiental CPA (€/ano) recomenda-se a equação geral (6.1), que inclui todos os elementos que compreendem cada tipo de custo (Custos de capital (CC), custos de operação e manutenção (COM), custos periódicos (CP) e custos indirectos (CI)) inclusivamente relacionado como pessoal profissional e técnico. n CPA = ∑ i =1 n n n C i .ci + ∑ Ai. ai + ∑ Pi . pi + ∑ Gi .g i , Vu i =1 i =1 i =1 285 (6.1) Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações onde, Ci é a quantidade de elementos dos custos de capital como são os equipamentos, instrumentos (unidades), etc., ci é o custo unitário de aquisição do equipamento ou instrumento (€), Vu é a vida útil dos equipamentos ou do instrumento (anos), Ai é a quantidade de elementos dos custos de operação e manutenção (unidades/ano), ai é o custo unitário do elemento dos custos de operação e manutenção (€), Pi é a quantidade de elementos dos custos periódicos (unidades/ano), pi é o custo unitário do elemento dos custos periódicos (€), Gi é a quantidade de elementos dos custos indirectos (unidades/ano) e gi é o custo unitário dos elementos do custo indirecto (€). O detalhe destes custos devem ser elaborados com estimativa da quantidade, selecção de preços ou custos, cálculo de custos totais dos elementos e o custo total geral(modelo na Tabela 6.16). 6.4. Análise do valor presente As medidas correctivas da protecção ambiental envolvem tipicamente os custos da construção (custos de capital, CC) que ocorrem no inicio do projecto e custos nos anos subsequentes relativos à implementação e manutenção da alternativa, após o período de construção inicial (COM+CO+CI). A análise de valor presente é um método para avaliar as despesas de capital ou de operação e manutenção, que ocorrem em períodos de tempo diferentes (Tabela 6.17). Esta metodologia permite comparar o custo de diferentes alternativas das medidas correctivas com base num único número (custo) para cada alternativa. Este simples valor, denominado como o valor presente, é a quantidade monetária requerida, em relação ao ano base, para satisfazer encargos futuros de uma determinada quantidade de anos. Tabela 6.16 – Modelo para estimativa de custos ambientais (baseado em EPA 540-R-00-002 -OSWER 9355.0-75, 2000) Alternativa:...........................................................Custos de capital (CC) ou Nome:...................................................................Custos operação e manutenção (COM) Custos periódicos (CP) Custos indirectos (CI) Local:......................................................... Descrição:...................................................... Fase:........................................................... ....................................................................... Ano base:................................................... ....................................................................... Data:........................................................... ....................................................................... No. Elemento Quantidade Unidade Custo Total Unitário 1 2 . . n Total geral 286 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 6.17 – Modelo para estimativa de Valor Presente (baseado em EPA 540-R-00-002 -OSWER 9355.0-75, 2000) Alternativa:................................................................. Análise do Valor Presente Nome:......................................................................... Local:..................................................... Descrição:..................................................... Fase:...................................................... ...................................................................... Ano base:.............................................. ...................................................................... Data:...................................................... ...................................................................... Anos Custo de Custo anual de Custos Custo Taxa de Valor capital operação e periódicos total desconto Presente manutenção 1 2 . . . n A análise de valor presente de uma alternativa de medida correctiva envolve quatro etapas básicas: 1. Definição do período da análise; 2. Calculo dos “outflows” (pagamentos) por cada ano do projecto; 3. Selecção de uma taxa de desconto para ser usada no cálculo do valor presente; e 4. Cálculo do valor presente. Definição do período da análise: em geral o período de análise é equivalente à duração do projecto ou vida útil da medida de protecção ambiental. O Environmental Protection Agency (EPA) dos E.U.A. recomenda um período de 30 anos, embora que possa ser menor ou maior. Por exemplo, a contaminação pela rádioactividade precisa um tempo aproximado de 1000 anos (USEPA, 2002). Cálculo anual do Cash outflows: esta etapa consiste em adicionar sobre os outflows do capital e o OM por cada ano do projecto (isto é outflow anual). Estes incluem custos significativos para construir a alternativa da medida correctiva, os custos anuais da operação e manutenção e os custos periódicos. A maioria das análises começam com uma suposição simplificada no sentido de que a duração da construção inicial é inferior a um ano (trabalho de construção ocorrer no ano 0 do projecto). Este suposto ano 0 pode ser modificado se os programas preliminares do projecto forem desenvolvidos e se souber que o custo de capital da construção ultrapassa um ano. Na análise é usado o valor constante da moeda (inflação nula). Selecção da taxa de desconto:esta taxa reflecte a produtividade do capital e é equivalente à taxa de juros. Por exemplo nos E.U.A. a taxa de desconto é de 7% (USEPA, http://www.whitehouse.gov/OMB 1993, 1994, http://www.epa.gov/superfund/, /circulars/a094/a094.html). A mesma taxa de desconto deve ser usada para todas as alternativas de medidas correctivas, mesmo que o período da análise varie. Cálculo do Valor Presente (VP), é calculado mediante a equação (6.2) em função do valor do capital no ano t, Xt (t = 0 para o ano base) e a taxa de desconto i (na forma decimal). 287 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações PV = Xt (6.2) [1 + i ]t Para a série de pagamentos futuros, o Valor Presente Total, VPT , do ano 1 até o ano n é calculado mediante a equação (6.3). t =n VPT = ∑ t =1 Xt (6.3) [1 + i ]t 6.5. Análise de sensibilidade No desenvolvimento duma estimativa de custo da alternativa da medida correctiva, deve ser considerada uma análise da sensibilidade (Tabela 6.18) para aqueles factores que têm um nível relativamente elevado de incerteza e que, com alguma pequena mudança no seu valor, poderiam afectar significativamente o custo total da alternativa. Este tipo de análise é considerado separado do crescimento dos custos ou riscos em relação à análise de custos, aplicado para determinar o valor da contingência na estimativa de custo. Tabela 6.18 – Modelo para análise de sensibilidade de custos ambientais (baseado em EPA 540-R-00-002 -OSWER 9355.0-75, 2000) Alternativa:....................................................................... Análise de Sensibilidade Nome:................................................................................ Local:.................................................. Descrição................................................... Fase:................................................... ................................................................... Ano base:........................................... ........................................................................ Data:.................................................. .............................................................. Ano Custo de Valor Presente (por factor de avaliação) 1 2 3 4 5 Factor de avaliação: 1:.................................................................................................................................. 2:.................................................................................................................................. 3:.......................................................................................................................... etc. Os factores a considerar para a análise da sensibilidade de uma alternativa correctiva incluem: Natureza e extensão da contaminação, estimação do volume médio de material e grau de contaminação, que dependem das condições locais. A falha da alternativa/vida útil da tecnologia, dado a que a falha potencial duma medida correctiva ou de seus componentes requereria custos adicionais substanciais. Duração do projecto, é o tempo requerido para uma acção correctiva ou suas componentes, conseguir os objectivos da medida, podendo ser um factor principal, 288 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações particularmente para aquelas acções que requerem muitos anos de operação e manutenção. Taxa de desconto, embora deva ser considerada uma taxa de 7%, uma escala dos valores abaixo de 7% (ou acima) pode ser usada, para investigar a incerteza das circunstâncias económicas futuras. Uma análise da sensibilidade pode variar os valores para este factor (baixo, médio, elevado), ao manter os valores para outros factores e observar o impacte no custo total estimado. As vantagens da análise da sensibilidade são: a ajuda de identificação dos factores críticos, onde os recursos adicionais podem ter que ser gastos na recolha de dados. Porque respostas potenciais a distintas situações não requerem o uso das probabilidades, como outros métodos, tais como a análise de Monte Carlo. Os resultados da análise de sensibilidade devem apresentar-se em termos de Valor Presente Total para cada cenário, incluindo a estimativa original, para fins de comparação. 6.6. Relação de custo/beneficio na gestão ambiental Para um projecto de exploração do espaço subterrâneo e baseado na análise de custos ambientais, para o cálculo de custo e benefício ambiental, propõe-se a equação (6.4) que é representada pelo valor presente VP e calculada em função do valor dos benefícios da protecção ambiental BPAt no ano t, do custo da protecção ambiental no ano t CPAt, da taxa de desconto i (juro) e t = 1,......T para qualquer ano. T VP = ∑ t =1 ( BPAt − CPAt ) (1 + i ) t (6.4) O cálculo do benefício ambiental está relacionado com os benefícios económicos gerados pela conservação da boa qualidade do ar subterrâneo (maior rendimento do homem, menor despesa com possíveis doenças e perdas de vidas), pelo controle e protecção ambiental da água subterrânea (evitar despesas provocadas pelas inundações e contaminação com águas ácidas) e pela prevenção e controle da instabilidade e desabamento de rochas (evitar despesas devido a possíveis acidentes, perda de vidas, etc.). Um conceito interessante é o denominado ecoefciência, que liga dois tipos da eficiência: eficiência económica e eficiência ambiental. A eficiência económica considera os benefícios económicos conseguidos por unidade do custo económico. A eficiência ecológica, relaciona benefícios ambientais aos custos ambientais e estão frequentemente relacionados com avaliações do impacte ambiental. A eficiência é um conceito fundamental na produtividade, que é tipicamente medida com os ganhos obtidos em relação as despesas realizadas. A ecoeficiência evoluiu do conceito convencional da análise benefício/custo, que é à muito tempo familiar aos economistas. 289 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações O objectivo da ecoeficiência é maximizar benefícios ambientais e económicos, e simultâneamente minimizar estes custos. A equação da ecoeficiência EE (6.5) relaciona o beneficio da protecção ambiental (BPA) com o custos de protecção ambiental (CPA). A maioria dos modelos incluem ferramentas quantitativas e qualitativas (International Council on Metals and the Environment, 2001). EE = BPA CPA (6.5) Para uma análise de benefícios e custos ambientais de um projecto pode-se também utilizar a equação (6.6), expressa em valor presente VP (Jenkins and Harberger, 1990). Este procedimento é mais usual e recomendável. T PV = ∑ t =1 ( Bt − C t − CPAt + BPAt ) (1 + i ) t (6.6) onde, Bt é o valor de benefícios do projecto no ano t, Ct é o valor dos custos do projecto no ano t, CPAt é o valor do custo de protecção ambiental no ano T, BPAt os benefícios da protecção ambiental no ano t, i é a taxa de desconto (juro) e t = 1,.......T para qualquer ano. Uma equação geral (6.7) para a estimativa de benefícios e custos de qualquer projecto é proposta por Martinez J.G. e S. Bauer (2001). q N T ∑ an ( Bnt − C nt ) ± ∑ f e Eet t =1 (1 + i ) NPV = ∑ n =1 e =1 t (6.7) onde, NPV é o saldo do valor actual, ai é o factor relacionado com benefícios ou custos de qualquer receita do grupo n, de acordo com seu significado social (valor distribuído), fe é o valor de qualquer impacte ambiental e (carga ambiental), Bnt é o valor dos benefícios do projecto de todas as receitas do grupo n no ano t, Cnt é o valor dos custos do projecto de todas as receitas do grupo n no ano t, Eet é o valor de qualquer benefício ambiental (efeitos positivos ou negativos) e no ano t, i é a taxa de desconto (juro), n = 1,........, N para grupos de receita, t = 1,.......,T para qualquer ano, e = 1,......., q para qualquer efeito ambiental. Outro conceito da economia ambiental está relacionado com o nível óptimo de degradação ambiental (Kula, E., 1992). Na fig. 6.5 (esquerda) no ponto o o custo marginal é zero (0) e no B o benefício marginal corresponde a zero (0). O benefício está situado em OAB, os custos em ODB e os benefícios totais da sociedade (comunidade) estão em OAD´B´ (máximo benefício da actividade industrial) que resulta de OAB menos ODB, sendo OCB comum às duas áreas que resultam da subtracção CDB (igual a CB´D´) de OAC. Quando se reduz a escala da actividade de B a E, os benefícios da sociedade aumentam rápidamente (Benefícios = OACE, Custos = OCE e benefícios totais = OAC). 290 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A C Função benefício Função custo D´ Custo marginal Benefício marginal, custo marginal OAC é melhor que OAD´B´ e B´D´C; esta é a vantagem social em relação à escala da actividade industrial e, quando esta se situa em E constitui o nível óptimo de degradação ambiental, correspondendo ao ponto C (ponto de equilíbrio). D C B´ Custo marginal de Protecção MCC E Ce Custo marginal de danos MDC O O E Ne B N1 Taxa de poluição Escala da actividade Figura 6.5 – Nível óptimo de degradação ambiental (Kula, E., 1992) Existem vários métodos para a obtenção do nível óptimo de poluição ambiental (solução de negociação, de direito consuetudinário e de taxa de poluição). A fig. 6.5 (direita) mostra o método de taxa de poluição (Pigovian taxes), que utiliza o custo marginal dos danos ambientais MDC (marginal damge cost). É definido, em termos gerais, como a carga social, que é similar à figura 6.5 (esquerda) e o controle do custo marginal MCC (marginal control cost) que corresponde ao custo atribuído ao sistema de protecção ambiental. O MCC é zero quando o nível de poluição está no ponto N1 onde não se precisa nenhum processo correctivo de controle ambiental. No caso em que, um governo define uma taxa de poluição ambiental, a consecução deste objectivo corresponde a um custo determinado custo de protecção ambiental. Quando o nível de emissão é reduzido de ON1 a ONe a poluição abatida corresponde a N1Ne existindo uma poluição remanescente ONe . Neste caso Ne corresponde ao nível de impacte ambiental óptimo que corresponde a um custo Ce, onde existe um ponto de equilíbrio E (nível óptimo de poluição ambiental) que é definido pela intersecção entre o MDC e o MCC. 291 TERCEIRA PARTE APLICAÇÃO A MINAS PORTUGUESAS E PERUANAS Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Capítulo 7 APLICAÇÃO À MINA DE NEVES CORVO 7.1. Introdução A aplicação da metodologia da Engenharia Ambiental Subterrânea (EAS), proposta no capitulo 2 da primeira parte (item 2.5 e fig. 2.14) e desenvolvida na segunda parte deste livro, é a mina de Neves Corvo relativamente à contaminação da atmosfera subterrânea e instabilidade e desabamento de rochas. Em relação à aplicação do aspecto térmico, é usada a metodologia e modelos matemáticos desenvolvidos no item 3.1 e fig. 3.25, ao aspecto dinâmico (velocidade e caudal) é utilizado os desenvolvidos no item 3.4 e fig. 3.47 e no domínio ambiental rocha os desenvolvidos no capítulo 5 e fig. 5.20. A aplicação da EAS na atmosfera subterrânea incide sobre a contaminação ambiental, ocasionada pela alteração térmica e aerodinâmica do ar que é escoado nas aberturas subterrâneas das áreas de Corvo, Neves e Graça, localizadas a mais de 650 m de profundidade, onde em algumas zonas, o ar sofre um aquecimento que origina impacte ambiental térmico e em outras existe caudal de ar insuficiente que ocasiona o impacte ambiental dinâmico e volumétrico. A aplicação no meio rochoso trata do risco ambiental causado pela alteração das condições naturais do maciço rochoso ao construir a rampa CRAM03 e desmonte de Neves Norte. O impacte ambiental térmico do meio subterrâneo, é avaliado considerando como indicador fundamental a temperatura do ar, o impacte ambiental dinâmico é baseado na velocidade do ar, o impacte ambiental volumétrico tem como base o caudal de ar e o impacte ambiental geotécnico, os parâmetros geoambientais. A aplicação da EAS desenvolvida está orientada para protecção e gestão da qualidade ambiental subterrânea, mediante um processo sistemático: ‚ Definição do âmbito de acção do ambiente subterrâneo; ‚ Caracterização da atmosfera subterrânea no aspecto térmico, dinâmico, volumétrico e geotécnico; ‚ Identificação do nível de impacte ambiental térmico, dinâmico, volumétrico e geotécnico; ‚ Procura e aplicação de medidas correctivas; ‚ Monitorização e controle. 295 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 7.2. Definição do âmbito de acção 7.2.1. Localização geográfica e clima A mina de Neves Corvo, pertencente à Sociedade Mineira de Neves Corvo S. A.(Somincor), com participação da EDM (51%) e a Rio Tinto pls (49%), está situada no Baixo Alentejo, a Oeste da chamada faixa piritosa Ibérica, a 230 km a sudeste de Lisboa e junto das vilas de Castro Verde e Almodôvar. A altitude é aproximadamente, 200 metros (fig. 7.1). Ao longo do ano, no ambiente exterior da mina de Neves Corvo (Tabela 7.1 e fig. 7.2), regista uma temperatura mínima média de 8.95 ºC em Janeiro e uma temperatura máxima média de 24.43 ºC em Julho, com uma humidade relativa média de 72.18 % e 52.00 %, respectivamente. 7.2.2. Formações rochosas e jazigo mineral As aberturas subterrâneas feitas para a exploração dos jazigos de Corvo, Graça e Neves, localizam-se numa sucessão de formações que se estendem desde o Devónico Superior até o Carbonífero e, no sentido ascendente diferenciam-se três unidades geológicas principais (Carvalho P., 1986), fig. 7.3. Grupo filito – quartzítico (PQ), constituído por xistos escuros e negros, que na parte superior contém um nível contínuo de quartzitos e siltitos. Oceano Atlântico Oceano Atlântico N 0 200 km Figura 7.1 – Localização geográfica da mina de Neves Corvo 296 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 7.1 – Temperatura do ambiente exterior registado próximo das entradas e saídas do ar do ambiente subterrâneo (baseado nos registos da estação meteorológica da Somincor 1999) Meses Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Tmáx (ºC) 15.17 16.26 16.28 18.63 22.73 25.11 31.91 32.92 28.48 23.64 17.78 15.32 Tmín (ºC) 2.73 2.15 6.33 7.60 10.59 11.97 16.94 15.20 14.34 12.07 4.52 6.09 Hr (%) 72.18 64.70 68.52 58.50 59.63 50.32 52.00 54.98 61.95 69.89 71.17 80.97 90 Humidade relativa (%) 35 Temperatura (ºC) Tméd (ºC) 8.95 9.21 11.29 13.11 16.66 18.54 24.43 24.06 21.41 17.85 11.15 10.71 Temperatura máxima média Temperatura mínima média Temperatura média total 30 80 25 70 20 60 15 50 10 40 5 0 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Meses do ano Meses do ano Figura 7.2 – Variação da temperatura e humidade relativa no exterior, próximo das entradas e saídas do ambiente subterrâneo Complexo vulcano – sedimentar (CVS), concordante sobre o anterior, com uma característica essencialmente vulcânica ácida, constituída por episódios vulcânicos de composição riolítica e hialoclástica separados por formações sedimentares. O topo compõe-se de xistos negros argilosos e carbonosos com leitos milimétricos sílticos. Estes xistos constituem o muro da mineralização. Figura 7.3 – Corte Geológico Graça Corvo (Carvalho, P., 1986). 297 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Grupo flysch, constituído por uma alternância de xistos e grauvaques, subsidência de grande escala, sequência de xistos negros e escuros, camada de complexo vulcânico, alternância bandeada de xistos negros e xistos silicosos e lentículas carbonatadas; finalmente novamente grauvaques e xistos negros argilosos. Na área de neves Corvo a espessura desta unidade ultrapassa os 700 metros. Tabela 7.2 – Características gerais e reservas do jazigo de Neves Corvo (Departamento de geologia Somincor, 2000) Jazigo Graça Corvo Neves Zambujal Lombador Características Inclinação 70ºS e próximo da cresta 10º. Dimensão de 700m x 500m, possança máxima de 80m e profundidade de 230 a 450m. Inclinação de 20º a 35º NE-SW., dimensão de 600m x 1100m, possança máxima de 92m. e profundidade de 230 a 800 m. Inclinação de 20º a 25º NE, dimensão de 1200m x 700m, possança máxima de 55 m e profundidade de 340 a450 m. Inclinação de 0º a 20º N, dimensão de 550m x 600m, possança máxima de 53m e profundidade de 300 a 450m. Inclinação de 20º a 40º N, dimensão de 600m x 1350m, possança máxima de 100. Reservas** Cu Zn (%) (%) Sn (%) 3457 2.73 6.04 0.17 60% 20473 5.20 3.07 0.30 30% 28721 1.79 4.17 0.17 32347 1.42 4.07 0.07% Pirite (aprox.)* Kt 70% 60% 85% * Richard e Sides (1991) ** Richards e Ferreira – Somincor, (Dez.embro de 1998), relatório semestral É importante carcaterizar a litologia do maciço rochoso, dado que esta interage com a atmosfera e água subterrânea através da sua propriedade térmica, da sua composição litológica nas poeiras suspensas no ar, na formação de águas ácidas e do condicionamento das características físicas da superfície da escavação subterrânea (rugosidade). Os depósitos minerais de Neves Corvo compreendem cinco corpos localizados no flanco do anticlinal Rosário – Neves Corvo, três dos quais estão em actual exploração, que são Corvo, Graça e Neves. Os outros dois jazigos que ainda não se encontram em exploração são Zambujal e Lombador. A mineralização é constituída por sulfuretos, resultado da precipitação de fluidos hidrotermais, em bacias submarinas, estruturalmente controladas. Os minerais são sulfuretos massivos de cobre, chumbo, zinco e estanho, principalmente, cujas características gerais e reservas do jazigo de Neves Corvo estão apresentadas na Tabela 7.2. 298 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 7.2.3. Aberturas subterrâneas 7.2.3.1. Infra-estrutura As aberturas subterrâneas escavadas para a exploração dos jazigos de Graça, Corvo e Neves, ocorrem entre as altitudes de +200 metros até um máximo de – 450 metros, e estão referidas a um nível (level mine datum) equivalente à cota 0.0 metros que é denominado nível 1000. O total atinge cerca de 80 quilómetros, entre verticais, inclinadas e horizontais. A nível geral, o ambiente subterrâneo relacionado com a infra-estrutura apresenta-se na fig. 7.4 cujas características são resumidas nos parágrafos seguintes: Poço Santa Bárbara, utilizado fundamentalmente para extracção do minério, tem 5 m de diâmetro, 592 m de profundidade e na boca , cota 1210 m; Rampa de Castro, é o acesso principal de pessoal e equipamentos, a todos os jazigos, pois, a níveis diferentes desta rampa, tem origem duas outras (rampa de Neves e rampa de Graça) que acedem aos jazigos do mesmo nome. A rampa de Castro tem secção média de 17 m2, comprimento de 3500 metros, declive de 10% a 12%, que possibilita atingir até o nível de rolagem 550, descendo um total de 660 m de profundidade; Chaminés para o fluxo de minério e ventilação, as chaminés de minério comunicam com desmontes de exploração e com os níveis de rolagem, servindo as chaminés de ventilação para a circulação do ar fresco e poluído, tendo algumas comunicação com o exterior (Tabela 7.3). CPV4 CPV3 CPV1 CPV8 CPV2 CPV6 CPV5 de CPV1-3 COLECTOR NEVES COLECTOR GRAÇA COLECTOR 850 CORPO NEVES RAMPA GRAÇA CORPO GRAÇA Poço de SANTA BÁRBARA RAMPA NEVES RAMPA CASTRO COLECTOR 720 Rolagem Nível 700 Britagem Nível 700 CORPO CORVO LEGENDA Rolagem Neves Chaminé de ventilação CPV Chaminé de minério CPM Galerias de diversos usos Rolagem Nível 550 Britagem Nível 550 Rampas de diversos usos Inclinados de diversos usos Figura 7.4 – Aberturas subterrâneas correspondentes à infra-estrutura geral 299 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 7.3 – Chaminés de minério e de ventilação (com base na listagem geral de furos e chaminés, por função, Somincor Julho 2000) Função Ventil. superfície (CPV) Ventilação mina (CV) Minério (CM) Quantida de total 16 118 147 Comprimento (m) Total Médio 3959.91 247.40 12100.62 102.55 11873.31 80.77 Diâmetro (m) 2.10 – 4.20 1.80 – 2.10 1.80 – 2.10 Níveis de rolagem, existem três: Rolagem Graça e Corvo superior, denominado nível de rolagem 700, com secção de 21 a 24 m2, que colecta o minério produzido nos desmontes de exploração dos jazigos de Graça e Corvo superior; - Rolagem Neves (Norte e Sul), localizado no nível 690, com secção similar ao anterior e colecta o minério produzido no jazigo de Neves; - Rolagem Corvo inferior, localizado no nível 550, para a exploração de Corvo abaixo do nível 690, com secção similar aos anteriores e comprimento de 960 metros. Além destas aberturas, a mina tem câmaras de britagem (550 e 700), rampa de correia para alimentação de minério britado aos skips do poço, oficinas para manutenção de equipamentos, subestações eléctricas, paióis, colectores de ar poluído (910, 850, 830, 720 e graça), etc. o - 7.2.3.2. Desmontes de exploração A forma e dimensões geométricas das aberturas subterrâneas geradas pelos desmontes durante a exploração dos jazigos, estão relacionadas ao método utilizado. Actualmente em Neves Corvo usam-se até quatro sistemas de exploração (D. Coupers, J. Lobato. J. Pinto, 1998). a) Drift and Fill (fig.7.5), é a variante ascendente na qual é necessário construir um primeiro acesso com inclinação de -15 % desde a rampa principal, variando com o avanço da exploração de 5 metros em 5 metros de altura. Os sistemas de suporte usados são o enchimento hidráulico (areia, rejeitado de lavaria e cimento), cabos e pregos. PLANTAS CORTE Desmonte Corpo de minério Desmonte Acessos Rampa 20m Acesso Rampa Figura 7.5 – Esquema da exploração drift and fill 300 Desmonte Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações b) Bench and Fill (fig. 7.6), aplicado nos minérios fissurados do jazigo de Neves Norte, que consiste na realização de desmontes transversais ao jazigo, com o posicionamento duma galeria no tecto e outro no muro, distanciadas no mínimo, 4 metros. Depois a galeria superior é alargada para 12 m em ramos de 20 m, com suporte de pregos swelex e cabos. Em seguida executa-se uma chaminé de 2 m de diâmetro para caldeira do desmonte, logo é alargado para um rectângulo de 5 m de comprimento e largura de 6 m para depois disparar metade do slot. Nível de perfuração (superior) Secção transversal Nível de extracção (inferior) Secção longitudinal 1 2 1 2 1 1: primaria 2: secundaria Figura 7.6 – Processo de exploração bench and fill (D. Coupers, J. Lobato, J. Pinto, 1998) Ao finalizar estes trabalhos procedem-se à preparaçao de furos verticais e realização de disparos de produção, com 12 m de largura. Em seguida são cheios com enchimento de rejeitado e areia cimentada e em desmontes secundários (entre os primeiros) enchimento não cimentado (D. Coupers, J. Lobato, J. Pinto, 1998). Os ambientes de exploração no mês de Julho 2000 tinham a distribuição apresentada na Tabela 7.4. Também nesta mina aplica-se o sistema Mini-Benching, que é similar ao método Bench and Fill, com a diferença de que é longitudinal, em painéis típicos de 10 m x 10 m x 40 m. Neste sistema é utilizado o enchimento hidráulico ou paste fill. Finalmente, nas operações de exploração, aplicam-se o sistema de recuperação de pilar de soleira denominado Sill Pillar Recovery. Tabela 7.4 – Desmontes de exploração e seus acessos (em base a relatórios da mina de Neves Corvo, Junho 2000) Área Graça Corvo +700 Corvo -700 Neves Norte Neves Sul Acessos e painéis de exploração C933(1B, 2B, 3B), G943GC, CG931GE, G832(1B), G827(2B), G786(1B), G816(3B), C828(7B), C804(2B), C773(4B) C693 (3B), C693 (2T), C727 (1T), C733 (1T), C741 (1B), C768 (1T), C733 (1B, 2B) C528(3B), C548(C2, C9), C563(C3, C7, C9), C620(4B, 6B, 8B), C625(8B) N789(1B), N784(2B), B818(S10), B760(S10), B790(S31, S52, S92), B770(S83) S842 (2B, 3B), S848 (5B), S837 (6B), S829 (7B) 301 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 7.3. Contaminação da Atmosfera Subterrânea 7.3.1. Identificação preliminar do ambiente subterrâneo O escoamento do ar identificado em Neves Corvo é forçado (exaustão) e tem um sistema típico mostrado na fig. 7.7 cujas características geométricas e de cobertura resume-se nas Tabelas 7.5 e 7.6. Na altura das medições, o sistema de exaustão do ar era constitído por 7 ventiladores instalados na boca dos poços CPV2, CPV4, CPV5 e CPV8, que permitiam a entrada de ar pelo poço de Santa Bárbara, rampa de Castro, CPV1, CPV3, CPV6 e CPV9, fluindo por todas as aberturas subterrâneas. CPV4 CPV3 CPV1 CPV2 CPV8 CPV5 CPV6 de CPV1-3 2 ventiladores davidson 2 ventiladores davidson COLLECTOR 850 RAMPA GRAÇA CORPO GRAÇA Poço de SANTA BÁRBARA Rolagem Nível 700 2 ventiladores Korfman NEVES RAMPA NEVES RAMPA CASTRO 1 ventilador zitron Britagem Nível 700 Ar fresco CORPO NEVES CORPO CORVO Rolagem Neves Rolagem Nível 550 Britagem Nível 550 Ar poluído Figura 7.7 – Esquema típico de circulação do ar na mina de Neves Corvo (Somincor, 2000) O sistema de circulação do ar possui 5 galerias colectoras de ar poluído que são: colector de Graça (880), colector de Neves (910), colector 850 e colectores 830 e 720, que são da zona de Corvo. Para regulação e controle do fluxo de ar, usam-se portas simples ou portas duplas, com accionamento electro-hidráulico. Tabela 7.5 – Sistema de exaustão do ar na mina de Neves Corvo (área de ventilação de minas Somincor, 2000) Chaminés CPV2 CPV4 CPV5 CPV8 Quant 2 2 2 1 Ventilador Marca e modelo Davidson APG.56 Davidson APG.56 Korfman KGL180 Zitron ZVN 1-23-360/6 Cobertura De A 841.55 1216.60 886.08 1200.33 915.01 1224.10 861.66 1210.00 Diâm Área mina (m) 4.20 Corvo 4.20 Corvo 3.00 Graça 3.10 Neves A interacção dos domínios ambientais no meio subterrâneo da mina de Neves Corvo, particularizando o componente térmico, dinâmico e volumétrico, pode-se representar conforme é mostrada na fig. 7.8. 302 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Nos desmontes, o ar escoa forçado por ventiladores auxiliares de 55 KW e mangas de ventilação, que captam o ar do circuito principal (rampas principais), pelos acessos às frentes de exploração. As Figuras 7.9 e 7.10 mostram esquematicamente este sistema de circulação secundária do ar. Tabela 7.6 – Entradas principais do ar atmosférico na mina Neves Corvo (área de ventilação de minas Somincor, 2000) Local CPV3 Poço S. Bárbara CPV6 Rampa de Castro CPV1 CPV9 Diâmetro (m) 4.10 5.00 2.10-3.10 12m2 2.40-2.75 2.10-3.05 Cobertura De A 870.50 1222.40 700.00 1210.00 869.02 1217.00 550.00 1209.50 1070.50 708.69 1221.02 808.50 ENTRADA Poço Santa Bárbara Rampa de castro Chaminés: CPV1, CPV3, CPV6, CPV9 AR . Temperatura . Volume e velocidade . Gases e poeiras . Ruído, incêndios e explosões ÁGUA .Caudal e drenagem ácida CORVO-GRAÇA-NEVES . Infra-estrutura, instalações, máquinas e desmontes Área mina Graça Corvo Neves Corvo Corvo Neves SAÍDA Chaminés: CPV2, CPV4, CVP5, CPV8 ROCHA Inestabilidade e desbamento de rochas Homens =143 Figura 7.8 – Interacção das componentes do ecossistema no ambiente subterrâneo da mina de Neves Corvo Antes das medições dos parâmetros térmicos, dinâmicos e volumétricos in situ, procedeu-se em gabinete à predefinição do sentido do escoamento de ar, dos ramos e dos nós das aberturas subterrâneas. A fig. 7.11 ilustra, como referência, esta acção realizada nos acessos ao desmonte C570 da área de Corvo. Ch. minério Ar fresco da rampa principal à chaminé Ventilador auxiliar e manga Ch. ventilação Enchimento Ar fresco Ar poluído Minério Área de exploração Figura 7.9 – Esquema de ventilação auxiliar no sistema Drift and Fill 303 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Cham. exaustão (nível superior) Processo de enchimento Cham. minério (nível inferior) Enchimento Entrada de ar por CPV06 ou CPV09 e rampa Neves Figura 7.10 – Esquema de ventilação auxiliar no sistema Bench and Fill Figura 7.11 – Predefinição do sentido do escoamento de ar, ramos e nós nos acessos ao desmonte C570 da área de Corvo As estações de medição foram localizadas em zonas adequadas de cada ramo, e aproximadamente a meio do seu comprimento. 7.3.2. Instrumentos utilizados para a medição Os instrumentos utilizados pertencem ao Laboratório de Engenharia do Ambiente Subterrâneo L.E.A.S. da Secção de Exploração de Minas do Instituto Superior Técnico da Universidade Técnica de Lisboa e foram: 304 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Termo/Higrómetro Casella London Ltd para medir temperatura seca e húmida. Em cada estação de medição procedeu-se à rotação do aparelho durante 4 a 5 minutos, para depois efectuar a leitura directa; o Anemómetro AIRFLOW LCA 6000 digital e de leitura discreta para a medição da velocidade do ar. Em cada estação foram realizadas as medições em 5 pontos da secção da abertura, considerando o valor médio das cinco leituras, como velocidade para a estação; o Barómetro AIRFLOW digital, de leitura contínua, utilizado para a medição da pressão barométrica absoluta ou diferencial. As medições formam realizadas com tempo de espera até a estabilização do registo digital e depois efectuar a leitura directa; o LOGGER DL20K da ROTRONIC, com quatro sondas (velocidade, temperatura, humidade relativa e pressão), que permite 240 registos por segundo é autónomo e transportável e os dados podem ser transferidos para um PC. O aparelho foi instalado nos poços pelos quais entra o ar com registo de longo período de tempo; o Mira topográfica extensível de 5 metros e uma fita métrica de aço de 3 metros, para medição das secções. Pela impossibilidade de realizar medição directa das secções, optou-se por dividir a secção em 5 subsecções trapezoidais, para medir 5 alturas e a base da secção (fig. 3.42). o 7.3.3. Medições in situ e consolidação da base de dados 7.3.3.1. Registo de medições “in situ” A medição das temperaturas, velocidade e dados para a determinação do caudal de ar formam realizadas em Julho de 2000 (fig. 7.12) na altura de paragem das operações de produção, com todos os ventiladores principais a funcionar e os ventiladores auxiliares desligados. Figura 7.12 – Medição da velocidade, caudal e temperatura com anemómetro digital e com Termo/Higrómetro 305 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Figura 7.13: Medição da velocidade, temperatura, humidade relativa e pressão atmosférica nas entradas principais de ar, utilizando o Data LOGGER DL20K As medições da velocidade, temperatura, humidade relativa e pressão atmosférica nas entradas principais de ar (CPV1, CPV9, CPV6, CPV3 e pela Rampa de Castro), foram realizadas com o Data LOGGER DL20K (fig. 7.13), em intervalo de tempo de 3 a 4 horas e com registo de dados a cada minuto (Anexo 7.1). Durante as medições in situ formam registadas: A denominação do local de medição; ramos identificados com números nos nós; comprimento; secção; velocidade do ar; pressão barométrica; temperatura seca; temperatura húmida; irregularidade dos hasteais; grau de obstrução e sinuosidade das aberturas; tipo de rocha; e tipo de suporte ou revestimento da superfície das aberturas. Estes dados são parte da base de dados consolidada (Anexos 7.3, 7.4 e 7.5). 7.3.3.2. Consolidação da base de dados Para uma avaliação efectiva do impacte ambiental térmico, dinâmico e volumétrico na atmosfera subterrânea da mina de Neves Corvo foi necessário elaborar a base de dados, correspondente a os seguintes aspectos: o Os caudais de ar nas aberturas subterrâneas, calculados aplicando a equação (3.60), e com as velocidades e secções medidas para cada estação; o A humidade relativa nas aberturas subterrâneas calculadas com a equação (3.33), e com base nas temperaturas secas, a temperaturas húmidas e pressões barométricas medidas; o O factor de fricção das aberturas subterrâneas, determinado utilizando a Tabela 3.46 com base no tipo de revestimento ou suporte das escavações, sinuosidades, junções, disjunções, etc. identificadas (temperaturas, velocidade e secção); o O comprimento equivalente em cada ramo, determinado usando a Tabela 3.47. 306 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações O perímetro das secções das aberturas calculado utilizando a expressão desenvolvida no item 3.4.3.2 para aberturas subterrâneas com secção maior de 12 m2. o Enumeração sequencial dos nós de ramos dos locais da atmosfera subterrânea com início no número 1, visando a utilização do software VnetPC2000 A base de dados consolidada encontra-se foi devidamente organizada com rigor e detalhe em formato Excel. o 7.3.4. Redes de distribuição do ar no ambiente subterrâneo As redes de distribuição do ar no ambiente subterrâneo da mina de Neves Corvo caracterizado em Julho de 2000, têm a particularidade de ser integral, ou seja, englobam as três áreas: Corvo, Neves e Graça. a) As Redes de ar no ambiente subterrâneo da zona de Corvo estão definidas por entrada de ar limpo pela rampa de Castro, pelo poço de Santa Bárbara e pelas chaminés CPV1 e saída de ar poluído pelas chaminés CPV8 e CPV2 (fig. 7.14, fig. 7.15 e fig. 7.16). 1 Entrada de ar pela Rampa de Castro CORVO à Graça 96 4A 2 à Neves do Poço Saída pela CPV2 Saída pela CPV8 4B 4C 3 4 5 à 31 do Poço 12 17 16 22 32A 30A 30 24 25 25A 26 18 34 21 16 12 29 32B 32 30B 31 32 32C 5A 6 30 28 27 5C 23 12 LEGENDA Ramo de ar limpo Ramo de ar poluído Chegada de ar Nó do trecho Figura 7.14 – Rede de ar da área Corvo com entrada pela Rampa de Castro b) As redes de ar no ambiente subterrâneo da zona de Neves estão definidas com entrada de ar limpo pelas chaminés CPV6 e CPV9, e saída de ar poluído pela CPV5 (fig. 7.17 e fig. 7.18). 307 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações LEGENDA Entrada de ar pelo Poço Santa Bárbara da chaminé CPV1-3 à Rampa de Castro 14B 5C 5 Ramo de ar limpo Ramo de ar poluído 12 Nó do trecho Cruzamento Continua na parte inferior CORVO 13 8 14 13A 14A 7 9 7B 7A 7C 76 7E 7H 12 11 10 7D 6 à CPV2 e CPV8 78 106 7J 7G 15A 14C 75 7F 7J1 15 30 33 25 34 30B 16A 2 3 29 1 27A 6 19 12A 14 à CPV2 21A 26 21B 25 9 23 24 24B 22C 22 12 17 26A 5 28B 20A 20 29B 106 28 21C 28 27 11 10 7 28A 18 19A 16 13 16 17 à CPV2 e CPV8 27 4 17A 29A à CPV2 22A 24A 8 22B Figura 7.15 – Rede do ar da área Corvo com entrada pelo poço de Santa Bárbara Entrada de ar Pelo CPV1 CORVO LEGENDA Ramo de ar limpo 14 5 da Rampa de Castro 12 5B 14B Nó do trecho Chegada de ar 14A à CPV2 e CPV8 Figura 7.16 – Rede de ar da área Corvo com entrada pela chaminé CPV1 308 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Entrada de ar Pela chaminé CPV6 49 48 Saída pela CPV5 da Rampa de Castro 3 59 57 8 1 61 7 60 à CPV2 78 á CPV2, CPV8 5 58 50A 50B 50 75 NEVES SUL 6 3 4 56 80 79 77 21 9 47 2 76 da CPV9 65 52B 66A 66 51 65A 81 52C 66B 82 10 71 73 72 11 74 16 17 67 69 68 18 14 70 51B 51A 12 64 63 67A 15 19 20 NEVES NORTE 52A 52 LEGENDA 85 53 83 55 54 84 87 13 12 86 62 Ramo de ar limpo Ramo de ar poluído Nó do trecho Cruzamento Chegada de ar Figura 7.17 – Redes de ar da zona Neves com entrada pela chaminé CPV6 Entrada de ar pela chaminé CPV9 LEGENDA NEVES NORTE Ramo de ar limpo 12 65D Nó do trecho Chegada de ar 65C 65A 65B Figura 7.18 – Rede de ar da zona de Neves com entrada pela chaminé CPV9 Os circuitos de ar típicos identificados são 34 na área de Corvo, 15 na área de Graça e 25 na área de Neves, que fazem um total de 74, distribuídos da seguinte forma: o Área de Corvo: CPV1-CPV2, Poço Santa Bárbara – CPV2, Poço Santa Bárbara – CPV8, Rampa de Castro – CPV2 e Rampa de Castro – CPV8; o Área de Graça: CPV3-CPV2, CPV3-CPV4 e CPV3-CPV8; o Área de Neves: CPV6-CPV5 e CPV9-CPV5 309 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações LEGENDA Entrada Pela chaminé CPV3 Ramo de ar limpo Ramo de ar poluído Nó do trecho Cruzamento Chegada de ar 12 GRAÇA 1 4A 4 3 Saída pela chaminé CPV4 7 da R. Castro 98X 98XA 14 9 97XA 15 2 97X 11 á CPV2 99XA 91A 92 91 99X 13A 99XB 106 91C 91D 100 9 91B 100A 14A 6 5 107 108 102 101 94 96 95 94A 103A 103 8 109 4A 111 97B 97 97A 114 98 99 104A 104 105 105B 10 11 à CPV8 112 113 12 110 105A 13 Figura 7.19 – Rede de ar da área Graça com entrada pela chaminé CPV3 7.3.5. Caracterização da situação dinâmica e volumétrica O comportamento dinâmico (velocidade) e volumétrico (caudal) do ar no ambiente subterrâneo, caracterizado na altura das medições (Julho 2000), é analisado em duas partes: nas enredas de ar, com base nos registos do Data LOGGER DL20K e nas aberturas subterrâneas baseado nas medições com anemómetro, psicrómetro e barómetro. Os resultados das medições da velocidade e caudal nas entradas de ar no ambiente subterrâneo pelas chaminés CPV1, CPV9, CPV6 e CPV3 com Data LOGGER DL20K, cujas características são similares ao gráfico dos registos na chaminé CPV1 (fig. 7.20 e 7.21). Velocidade do ar (m/s) 12.00 11.50 11.00 10.50 Velocidade média: 11.44 m/s 10.00 9:14 9:20 9:26 9:32 9:38 9:44 9:50 9:56 10:02 10:08 10:14 10:20 10:26 10:32 10:38 10:44 10:50 10:56 11:02 11:08 11:14 11:20 11:26 11:32 11:38 11:44 11:50 11:56 12:02 12:08 Tempo (registo cada minuto) Figura 7.20 – Variação da velocidade de ar que entra no ambiente subterrâneo pela chaminé CPV1, (25 de Julho de 2000) 310 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Caudal do ar (m3/s) 54.0 53.0 52.0 51.0 50.0 490 0 48.0 Caudal médio: 51.74 m3/s 47.0 9:14 9:29 9:44 9:59 10:14 10:29 10:44 10:59 11:14 11:29 11:44 12:14 11:59 Tempo (cada 1 minuto) Enumeração de trechos do ambiente subetrrâneo Figura 7.22 – Velocidade do ar na área de Corvo 311 161 156 151 146 141 136 131 126 121 116 111 106 96 101 91 86 81 76 71 66 61 56 51 46 41 36 31 26 21 16 6 11 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 Velocidade do ar (m/s) Figura 7.21 – Variação do caudal de ar que entra no ambiente subterrâneo pela chaminé CPV1 (25 de Julho de 2000) O resultado das velocidades e caudais médios, respectivamente, são os seguintes: no CP9 10.82 m/s e 67.37 m3/s, no CPV6 13.96 m/s e 105.17 m3/s, no CPV3 11.84 m/s e 164.03 m3/s e no CPV1 11.44 m/s e 51.74 m3/s. As características da velocidade e caudal de ar na atmosfera subterrânea da mina de Neves Corvo, em Julho de 2000 (Figuras 7.22, 7.23, 7.24, 7.25, 7.26 e 7.27), podem-se sresumir nos termos a seguir: a) Os valores de pico da velocidade (12 m/s a 23 m/s) correspondem ao acesso de pequena secção (5to acesso ao Poço, LP7A7B) e chaminés de exaustão (CPV2 e CPV8). Os valores de pico do caudal (180 m3/s a 250 m3/s) correspondem às chaminés de entrada e de saída do ar, nas que não há presença de homens. b) Em locais com presença de homens (galerias, rampas, travessas, locais de oficina, etc.) registaram-se velocidades máximas de 8.86 m/s e caudais de 141.8 m3/s, como no caso da rampa de Castro, que em alguns casos, atingem valores elevados. c) Existem vários locais (galerias, acessos aos desmontes, etc.) com presença de homens onde as velocidades do ar são inferiores a 1 m/s e como consequência caudais muito pequenos. 161 156 151 146 141 136 131 126 121 116 111 106 96 101 91 86 81 76 71 66 61 56 51 46 41 36 31 26 21 16 6 11 1 260 250 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Enumeração de trechos do ambiente subterrâneo Figura 7.23 – Caudal do ar na área de Corvo 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 79 76 73 70 67 64 61 58 55 52 49 46 43 40 37 34 31 28 25 22 19 16 13 7 10 4 1 0 Enumeração de trechos do ambiente subterrâneo Figura 7.24 – Velocidade do ar na área de Graça Enumeraçao de trechos do ambiente subterrâneo Figura 7.25 – Caudal de ar na área de Graça 312 79 76 73 70 67 64 61 58 55 52 49 46 43 40 37 34 31 28 25 22 19 16 13 10 7 4 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 Caudal do ar (m^3/s) Velocidade do ar (m/s) Caudal de ar (m^3/s) Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 18 17 16 15 14 Velocidade do ar (m/s) 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 106 103 97 94 100 91 88 85 82 79 76 73 70 67 64 61 58 55 52 49 46 43 40 37 34 31 28 25 22 19 16 13 7 10 4 1 0 E num eração de trechos do am biente subterrâneo Figura 7.26 – Velocidade do ar na área de Neves Realizando o balanço global de ar na atmosfera subterrânea, resulta um total de 647.00 m3/s de entrada de ar limpo e 654.94 m3/s saída de ar poluído com uma escassa diferença de 1.23% entre a entrada e saída do ar (Tabela 7.7). Este balanço é realizado com base em medições nas entras (com equipamentos de precisão em Julho de 2000) e nas saídas (resultados da modelação com programa VnetPC2000) para um total de 7 ventiladores principais (caudal e pressão indicados na Tabela 7.8). 190 180 170 160 150 Caudal do ar (m^3/s) 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 105 101 97 93 89 85 81 77 73 69 65 61 57 53 49 45 41 37 33 29 25 21 17 9 13 5 1 0 Enumeração de trechos do ambiente subterrâneo Figura 7.27 – Caudal de ar na área de Neves Tabela 7.7 – Balanço de ar em Julho de 2000 ENTRADA Local Caudal (m3/s) Local CPV03 Poço S. Bárbara CPV06 Rampa de Castro CPV01 CPV09 Total 160.03 121.39 105.17 141.30 51.74 67.37 647.00 CPV02 CPV04 CPV05 CPV08 Total 313 SAÍDA Quantidade ventiladores 2 2 2 1 Caudal (m3/s) 210.77 209.10 134.93 100.14 654.94 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 7.3.6. Situação da temperatura e pressão barométrica no ambiente subterrâneo A situação da temperatura e pressão barométrica nas chaminés de entrada de ar (CPV1, CPV9, CPV6, CPV3 e rampa de Castro) monitorizadas com Data Logger DL20K, apresentando-se, como exemplo, a realizada na chaminé CPV1 (fig. 7.28 e fig. 7.29). Tabela 7.8 – Caudal em função da pressão dos ventiladores de exaustão (2) Davidson APG-52 Chaminé CPV2 Fan Setting : 0 P(Pa) Q(m3/s) (2) Davidson APG-52 Chaminé CPV4 Fan Setting : 0 P(Pa) Q(m3/s) (1) Zitron ZVN 1-23360/6 – Chaminé CPV8 Fan Setting : 5.5 Q(m3/ Q(m3/s) s) 84.00 3310 90.00 2520 103.00 2000 120.50 1500 126.00 1150 58.00 81.00 91.00 106.00 118.00 120.00 3000 2500 2000 1500 1000 500 107.52 120.00 130.00 140.00 150.00 160.00 2155 1905 1571 1333 905 425 107.52 120.00 130.00 140.00 150.00 160.00 2155 1905 1571 1333 905 425 (2) Korfman 1800mm Chaminé CPV5 Fan Setting : 5 P(Pa) P(Pa) 25 Tempertaura seca (ºC) Te m pe r a t ur a m é dia : 20.71 ºC 23 21 19 17 15 T empo (cada 1 minut o) Figura 7.28 – Variação da temperatura na entrada do ar pela chaminé CPV1 (25 de Julho de 2000) Realizando as medições das temperaturas no CPV1 e CPV3 na mesma data e entre as 9.14 e as 15.23 horas verifica-se que existe uma variação de aproximadamente 4 ºC e, à tarde, perto de 2 ºC. No CPV6 e CPV9 a monitorização foi feita entre as 13.02 e as 16.07 horas e, em ambos os casos as tendência são de acréscimo de 3 a 4 ºC. 988 Presão (mbar) 987 986 985 P r e s s ã o m é d ia : 9 8 5 .7 2 m b a r 12:08 12:02 11:56 11:50 11:44 11:38 11:32 11:26 11:20 11:14 11:08 11:02 10:56 10:50 10:44 10:38 10:32 10:26 10:20 10:14 10:08 9:56 10:02 9:50 9:44 9:38 9:32 9:26 9:20 9:14 984 T e m p o ( c a d a 1 m in u to ) Figura 7.29 – Variação da pressão barométrica na entrada do ar pela chaminé CPV1 (25 de Julho de 2000) 314 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A ponderação dos resultados médios de temperatura registadas em horas matinais (rampa de Castro 23.43 ºC, rampa de Castro 26.5 ºC, CPV1 20.71 ºC) e matutinas (CPV3 24.61 ºC, CPV6 25.65 ºC e CPV9 31.32 ºC), levam a concluir que as medições no ambiente subterrâneo realizaram-se em condições em que a temperatura do ambiente exterior apresentava um valor médio de 25.37 ºC (variando de 20.71 ºC a 31.32 ºC). Assim, também a pressão média geral do ambiente exterior, na altura dos ensaios realizados, foi de 981.54 mbar (variando de 965.08 mbar até 992.13 mbar) e a humidade relativa de 56.8%. As medições de temperatura na chaminé CPV5 (saída de ar) atingiram um valor médio de 26.1 ºC com uma humidade relativa de 56.83%, quando no ambiente exterior circundante se registava uma temperatura e humidade relativa médias de 32.6 ºC e 29.16%, respectivamente. Para uma caracterização detalhada da temperatura do ambiente subterrâneo foi necessário identificar todas as redes de ar (Tabela 7.9). a). Na área de Corvo (fig. 7.30 e fig. 7.31), nas redes de ar com entrada pela chaminé CVP2 e poço de Santa Bárbara, as temperaturas registadas foram de 25 ºC na parte inferior da chaminé, de 23 a 36 ºC na rampa e galerias, 29.5 ºC nos acessos a frentes de exploração, de 25 a 27 ºC nos colectores e de 26.1 ºC na saída. Nos circuitos com entrada na rampa de Castro, o ar entra com 26.5 ºC desce até aos 22.5 ºC nas galerias. Nos acessos às frentes de exploração a temperatura registada foi de 22 a 24 ºC e de saída similar ao caso anterior. A humidade relativa nesta área oscila de 85 a 95%. Tabela 7.9 – Redes de ar identificados no ambiente subterrâneo em Julho 2000 Rede principal de entrada e saída do ar Entrada Saída CPV1 CPV2 Poço Santa Bárbara CPV2 CPV1 CPV8 Corvo Poço Santa Bárbara CPV8 CPV2 Rampa de Castro CPV8 Rampa de Castro CPV3 CPV2 Graça CPV3 CPV4 CP3 CPV8 CPV6 CPV5 Neves CPV9 CPV5 Área No. redes do ar 7 14 2 2 7 2 2 11 2 19 6 315 Dist. de escoamento (m) Mín-Máx 2427.32-3338.21 2072.29-4323.97 2395.62-3306.51 2946.90-3324.68 3925.30-4119.08 2527.00-3972.54 2988.03-3149.23 1256.66-2048.15 1595.57-1842.98 1467.24-2900.35 1147.94-1576.35 Prof. máximas (m) 641.07 672.60 671.77 712.46 492.00 487.63 521.90 417.20 392.28 539.81 423.86 Temp. Máxima (ºC) 29.5 29.5 28.5 28.5 24.5 24.5 26.0 25.0 27.0 27.0 27.0 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Temperatura (ºC) 31.0 29.0 27.0 25.0 23.0 21.0 Temperatura seca Temperatura húmida 19.0 17.0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Percurso do ar (m) Humidade relativa (%) Figura 7.30 – Variação da temperatura na rede de ar típica n.º 1 (entre CPV1CPV2), na área de Corvo 100% 95% 90% 85% 80% 75% 70% 65% 60% 55% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Enumeração de trechos da rede típica na área de Corvo Figura 7.31 – Variação da humidade relativa na rede de ar típica n.º 1 (entre CPV1CPV2), na área do Corvo b) Na área da Graça (fig. 7.32 e fig. 7.33), a temperatura de autocompressão atinge 28 ºC na base da chaminé, descendo na rampa e galerias até aos 20 a 24 ºC, no acesso aos desmontes de 23 a 27 ºC, no colector de 22.5 a 25 ºC e, saída similar aos anteriores. A humidade relativa nesta área varia de 75 a 85%. Temperatura (ºC) 29 Temperatura seca Temperatura húmida 27 25 23 21 19 17 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Percurso do ar (m) Figura 7.32 – Variação da temperatura na rede de ar típica n.º 1 (entre CPV3CPV4) na área da Graça 316 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações c) Na área de Neves (fig. 7.34 e fig. 7.35) a temperatura medida na base das chaminés foi de 21 a 24 ºC, na rampa e galerias de 21 a 24 ºC, nos acessos a frentes de exploração 23.5 ºC, nos colectores de 23.5 a 24 ºC e saída similar aos casos anteriores. A humidade relativa média registada é de 90%. Humidade relativa (%) 100% 95% 90% 85% 80% 75% 70% 65% 60% 55% 50% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Enumeração de trechos da rede típica na área de Graça Figura 7.33 – Tendência da humidade relativa na rede de ar típica n.º 1 (entre CPV3-CPV4), na área da Graça 28 Temperatura (ºC) 27 26 250 20 230 22 210 Temperatura seca Temperatura húmida 20 190 0 500 1500 1000 2000 2500 3000 Percurso do ar (m) Humidade relativa (%) Figura 7.34 – Variação da temperatura seca e húmida na rede de ar típica n.º 15 (entre CPV6-CPV5), na área de Neves 95 90 85 80 75 70 60 60 55 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Enumeração de trechos do circuito típico na área de Neves 14 Figura 7.35 – Variação da temperatura seca e húmida na rede de ar típica n.º 15 (entre CPV6-CPV5), na área de Neves 317 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 7.3.7. Velocidade, caudal e temperatura do ar nas frentes de exploração Os parâmetros térmicos medidos nos desmontes das três áreas da mina de Neves Corvo indicam valores elevados nas áreas de Corvo e Neves (Tabela 7.10 e Tabela 7.11). Tabela 7.10 – Parâmetros térmicos nos desmontes (baseado nos registos de de Somincor 1998, 1999 e até Junho 2000) ÁREA CORVO MÊS Temp. Seca (ºC) Mín Máx Temp. Seca (ºC) Méd Mín Máx ÁREA NEVES Temp. Húmida(ºC) Méd Mín Máx Temp. Seca (ºC) Méd Méd MINA Temp. Húmida(ºC) Mín Máx Méd Temp. Seca (ºC) Mín Máx Mín Máx 20 29 24.9 18.5 25 22.6 17.5 29 22.6 15.5 25 20.3 24 29 25.3 19 26 21.4 20.5 29.0 24.3 22 28 25.8 21 25 23.6 19 29 23.8 17 25 23.2 25 30 27 21 25 23.6 22.0 29.0 24.4 20 30 24.8 19.5 27 22.6 20 22 21 17 20 18 24 34 27.3 19 29 24.2 21.3 28.7 24.4 Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Méd ÁREA GRAÇA Temp. Húmida(ºC) Mín Máx Méd 24 30 26.7 22.5 27 24.8 21 25 22.7 18.5 23 20.2 23 27 25.8 21 25 22.6 22.7 27.3 25.1 25.5 30 27.3 22 28 25.1 21.5 27 24.1 19 24 21.6 24.5 28 26.9 21 27 24.3 23.8 28.3 26.1 27 30 28.8 24.5 27.5 25.8 25 28 27 22 25 23.9 27.5 32 29.5 24.5 27.5 25.9 26.5 30.0 28.4 26.5 31 28.9 25 29 26.9 21 37 27.2 25 28 26 24.2 32.0 27.4 23 30 28.1 21 29 26.7 25 36 28.4 23 29 25.4 23 31 26.2 21 28 24.1 23.7 32.3 27.6 23 30 28.2 21 27.5 25.2 23 28 26 21 25 23 27 30 28.1 24 27.5 25.1 24.3 29.3 27.4 27 31 28.9 25 29.5 26.8 19 23 20.7 15 21 17.7 23 26.5 24.6 21 24 22.1 23.0 26.8 24.7 19 25 22.7 18 23 17.3 20 25 21.7 16 22 19 22 28 24.2 19 25 22 20.3 26.0 22.9 Tabela 7.11 – Valores médios dos factores dinâmicos, volumétricos e térmicos em condições da mina em produção (baseado nos registos de Somincor, realizados de 21 a 29 de Julho de 1998) VELOCIDADE(m/s) ÁREA Mín Corvo Graça Neves Máx Méd CAUDAL DE AR (m^3/s) Mín Máx TEMPERATURA SECA(ºC) Méd Mín Máx TEMPERATURA HÚMIDA(ºC) Méd Mín Máx FRENTES DEEXPLORAÇÃO Méd 13 20 15.5 7 10 8 27 30 28.8 24.5 27.5 25.8 2 21 8.2 1 11 3.8 25 28 27 22 25 23.9 542-4B-11, 542-4B-14, 620-6B, 760-1B, 762-1T 817-2B, 806-3B, 921-E, 928-3B, 804-2B-07 5 16 12 3 13 7 27.5 32 29.5 24.5 27.5 25.9 779-1B, 779-2B, 770-S58, 818-S18, 790-S40-38, 700GP7 A variação da temperatura seca nos primeiros cinco meses é baixa com um acréscimo nos meses de Julho, Agosto, Setembro e Outubro, diminuindo nos últimos dois meses do ano (fig.3.36). A margem de variação média da temperatura seca nas áreas de Corvo e Graça é de 6.1 ºC e na área de Neves de 4.7 ºC. A variação média para a mina em geral é de 5.6 ºC para a temperatura seca e de 5 ºC para a húmida. 30 Temperatura (ºC) Temperatura (ºC) 35 33 25 31 29 20 27 15 25 23 10 21 T emperatura mínima T emperatura máxima T emperatura média 19 17 0 2 4 6 8 T emperatura média exterior T emperatura média nos desmontes 5 10 12 M eses do ano 0 0 2 4 6 8 10 12 14 M eses do ano a) b) Figura 7.36 – Variação das temperaturas (médias mensais) no exterior (a) e comparação das temperaturas (médias mensais) no exterior e nas frentes de exploração (b) 318 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Uma forte variação da temperatura exterior (fig. 7.36.a) a longo do ano (15.48 ºC/ano) influi levemente a variação da temperatura nos desmontes (5.5 ºC/ano). A temperatura média no ambiente subterrâneo é maior do que a temperatura media no ambiente exterior, devido principalmente às propriedades térmicas da rocha virgem. Para comparar os parâmetros ambientais medidos em condições subterrâneas com paragem de produção e em condições de mina em produção, tomou-se como base os registos da Ventilação Secundaria DTS do Departamento de Estudos e Planeamento Mineiro da Somincor, realizados entre 21 a 29 de Julho de 1998 (Tabela 7.12), em semelhança à data de realização das medições. Tabela 7.12 – Comparação dos parâmetros térmicos do ambiente subterrâneo, em condições de mina parada e em produção (baseado nos registos de Somincor, Julho de 1998 e ensaios julho 2000) Tempratura seca(ºC) ÁREA Mina emproduçao Mín Corvo Graça Neves Máx Méd Temperatura húmida(ºC) Mina paragemprodução Mín Máx Méd Mina emproduçao Mín Máx Velocidade Média(m/s) Temperatura efectiva(ºc) Mina paragemprodução Méd Mín Máx Méd Mina em Produção Mina paragem Produção Mina em Produção Mina paragem Produção 27 30 28.8 22.5 29.5 25.4 24.5 27.5 25.8 21 27.5 25.5 15.5 0.77 11.2 24.7 25 28 27 20 24 22.4 22 25 23.9 18 22 19.8 8.2 0.91 16.63 19.67 27.5 32 29.5 20 27 24.1 24.5 27.5 25.9 19 26 22.7 12 0.32 14.98 22.8 Nas medições realizadas na época de produção a velocidade e, consequentemente, o caudal são maiores relativamente às realizadas na altura em que houve paragem da produção, isto deve-se a que no primeiro caso os registos foram realizados com ventiladores auxiliares ligados, ou seja, em melhores condições e, no segundo caso, realizou-se com ventiladores auxiliares desligados. Nas condições referidas, existem as seguintes diferenças: ‚ Temperatura seca: Corvo 3.4 ºC, Graça 4.6 ºC, Neves 5.4 ºC, média geral 4.5 ºC; ‚ Temperatura húmida: Corvo: 0.3 ºC, Graça 4.1 ºC, Neves 3.2 ºC, média geral 2.5 ºC; ‚ Temperatura efectiva: Corvo 13.7 ºC, Graça 3.04 ºC, Neves 7.82 ºC, média geral 8.2 ºC. 7.3.8. Identificação do impacte ambiental térmico, dinâmico e volumétrico 7.3.8.1. Matriz base para a identificação do impacte ambiental Para a identificação do impacte ambiental térmico aplica-se a matriz base proposta na Tabela 3.10 que, conforme o Artigo 148º do Decreto-lei n.º 162/90 do 22 de Maio (Tabela 3.6), a matriz base específica para a mina de Neves Corvo resulta o indicado na Tabela 7.13. Tabela 7.13 – Matriz base para a avaliação do impacte ambiental térmico Níveis de impacte ambiental Temperaturas (ºc) Seca (ts) Húmida (th) Leve ∇ 31<ts≤33 26<th≤28 Moderado ⊗ 33<ts≤35 28<th≤30 319 Alto ♦ ts>35 Th>30 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Da mesma forma para a identificação do impacte ambiental dinâmico e volumétrico aplica-se a matriz base proposta na Tabela 3.52 que, particularizando para o caso em estudo resulta exposto na Tabela 7.14. Tabela 7.14 – Matriz base para a avaliação do impacte ambiental dinâmico e volumétrico Níveis de impacte ambiental Tipo de impacte Leve ∇ Moderado ⊗ 0.2>V≥0.15 0.15>V≥0.10 Dinâmico (m/s) V 8<V≤9 9<V≤10 Volumétrico (m3/s) Q q*>Q≥0.9q* 0.9q*> Q≥0.7q* * q : volume de ar mínimo permitido pelo Decreto-lei nº. 162/90 (Portugal) Alto ♦ V< 0.10 V> 10 Q<0.7q* O caudal mínimo admissível varia relativamente ao número de homens e potência dos equipamentos diesel presentes nas frentes de trabalho, em condições críticas de operação e, aplicando a equação 3.73, resultam os valores se encontram na Tabela 7.15. Tabela 7.15 – Condições críticas de operação (Departamento de produção da mina de Neves Corvo 2000) e caudal mínimo de ar admissível Local Homem Equipamento simultâneo simultâneo* 3 1 LHD 12 Equivalente a 1 LHD 4 2 DUMPER 15 Veiculo transp. pessoal Desmontes Oficinas de manutenção Nível de rolagem Galerias e rampas Potência (hp) 224 224 706 136 q (m3/s) 10.67 11.12 18.60 5.51 Nas rampas e outros ambientes onde há presença de homens e máquinas, as condições não são críticas. No sistema colector de ar geralmente não há presença de homens, nem máquinas, já que a sua função é de colectar ar poluído da mina. 7.3.8.2. Identificação do impacte ambiental térmico e dinâmico Com as matrizes específicas elaboradas (Tabela 7.13 e Tabela 7.14) e definido os caudais de ar admissíveis (Tabela 7.15) a matriz de impacte ambiental térmico, dinâmico e volumétrico é apresentada na Tabela 7.16. Na área de Corvo existe uma zona onde a temperatura húmida atinge de 26.5 ºC a 27.5 ºC e a temperatura seca varia de 28º a 29.5 ºC, existindo portanto um risco ambiental leve pela temperatura húmida (não se encontra indicada na matriz de impacte). 14B 8 13 14 13A 9 7C 11 10 7D 76 7E 7H LEGENDA 14A 106 7J1 7F 75 Ramo de ar limpo Impacte ambiental alto 78 33 34 Chegada de ar Cruzamento Figura 7.37 – Locais com impacte volumétrico alto na área de Corvo 320 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A matriz do impacte ambiental mostra que a área com maior risco ambiental térmico, dinâmico e volumétrico é a de Neves. Tabela 7.16 – Matriz de impacte ambiental térmico, dinâmico e volumétrico no ambiente subterrâneo da mina Neves Corvo NEVES GRAÇA CORVO Área Ramos 5C-5 13A-10 14-10 9-10 10-11 25-26 15-15A vários 97B-94A 109-108 110-109 113-114 vários 54-55 50A-50B 51-65 67-67A 68-69 52A-52C 52A-52B 66A-52B 72-74 75-76 75-77 77-78 77-79 79-81 81-83 84-87 55-83 vários Ambiente subterrâneo Oficina 810 Rolagem Corvo Rolagem Corvo Rolagem Corvo Rolagem Corvo Acesso Cv159 C693GAM Desmontes (Tabela 3.10) Acesso a CPV-3 Rolagem Graça Rolagem Graça Rolagem Graça Desmontes (Tabela 3.10) Rampa Neves Acesso a CVM96 N810GAM Acesso a CV44 Acesso a CV48 B760S92 Acesso a 52B B790GAM Acesso a CV80 Rolagem Neves Rolagem Neves Rolagem Neves Rolagem Neves Rolagem Neves Rolagem Neves Acesso a CV42 Ligação rampa Desmontes (Tabela 3.10) Tipo e níveis de impacte Térm. Dinâm. ⊗ ∇ ♦ ⊗ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ∇ ∇ ♦ ⊗ ♦ ♦ ♦ ⊗ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ Volum. ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ⊗ ♦ ♦ ⊗ ♦ ♦ ♦ ♦ ⊗ ⊗ ♦ ∇ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ Nos locais das redes de ar primário não existe impacte ambiental térmico; no entanto existe um impacte térmico leve nos desmontes das áreas de Corvo e Neves. 321 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Os desmontes da área de Neves e Graça apresentam um impacte ambiental dinâmico e volumétrico alto e em Corvo moderado. Este resultado é coerente com os elevados riscos ambientais identificados nos acessos. Tanto em Corvo, como em Graça e Neves nas galerias de rolagem o nível de risco ambiental dinâmico e volumétrico é alto, devido fundamentalmente à presença de camiões que são utilizados para o transporte de mineral. As Figuras 7.37 e 7.38 representam os mapas de impacte ambiental onde se apresentam os níveis de risco ambiental identificados. Entrada de ar Pela chaminé CPV6 49 48 LEGENDA Ramo de ar limpo Ramo de ar poluído Impacte ambiental moderado Impacte ambiental alto da Rampa de Castro 3 59 57 61 8 1 47 7 60 à CPV2 á CPV2, CPV8 50B 50 77 75 NEVES SUL 6 3 4 79 Cruzamento 5 58 50A 78 56 80 Chegada ou saída de ar 2 76 da CPV9 65 52B 66A 66 51 65A 81 52C 66B 82 10 71 73 72 11 74 67A 16 17 67 69 68 51A 12 64 63 14 70 51B 15 NEVES NORTE 52A 52 85 53 54 83 55 84 87 13 86 62 Figura 7.38 – Locais na área de Neves, com impacte dinâmico e volumétrico moderado a alto 7.3.9. Medidas correctivas para o impacte ambiental térmico, dinâmico e volumétrico nos desmontes Na matriz do impacte ambiental (Tabela 7.16) mostra-se que nas áreas de Graça e Neves existe um impacte ambiental dinâmico e volumétrico alto, nos desmontes da área de Corvo um impacte dinâmico moderado e volumétrico alto e na área de Neves e Corvo há um impacte térmico leve. 7.3.9.1. Medida correctiva para o impacte ambiental térmico Nos desmontes da área de Neves foram registadas temperaturas médias máximas de 32 ºC (Tabela 7.10), mostrando isto que em alguns desmontes provavelmente esta temperatura seja maior. 322 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A ventilação dos desmontes é mediante uso de ventiladores auxiliares (fig. 7.9 e 7.10), e num ambiente linear com secção varável, tanto no método de exploração Drift and Fill como Bench and Fill, podem-se aplicar as equações 3.1, 3.6, 3.10, 3.11, 3.14 e 3.15, para as condições locais seguintes: P = 20.96 m, S = 27.56 m2, h1 = 659.30 m, htcn= 30 m, α = 0º, gg = 30.30 m/ºC, λ = 0.1837 W/m2.ºC, ρa = 1.1774, Ce = 1.005, fm. ft = 0.032, qd = 2.9 kW/kW, Pd = 204 kW, Ce = 342 kJ/Kg e eu = 342 kg ANFO/ dia-frente. Substituindo estes valores nas equações referidas obtêm-se a equação particular seguinte: Tentrada = Tsaída + [20.461/(1 + 2.97Q ) ] + 29.025/Q Nas medições realizadas em Julho de 2000 registaram-se nos acessos aos desmontes da área de Neves temperaturas máximas de 27 ºC. Com o objectivo de tentar obter uma solução geral do impacte ambiental para diversos casos, modelou-se não só para esta temperatura mas também para temperaturas de 26 ºC até 30 ºC (fig. 7.39). Na hipótese em que a temperatura do ar na entrada ao desmonte seja de 27 ºC (registo Julho de 2000), para manter o ambiente com temperatura inferior a 31 ºC (máximo permitido pela norma) o caudal necessário é de 9 m3/s, mas para uma temperatura de entrada de 28 ºC precisam-se um caudal de 12 m3/s. 40 Temperatura entrada 25ºC Temperatura entrada 26ºC Temperatura entrada 27ºC Temperatura entrada 28ºC Temperatura entrada 29ºC Temperatura entrada 30ºC 39 38 Temperatura de saída (ºC) 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Caudal de ar necessário(m^3/s) Figura 7.39 – Tendência da temperatura em função do caudal de ar nos desmontes Na hipótese em que a temperatura de entrada do ar seja de 29 ºC é necessário um caudal de ar de 18.5 m3/s, caudal que ainda resulta ser viável insuflar para a frente de exploração. Mas no caso em que a temperatura de entrada do ar é maior ou igual a 30 ºC é necessário um caudal muito elevado, sendo inviável técnica e economicamente. 7.3.9.2. Medida correctiva para a parte dinâmica e volumétrica O caudal mínimo admissível de ar nos desmontes é de 10.67 m3/s (Tabela 7.15) pelo que, a medida correctiva deve garantir este caudal de ar através dos ventiladores auxiliares (Tabela 7.17). Este caudal mínimo não só está orientado a mitigar o impacte dinâmico e volumétrico mas também deve mitigar o impacte térmico. Para a aplicação desta medida correctiva é preciso avaliar o dimensionamento do sistema de ventilação auxiliar. 323 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Na mina de Neves Corvo, para a ventilação auxiliar são utilizados ventiladores Korfmann, desta forma a avaliação é realizada para estes equipamentos, utilizando o método de comprimento máximo expresso pela equação (3.64). Tabela 7.17 – Caudal mínimo necessário para corrigir o impacte ambiental térmico, dinâmico e volumétrico nos desmontes Temperatura do ar na entrada do desmonte (ºC) 27 28 29 Caudal mínimo de ar para manter a temperatura <31 ºC nos desmontes (m3/s) 9.00 12.00 18.40 Caudal mínimo admissível pelo D. Lei 162/90 (m3/s) Caudal mínimo da medida correctiva (m3/s) 10.67 18.50 Para estes ventiladores, com curvas características apresentadas no Anexo 7.2 e caudal da medida correctiva definido, obtém-se as equações indicadas na Tabela 7.18. Para obter as equações de comprimento máximo usam-se os seguintes parâmetros: λ= 0.0260 (Tabela 2.49), Q = 18.50 m3/s (Tabela 3.15), f = 0.0278 (Tabela 3.46), P = 18.4 m, S = 21.15 m2 (D. Coupers J. Lobato 1998), Le = 9.144 m (Tabela 3.47). Tabela 7.18 – Equações de comprimento máximo do acesso/desmonte Ventilador Hmáx (curva) Equação de comprimento máximo ESN9-750 AL10-300 AL10-220 AL10-180 Lmáx = 7.011906/[ (0.02548/D5) + 0.0000541] Lmáx = 3.505715/[ (0.02548/D5) + 0.0000541] Lmáx = 2.235026/[ (0.02548/D5) + 0.0000541] Lmáx = 2.146103/[ (0.02548/D5) + 0.0000541] 2400 1200 1000 960 Assim, a medida correctiva determinada para o impacte ambiental térmico, dinâmico e volumétrico nos desmontes da mina de Neves Corvo consiste na utilização do ventilador e manga adequados, para um comprimento máximo de acesso/desmonte, utilizando as equações indicadas na Tabela 7.18 ou as curvas da fig. 7.40. A título de exemplo, apresentam-se alguns casos na Tabela 7.19. Comprimento máximo acesso/desmonte (m) 300 250 Ventilador ESN9-750 Ventilador AL10-300 Ventilador AL10-220 Ventilador AL10-180 200 150 100 50 0 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 Diâmetro da manga (m) Figura 7.40 – Comprimento máximo dos acessos e/ou desmonte (manga) em função do diâmetro da manga de ventilação 324 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 7.19 – Exemplo de medidas correctivas para mitigação do impacte ambiental térmico, dinâmico e volumétrico para 50, 100 e 150 m de acesso e/ou desmonte Lmáx ESN9-750 AL10-300 AL10-220 AL10-180 50 100 150 0.70 0.82 0.88 0.80 0.94 1.01 0.88 1.03 1.12 0.90 1.03 1.12 7.3.10. Medidas correctivas para o impacte ambiental térmico, dinâmico e volumétrico nas redes primárias de ar 7.3.10.1. Suporte informático Por forma a obter a procura da medida correctiva para o impacte ambiental dinâmico e volumétrico identificado nas redes primárias de ar, utilizou-se o programa VnetPC2000 da Ventilation Service, Inc. dos E.U.A., como ferramenta principal. O VnetPC2000 é um programa interactivo que precisa dum ambiente Windows 95, 98, 2000 ou NT, computador Pentium com mínimo 16 MB de memória Ram, e monitor VGA, que para a modelação é necessário introduzir dados básicos (fig. 7.41 esquerda) como: o título do trabalho, eficiência dos ventiladores, custo unitário da energia, massa volúmica do ar e o tipo de unidade a utilizar. Figura 7.41 – Modelo de informações básicas para o input do programa VnetPC2000 Seguidamente, como parte do input, precisa-se de informação e factores sobre as características físicas das aberturas subterrâneas (fig. 7.41 direita), que são: ramos definidos pelos nós inicial e final, o factor de fricção, comprimento dos ramos, comprimento equivalente, secção, perímetro, nome do ambiente subterrâneo, por forma a processar estes dados, o programa necessita que se defina a opção de utilizaçaõ do factor de fricção. 325 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Figura 7.42 – Input da capacidade dos ventiladores baseado nas curvas características O programa permite usar pressões, caudais fixos ou curva característica dos ventiladores (com pelo menos 5 pontos), considerando o número de ventiladores e a instalação em série ou paralelo (fig. 7.42). O programa dispõe igualmente de uma opção para a modelação da concentração de gases poluentes e coordenadas dos nós (fig. 7.43) em latitude, longitude e altitude para a representação gráfica. Com os dados fornecidos (input) procede-se à simulação da rede de ar subterrâneo, para o qual a metodologia adoptada foi de simular a situação inicial (referência) caracterizada com resultados muito próximos da realidade (1 a 2% de diferença) e depois, modelar as alternativas possíveis, visando mitigar o impacte ambiental térmico, dinâmico e volumétrico identificados. Os resultados (ouput) mostram, para cada ramo a resistência total, caudal de ar, potência, custo por ano e descrição, assim como o esquema da rede de ventilação (fig. 7.44). Figura 7.43 – Input da concentração de gases contaminantes e coordenadas 326 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Figura 7.44 – Informações básicas no output do programa VnetPC2000 7.3.10.2. Medida correctiva obtida mediante a modelação Nas simulações para a procura da medida correctiva mais viável foi tomada em consideração, como um critério fundamental, a utilização dos recursos existentes (infraestrutura e ventiladores, Anexo 7.1) e, só no caso da impossibilidade de mitigar o impacte com os recursos existentes, é que considera a construção ou alargamento de poços ou chaminés. A simulação inicial ou de base foi realizada considerando a medição realizada no mês de Julho de 2000, sendo o resultado muito próximo da realidade (Tabela 7.20). Tabela 7.20 – Comparação dos caudais de entrada e saída do ar medidos em Julho de 2000 e resultados da modelação com VnetPC2000 Local CPV3 Poço S. Bárbara CPV6 Rampa de Castro CPV1 CPV9 Total Entrada Julho 2000 Caudal (m3/s) 160.03 121.39 105.17 141.30 51.74 67.37 647.00 VnetPC2000 Caudal (m3/s) 161.39 121.39 107.96 141.99 53.27 68.93 654.93 Local CPV2 CPV4 CPV5 CPV8 Total Saída VnetPC2000 Caudal (m3/s) 210.77 209.10 134.93 100.14 654.94 Na Tabela 7.22 apresentam-se os resultados da alternativa 1 e 2 (medidas de correcção) comparando com medições realizadas em Julho de 2000, nos locais onde se identificaram os impactes ambientais dinâmico e volumétrico moderado a alto, no Anexo 7.3 os resultados da simulação em condições iniciais (Julho 2000) e da alternativa 2. Analisando os resultados apresentados na Tabela 7.21, fig. 7.45 e fig. 7.46 conclui-se que, quer a Alternativa 1, quer a alternativa 2, são medidas correctivas que resolvem o problema do impacte ambiental identificado, obtendo-se velocidades e caudais maiores que o mínimo admissível. 327 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 100 90 Caudal Julho 2000 Caudal Alternativa 1 Caudal Alternativa 2 80 Caudal (m^3/s) 70 60 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 Numero que corresponde aos locais com impacte ambiental Figura 7.45 – Caudal de ar obtido pelas alternativas 1 e 2 relativamente ao medido em Julho de 2000 no ambiente subterrâneo com impacte ambiental dinâmico e volumétrico No entanto, entre as duas alternativas, a 1 apresenta problemas em dois locais, devido ao facto de não conseguir obter uma velocidade e caudal maior que mínimo admissível. Esta alternativa 1 gera, na rampa de Castro, uma velocidade de 9.98 m/s (caudal de 159.08 m3/s) sendo maior que o mínimo permissível (8 m/s) e necessita de 4 ventiladores novos, com a vantagem de não se precisar de realizar o alargamento do poço CPV1. Portanto, a alternativa 2 é a mais viável, visto que resolve o problema do impacte ambiental dinâmico e volumétrico com uma margem muito importante ao mínimo admissível, pelo que, constitui a medida correctiva procurada. Econômicamente, a alternativa 2 necessita de um investimento de 961139.99 €, calculado com base em informações proporcionadas pelo Departamento de Planeamento da mina Neves Corvo (D. Coupers, 2000) e implica: o Construção do novo poço novo de 313.70 m com diâmetro de 4.2 m: 307426.00 €; o Alargamento do poço CPV1 de 2.4 m a 4.2 m de diâmetro: 153713.00 €; 328 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 7.21 – Comparação entre os resultados das simulações das medidas correctivas e da medições realizadas em Julho de 2000, nos locais com presença do impacte ambiental dinâmico e volumétrico moderado a alto Registos em Julho 2000 Ramos NEVES GRAÇA CORVO Área Julho 2000 5C-5 13A-10 14-10 9-10 10-11 25-26 15-15A vários 97B-94A 109-108 110-109 113-114 vários 54-55 50A-50B 51-65 67-67A 68-69 52A-52C 52A-52B 66A-52B 72-74 75-76 75-77 77-78 77-79 79-81 81-83 84-87 55-83 vários VnetPC 2000 22-14 39-41 40-41 31-41 41-42 63-64 48-75 vários 134-133 172-171 173-172 176-177 Vários 206-207 209-210 202-220 230-231 232-233 235-237 235-237 227-237 239-241 242-36 242-244 244-38 244-246 246-247 248-250 251-254 208-250 vários Ambiente subterrâneo No Oficina 810 Rolagem Corvo Rolagem Corvo Rolagem Corvo Rolagem Corvo Acesso Cv159 C693GAM Desmontes* Aces a CPV-3 Rolagem Graça Rolagem Graça Rolagem Graça Desmontes* Rampa Neves Aces a CVM96 N810GAM Acesso a CV44 Acesso a CV48 B760S92 Acesso a 52B B790GAM Acesso a CV80 Rolagem Neves Rolagem Neves Rolagem Neves Rolagem Neves Rolagem Neves Rolagem Neves Acesso a CV42 Ligação rampa Desmontes* 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 VnetPC2000 Alternativa 1 VnetPC2000 Alternativa 2 Q (m3/s) V (m/s) Q (m3/s) V (m/s) Q (m3/s) V (m/s) 7.10 12.60 3.60 11.70 5.80 0.80 2.60 8.00 1.50 10.20 16.30 8.60 3.80 2.10 2.40 3.80 4.30 0.80 5.00 2.70 1.30 1.40 2.80 1.70 2.00 0.80 1.70 1.30 1.40 3.30 7.00 0.28 0.54 0.14 0.68 0.33 0.03 0.11 0.26 0.05 0.42 0.65 0.33 0.13 0.09 0.08 0.17 0.25 0.04 0.13 0.07 0.03 0.04 0.12 0.06 0.09 0.04 0.07 0.06 0.06 0.12 0.23 95.43 20.60 27.47 6.80 54.87 18.09 27.63 18.50 41.91 51.19 25.83 25.36 18.50 8.47 11.51 20.64 8.71 8.04 8.86 9.48 13.63 19.20 29.44 3.41 32.40 29.07 26.31 48.76 12.20 12.25 18.50 3.79 0.60 1.08 0.39 3.10 0.65 1.16 0.62 1.46 2.10 1.03 0.98 0.62 0.30 0.38 0.92 0.50 0.41 0.23 0.24 0.65 0.55 1.27 0.14 1.49 1.37 0.78 2.20 0.52 0.45 0.62 63.69 20.56 15.94 26.78 63.28 38.84 17.17 18.50 27.11 52.97 26.48 26.49 18.50 13.61 13.09 29.16 7.65 8.13 9.90 11.23 11.82 20.36 23.25 38.17 19.50 57.68 10.38 59.47 13.23 17.45 18.50 3.14 0.88 0.78 1.62 3.78 1.85 0.88 0.62 1.27 2.69 1.32 1.30 0.62 0.71 0.60 1.54 0.46 0.46 0.25 0.29 0.56 0.59 1.21 1.77 1.05 3.15 0.53 3.17 0.68 0.84 0.62 * Registos de Ventilação Secundaria DTS Departamento Estudos Planeamento Mineiro de Somincor, realizados de 21 a 29 de Julho de 1998 e resultados da medida correctiva para desmontes o Custo de 2 ventiladores Korfmann de 250 kW cada um: 500000.00 €. 329 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 4 Velocidade Julho 2000 Velocidade Alternativa 1 Velocidade Alternativa 2 3.5 Velocidade do ar (m/s) 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 Número que corresponde aos locais com impacte ambiental Figura 7.46 – Velocidade do ar obtida pelas alternativas 1 e 2 em relação ao medido em Julho de 2000 no ambiente subterrâneo com impacte ambiental dinâmico e volumétrico A informação utilizada é: poço de 4.2 m de diâmetro 1980 €/m, custo de aquisição mais instalação de 2 ventiladores de 250 kW cada um 500000 €. As actividades para a realização da alternativa 2 são as apresentadas na Tabela 7.22. Os 2 ventiladores Korfmann AL 1200 a instalar em Rolagem Graça, são os retirados do acesso ao CPV1 (Oficinas 810) não constituindo um requerimento para aquisição. Tabela 7.22 – Acções a realizar na implementação das melhores alternativas de simulação Área Alternativa 1 . Retirar os 2 ventiladores Korfmann AL1200 do acesso ao CPV1 (OF.810). Corvo . Instalar 01 ventilador AL12-370, no ramo 26-26A (AC.CV159). Graça Resumo Neves Alternativa 2 . Retirar os 2 ventiladores Korfmann AL1200 do acesso ao CPV1 (OF.810). . Instalar 01 ventilador AL12-370, no ramo 22C20A (OHV4 antigo) . Alargar poço CPV1 dum φ de 2.4 m a 4.2 m. . Instalar os 2 ventiladores Korfmann AL 1200 no ramo 109-108 (G0700RA) Rolagem Graça . Construir uma chaminé para a zona Neves Norte de superfície ao nó 20 junção de CV60-2 e N900GV1 (313.70 m e 4.20 m de diâmetro). . Instalar nesta chaminé 02 ventiladores Korfmann KGL 180 (exaustão). . Retirar a porta de ventilação no ramo 55-54 (rampa de Neves). . Instalar os 2 ventiladores Korfmann AL 1200 no ramo 109-108 (G0700RA) Rolagem Graça . Construir uma chaminé para a zona Neves Norte de superfície ao nó 20, junção de CV60-2 e N900GV1 (313.70 m e 4.20 m de diâmetro). . Instalar nesta chaminé 2 ventiladores Korfmann KGL 180 (exaustão). . Retirar a porta de ventilação no ramo 55-54 (rampa de Neves). . Instalar 2 ventiladores Korfmann AL 1200 no nível de rolagem N700RO2 (ramos 75-76 e 77-79). Ventiladores Poço Ventiladores Poço 313.70 m, 4.2 m de Existentes Novos 313.70 m, 4.2 m de Existentes Novos diâmetro. diâmetro 2 4 2 3 Alargar a 4.2 m diâmetro, 387 m 330 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Base do poço de 313.70 m e 4.20 m de diâmetro (Na boca do poço 02 ventiladores Korfmann KGL 180) Base do poço CPV1 a alargar para 4.20 m de diâmetro Escala 0 Escala 10m 20m 0 10 m 20 m Figura 7.47 – Localização do poço Neves Norte para exaustão de ar poluído e do poço CPV1 a ser alargado na área Corvo para entrada de ar limpo 2 Ventiladores Korfmann AL 1200 1 ventilador Korfmann AL-370 Escala Escala 0 0 10m 20m 10 m 20 m Figura 7.48 – Localização dos ventiladores auxiliares na área de Corvo e rolagem da Graça Os trabalhos ou actividades necessárias para a concretização da alternativa 2 estão ilustrados nos mapas da fig. 7.47 e fig. 7.48. O balanço de ar da alternativa 2 encontra-se representado na Tabela 7.23, onde se pode ver que é possível obter no ambiente subterrâneo um caudal total de 836.72 m3/s, facto que resolve o problema de impacte ambiental. Considerando um custo de 0.09 €/kW.h, a alternativa 2 consegue fornecer ar ao ambiente subterrâneo a um custo menor em 3.2% que as condições iniciais caracterizadas em Julho de 2000 (Tabela 7.24) com uma poupança de 66756.50 €/ano, podendo-se recuperar o investimento em 14 anos, portanto, esta alternativa é viável técnica e economicamente. 331 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 7.23 – Balanço do ar com a alternativa 2, factor de fricção e resistência dos locais de entrada e saída do ar Local CPV3 Poço . Bárbara CPV6 Rampa de Castro CPV1 CPV9 Total Entrada Caudal Factor fricção (m3/s) (kg/m3 Resit. (Ns/m4) Local 151.67 105.33 106.24 133.20 0.0111 0.0083 0.0376 0.07100 0.08767 0.01311 CPV02 CPV04 CPV05 CPV08 0.0056 0.0056 0.17741 0.04185 CPV Neves N 267.87 72.05 836.72 0.0269 Saída Factor fricção (kg/m3 0.0102 0.0102 0.0102 0.0102 Resist. (Ns/m8) Caudal (m3/s) 0.00836 0.02162 0.08972 0.08242 215.34 211.25 126.46 101.85 0.0102 0.01691 181.82 Total 836.72 Tabela 7.24 – Custo de operação unitária comparativo entre a Alternativa 2 e as condições de referência caracterizadas em Julho de 2000 Condição Julho 2000 Alternativa 2 Potência instalada (kW) 2046 2563 Caudal total (m3/s) 647.00 836.72 Custo de operação (m3 de ar/€) 12648.62 13058.45 Em conclusão, o impacte térmico, dinâmico e volumétrico identificado em Julho de 2000, pode ser atenuado a níveis admissíveis pela legislação portuguesa, com as acções seguintes: a construção dum poço vertical de 4.2 m de diâmetro e 313.70 m de comprimento para exaustão mediante 2 ventiladores Korfmann KGL 180 (250 kW); com o alargamento do poço CPV1 a 4.2 m de diâmetro; com a mudança dos ventiladores Korfmann AL 1200 do acesso a CPV1 ao nível de rolagem Graça; e finalmente com a instalação de um ventilador auxiliar Korfmann AL12-370 no antigo OHV4 da área de Corvo, com um custo total de 961139.99 €. Sendo o investimento em ordem de 961139.99 €, com uma poupança de 3.2% com custos de ventilação, o investimento é recuperável no prazo de 14 anos. 7.3.11. Monitorização e controle no ar da atmosfera subterrânea O programa da monitorização e controle é extremamente importante, na medida em que permite verificar a efectividade da medida correctiva a aplicar, de modo que seja possível garantir uma qualidade ambiental consoante os padrões e normas em vigor. Para este fim é importante o uso de aparelhagem de alta precisão e fiabilidade, tais com os indicados na Tabela 3.48, recomendando-se a realização de um programa para a rede primária e secundária (Tabela 7.25). Tabela 7.25 – Programa monitorização e controle Rede primária Genérica Detalhado Mensal Janeiro, Abril, Julho, (10 a 20 de cada mês) Outubro (10 a 20 de cada mês) 332 Rede secundária (desmontes) Normal Especial (Ts > 31 ºC) Cada 15 dias Diário (metade do mês) (em operação normal) Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A monitorização genérica na rede primária deverá ser feita em estações correspondentes aos locais principais de escoamento do ar as áreas de Corvo, Graça e Neves. A de detalhe deverá ser realizada em todas as estações existentes. Na rede secundária (acessos e desmontes), devem motorizar-se os locais onde existam operações de exploração. A informação obtida deverá ser processada adequadamente e ser comparada com valores da medida correctiva aplicada, por forma realizar acções de reajuste, no caso em que seja necessário. 7.4. Impacte Ambiental Geotécnico 7.4.1. Caracterização geral Para a aplicação da metodologia da avaliação do impacte ambiental geotécnico no ambiente subterrâneo da mina de Neves Corvo consideram-se duas áreas: rampa CRAM03 com secção de 5 m x 5 m e desmontes Bench and Fill da área Neves Norte. Como já foi indicado no item 7.2.2, as rochas são principalmente do grupo filito – quartzito (PQ) e complexo vulcano -sedimentar (CVS). Segundo ensaios realizados pelo L.N.E.C (Laboratório Nacional de Engenharia Civil) em 1987, a resistência à compressão uniaxial (RCU) das rochas do grupo PQ varia de 70 Mpa a 100 Mpa e do grupo CVS de 160 MPA a 200 Mpa, com massa volúmica média de 3200 kg/m3. Quando há presença de xistos negros fracturados e pouca quantidade de sílica o valor é aproximadamente de 30 Mpa. O L.N.E.C. considera que o índice de RMR (Rock Mass Ratio) para estes tipos de rocha é de 70 e o coeficiente de Poisson de 0.20, encontrándo-se este valor entre 0.15 a 0.30, segundo Hoek and Brown, 1980 (J. Lobato 2001, mina Neves Corvo). Aplicando a equação (5.21) resulta um módulo de elasticidade ou de Young que varia entre 31.60 a 40.00 Mpa. Para esta mina, as principais tensões verticais e horizontais, utilizando a equação (5.16), com modificações recomendadas por Golder 1994 (J. Lobato 2001) são, σ1 = 0.032z (z é a profundidade em m), σ1 = σ2 (σ2 é a tensão horizontal no sentido Norte Sul), σ3 = 0.5σ1 (σ3 é a tensão horizontal no sentido Este Oeste). 7.4.2. Caracterização da área da rampa CRAM03 e desmontes Neves Norte O índice RQD (Rock Quality Designation) do maciço rochoso da área da rampa CRAM03 determinado com base nas sondagens feitas para a avaliação do jazigo, encontra-se no Anexo 7.4. A Tabela 7.26 apresenta os valores dos parâmetros determinados, usando a escala da Tabela 5.3 que, servem de base para calcular o índice Q (Tunneling Quality Índex). 333 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 7.26 – Parâmetros geotécnicos para a determinação do índice Q (J. Lobato 2001, Neves Corvo) Rocha/Parâmetros Jn Jr Ja Jw SRF CVS PQ 12 6 2 3 2 2 1 1 1 1 Com estes dados, comas informações existentes nas estações de convergências (fig. 7.49) e aplicando a equação (5.2) para calcular Q, a equação (5.5) para calcular RMR e a equação (5.8) para calcular RMS, resulta carcaterização geotécnica para a zona da rampa CRAM03 (Tabela 7.27). Figura 7.49 – Rampa CRAM03 em relação à localização dos desmontes adjacentes (J. Lobato 2001, Neves Corvo) Em termos gerais o tipo de rocha presente na zona em análise é boa a muito boa, com presença de algumas zonas de qualificação média a má. Os desmontes de Neves Norte localizam-se entre as cotas 760 m e 823 m sendo a largura da exploração varia de 5 m x 5 m com Drift and Fill e de 16 m de largura e altura máxima de 30 m com Bench and Fill. A figura 7.50 mostra a sequência de exploração projectada. As rochas hospedeiras dos desmontes de Neves Norte são principalmente dois tipos: tufos vulcânicos com mineral fissural e sulfuretos (Mf) e Sulfuretos massivos (Sm). Estudos realizados por Golder em 1994 (Bench and Fill Mining of Neves Orebody) indicam que o ECU da rocha intacta é aproximadamente 160 Mpa, atingindo 210 Mpa em 334 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações zonas siliciosas, de acordo com os estudos laboratoriais do L.N.E.C. (130 Mpa a 220 Mpa), o índice Q é 9, o módulo de elasticidade (Young) 20000 Mpa, o coeficiente de Poisson 0.2 e o valor médio de RMR calculado com a equação (2.180) é de 65.1. Figura 7.50 – Desmontes da zona Neves Norte (Estudos - Planeamento, Neves Corvo) A orientação do conjunto de descontinuidades obtidas mediante mapeamento in situ (Tabela 7.28) indicam que o conjunto 1 é aproximadamente paralelo aos desmontes, pelo que afecta fortemente a estabilidade, o conjunto 2 é perpendicular ao conjunto 1 e afecta o pilar no final de desmonte e, quer a xistosidade, quer as juntas sub horizontais não afectam a estabilidade do pilar. Tabela 7.27 – Características geotécnicas nas estações de convergências da rampa CRAMS03 (baseado em J. Lobato,mina Neves Corvo) Estação Convergência 550-C1 C2 C4 C6 C7 C9 C11 Cota Tipo de rocha RQD Q RMR ECU rECU RMS 559 566 573 579 586 592 602 CVSsup CVSsup CVSsup PQ PQ PQ PQ 72 43 85 28 71 81 80 6.0 3.6 7.1 7.0 17.8 20.3 20.0 60.8 55.4 62.6 72.2 73.6 73.5 73.5 70 100 60 170 170 170 170 8 10 6 18 18 18 18 37.0 45.4 33.9 75.5 92.1 94.5 94.3 335 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 7.27 (cont.) – Características geotécnicas nas estações de convergências da rampa CRAMS03 (baseado em J. Lobato,mina Neves Corvo) Estação Convergência C12 C15 C17 C20 C24 C27 C28 C31 C32 C34 C36 C37 Cota Tipo de rocha RQD Q RMR ECU rECU RMS 609 618 625 636 645 655 661 666 673 683 687 691 PQ PQ PQ PQ CVSinf CVSinf CVSinf CVSinf CVSinf PQ PQ PQ 80 52 46 40 30 30 30 30 30 90 70 80 20.0 20.0 13.0 11.5 10.0 2.5 2.5 2.5 2.5 22.5 17.5 20.0 73.5 68.9 67.6 66.2 51.6 51.6 51.6 51.6 51.6 74.7 72.1 73.5 170 120 120 50 70 70 70 70 70 170 100 120 18 12 12 6 8 8 8 8 8 18 10 12 94.3 94.3 68.3 66.8 30.1 30.5 30.5 30.5 30.5 96.4 62.1 73.7 Tabela 7.28 – Resumo do mapeamento geotécnico in situ (Departamento de Mecânica de rochas mina Neves Corvo) Grupo de Diaclases Família 1A Família 1b Família 2 Xistosidade 3A Xistosidade 3b Inclinaç. 84º Rumo da inclinação 145º 88º 88º 38º 40º 182º 286º 028º 320º Abertura média (m) 0.20 0.50 0.10 Rugosidade Textura Enchimento Ondulado Rugosa Alterado Ondulado Ondulado Rugosa Rugosa Lisa Lisa Alterado Alterado Alterado Alterado 7.4.3. Dano do maciço rochoso provocado pela utilização de explosivos As informações disponíveis serviram para caracterizar a rocha hospedeira da rampa CRAM03 (Tabela 7.29) e determinar os possíveis danos provocados pelos rebentamentos com uso de explosivos. Com um consumo específico de carga explosiva de 2.5 kg/m3, para a secção de 2 25 m , avanço de 3 m, para o tipo de rocha em causa é preciso perfurar 53 furos, uma carag total de 187.5 kg de explosivo e 14.20 kg/retardo; portanto aplicando a equação (5.34) com coeficientes de Johnson a=0.085, b=0.73 e c=-1.87, resulta um valor médio de distância de 5.12 m para o tipo de rocha PQ e de 2.74 m para o tipo de rocha CVS com valor médio para ambos tipos de rocha de 3.93 m, na zona do maciço circundante à abertura da rampa CRAM03. Tabela 7.29 – Dano do maciço rochoso provocado pela utilização de explosivos na rampa CRAM03 Classe de rocha PQ CVS Massa volúmica (kg/m3) 3200 3200 Velocidade sísmica (m/s) 4000 - 6000 4000 - 6000 Resistência à compressão (MPa) 70 - 100 160 - 200 336 Resistência à tracção (MPa) 7 - 10 16 - 20 Espessura de rocha fractura (m) 1.15 - 1.71 0.33 - 0.56 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 7.4.4. Identificação do impacte ambiental geotécnico 7.4.4.1. Padrão de referência Aplicando a equação (5.37) para os tipos de rocha hospedeiras da rampa CRAM03, obtém-se a curva limite do risco ambiental geotécnico (fig. 7.51). Com uso da equação (5.3) o diâmetro equivalente (De) para a rampa é de 2.78 e para os desmontes de Neves Norte de 8.89. Estes resultados indicam que não haverá riscos ambientais significativos na rampa CRAM03, mas nos desmontes o risco é eminente. Com a finalidade de obter uma base sólida base que constitua o padrão de referência, considera-se o histórico do mapeamento geotécnico da rampa CRAM03, realizado pelo departamento de mecânica das rochas e de produção da mina de Neves Corvo, desde 1992 (Tabela 7.30). Para além disso, baseado na Tabela 7.27 e 7.30, determinaram-se indicadores para a avaliação do nível de impacte ambiental (Tabela 7.30). Existindo na zona da rampa CRAM03 dois tipos de rochas com comportamento geotécnico diferente, a matriz base de avaliação do impacte ambiental geotécnico, considerando este facto, é a que se encontra na Tabela 7.32. Tabela 7.30 – Histórico de danos registados e sistemas de suporte na rampa CRAM03 (baseado em J. Lobato, Neves Corvo) Estação Conv. Tipo de rocha 550-C1 CVSsup C2 CVSsup C4 CVSsup C6 PQ C7 PQ C9 PQ C11 PQ C12 PQ C15 PQ C17 PQ 1992-94-96 Reabilitação 1996 Avaliação 2000 Betão Projectado e parafuso de resina (25 mm) Betão Projectado e parafuso de resina (25 mm) Queda de blocos de xisto Betão projectado com algum estalido (teto e hasteais) Danos do betão Betão Projectado projectado na parte e parafuso de da esquina superior resina (25 mm) esquerda Betão Projectado Algum estalido de e parafuso de betão projectado resina (25 mm) Massivo e Parafuso de resina competente (25 mm) (pequenos blocos) Parafuso de Terreno massivo e resina (25 mm) competente Parafuso de resina Terreno competente (25 mm) Parafuso de resina Terreno muito (25 mm) competente Juntas formam Humidade na falha blocos cunhas Parafuso de resina sem enchimento e com orientação (25 mm) rocha pouco não favorável competente Irregularidade do Parafuso de resina tecto causado por (25 mm) falhas no terreno 337 Total Conv (mm) Variação Tensão (MPa) 1990-2000 Nível de danos 26 -3.6 D3 NA 0.2 D2 10 -4.2 D2 5 4.9 D1 3 0.4 Nada 4 1.9 Nada 2 2.5 Nada 4 0.5 Nada NA 2.0 D1 4 7.0 D1 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 7.30 (cont.)– Histórico de danos registados e sistemas de suporte na rampa CRAM03 (baseado em J. Lobato, Neves Corvo) Estação Conv. Tipo de rocha C20 PQ C24 CVSinf C27 CVSinf C28 CVSinf C31 CVSinf C32 1992-94-96 Fracturação do betão projectado até expor rocha(92) falhas profundas no teto(94) Falha muito húmida com baixa coesão. Agua deita material abaixo Terreno pobre devido á xistosidade da rocha Terreno pobre devido á xistosidade da rocha Betão projectado completamente fracturado no teto e esquinas (92) e fracturação da rocha (95) CVSinf C34 PQ C36 PQ C37 PQ Reabilitação 1996 Avaliação 2000 Variação Tensão (MPa) 1990-2000 Nível de danos Falhas no betão Betão Projectado projectado, danos e parafuso de no tecto e esquinas resina (25 mm) superiores 20 3.7 Betão Projectado Terreno e pregagem cabo competente 10 0.5 Nada Queda de xistos Parafuso de resina negros e blocos no (25 mm) hasteal direito 6 0.4 D1 Rotura de betão projectado exteriormente 8 2.5 Nada Rotura de betão projectado exteriormente 9 5.0 Nada Danos nas esquinas superiores, evidência de rotura de betão projectado 12 0.2 D2 Xistosidade (40º) 3 0.8 Nada Blocos de terreno entre duas falhas 2 10.6 Nada Terreno competente 3 8.8 Nada Betão Projectado Betão Projectado Betão Projectado Xistosidade com pouca resistência no planos de contacto Teto não uniforme presença de Pregagem cabo material deitado por água D1: pequenos danos Total Conv (mm) D2: dano médio D3: danos severos 338 pouco ténue D2 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 7.31 – Indicadores para identificação do nível de impacte ambiental geotécnico Estaç. Conv. 550C1 C 2 C 4 C 6 C 7 ∆σ (%) ∆σ/RMS ∆σ/ECU 42 24 12.6 51 23 10.6 4 1 25 2 0 6 1.3 0.1 2.9 C 9 C 11 C 12 C 15 C 17 C 20 C 24 C 27 C 28 C 31 C 32 C 34 C 36 C 37 13 3 1.5 2 0 0.2 3 1 0.3 19 6 3.1 37 11 5.8 11 7 4.0 3 2 0.7 14 8 3.6 11 6 2.7 2 1 0.6 28 16 7.0 -25 -5 -2.5 1 0 0.2 -17 -5 -3.0 Tabela 7.32 – Matriz base para a avaliação do impacte ambiental geotécnico na rampa CRAM03 Nível de impacte ambiental Leve ∇ Moderado ⊗ Alto ♦ Tipo de rocha CVS PQ δ (mm) ∆σ (%) ∆σ/RMS ∆σ/ECU δ(mm) ∆σ(%) ∆σ/RMS ∆σ/ECU 6≤ δ <10 10 ≤ δ <19 8≤∆σ <14 14 ≤ ∆σ<51 ∆σ ≥51 2.5≤∆σ/ECU <4 4≤∆σ/ECU <10 ∆σ/ECU ≥10 3≤δ <5 5≤ δ < 13 δ ≥19 5≤∆σ/RMS <10 10≤∆σ/RMS <23 ∆σ/RMS ≥23 17≤∆σ <25 25≤∆σ <37 ∆σ ≥37 6≤∆σ/RMS <12 12≤∆σ/RMS <24 ∆σ/RMS ≥24 2≤∆σ/ECU <3 3≤∆σ/ECU <5 ∆σ/ECU ≥5 δ ≥13 Nos desmontes de Neves Norte consideram-se como base as observações realizadas em zonas acessíveis pelo departamento de mecânica das rochas da mina de Neves Corvo (Tabela 7.33). 8 De = 2.78 para rampa De = 8.89 para desmontes Diâmetro Equivalente De 7 6 5 De = 2.2821Q 0.3838 4 3 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Índice Q de Barton Figura 7.51 – Curva limite do risco ambiental geotécnico para a rampa CRAM03 Na área de Neves Norte escolhida para esta aplicação, existem também dois tipos de terreno, tendo sido elaboarada a matriz base para identificação do nível de impacte ambiental para estes dois tipos de rocha (Tabela 7.34). 339 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 7.33 – Observação de danos nos pilares de Bench and Fill da área de Neves Norte (Mecânica das Rochas de Neves Corvo, 2001) Localiz. Pilar Tipo Pilar Material Largura Altura L H (m) (m) 4 Sm 5 S83/S84 Entrada 790 5 Sm 5 S83/S84 Entrada 790 5 Sm 5 S81/S82 Entrada 810 5 Sm 5 S81/S80 Entrada 810 Sm 5 5 S80/S1 Entrada 810 10 Sm 5 S1/S2 Entrada 810 3 Sm 5 S2/S3 Entrada 810 5 5 Sm S3/S4 Entrada 810 Mf 5 3 S61/S43 Entrada 790 Mf 18 5 S61/S43 Cost. 760/790 Mf 5 4 S42/S62 Entrada 790 Mf 5 6 S43/S62 Entrada 760 Mf 5 10 S96/S97 Entrada 760 Mf 4 5 S97/S98 Entrada 760 Mf 5 3 S97/S98 Entrada 760 5 Mf 2 S98/S99 Entrada 760 15 Mf 5 S98/S99 Cost. 760/775 15 Mf 3 S99/S100 Entrada 760 D1: pequeno Cota (m) D2: dano médio L/H Carga/ ECU ECU (MPa) 0.80 1.00 1.00 1.00 1.00 2.00 0.60 1.00 0.60 0.28 0.80 1.20 2.00 0.80 0.60 0.40 0.33 0.20 0.29 0.35 0.35 0.35 0.35 0.58 0.24 0.35 0.24 0.13 0.29 0.40 0.58 0.29 0.24 0.17 0.15 0.10 200 200 200 200 200 200 200 200 160 160 160 160 160 160 160 160 160 160 Resist. Pilar (MPa) 59 70 70 70 70 117 47 70 38 21 47 64 94 47 38 28 24 17 Tensão Pilar (MPa) 45 40 40 35 35 35 35 35 38 38 45 42 28 35 38 35 25 35 FS Danos 1.3 1.7 1.7 2.0 2.0 3.3 1.4 2.0 1.0 0.6 1.0 1.5 3.3 1.3 1.0 0.8 1.0 0.5 D1 Nada D1 Nada Nada Nada Nada Nada D3 D3 D3 D1 D1 D2 D3 D3 D3 D3 D3: danos severos Tabela 7.34 – Matriz base para a avaliação do impacte ambiental geotécnico nos desmontes Neves Norte baseado no factor de segurança, FS Nível de impacte ambiental Leve ∇ Moderado ⊗ Alto ♦ Tipo de rocha Sm Mf 3≥ FS> 2 3≥ FS> 1.5 2≥ FS> 1.5 1.5 ≥FS> 1.0 FS ≤1.5 FS ≤1.0 7.4.4.2. Identificação do impacte ambiental geotécnico Para a aplicação da metodologia proposta na rampa CRAM03 considera-se o resultado da modelização numérica com programa NFLOD, realizados por J. Lobato (Neves Corvo, 2001), de acordo com o planeamento de longo prazo desta mina, nomeadamente para o relativamente aos anos 2001 e 2003, obtendo-se a matriz de impacte ambiental apresentada na Tabela 7.35, determinada em função do indicador ∆σ/RMS. Para o desmonte Neves Norte toma-se também como referência de aplicação os resultados da modelização com o mesmo programa para os mesmos anos, obtendo-se os resultados da identificação do impacte ambiental na Tabela 7.36. 340 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 7.35 – Matriz do impacte ambiental geotécnico na rampa CRAM03 Estação Convergência 550-C1 C2 C4 C6 C7 C9 C11 C12 C15 C17 C20 C24 C27 C28 C31 C32 C34 C36 C37 Tipo de rocha CVSsup CVSsup CVSsup PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ PQ CVSinf CVSinf CVSinf CVSinf CVSinf PQ PQ PQ Previsão para o ano 2001 Níveis de Impacte ∆σ/RMS -5 0 -5 9 ∇ 4 9 ∇ 9 ∇ 5 ∇ 10 ⊗ 11 ∇ 6 ∇ 1 1 3 6 ∇ 1 10 ∇ 28 ♦ 30 ♦ Previsão para o ano 2003 ∆σ/RMS Níveis de Impacte -5 0 -5 -2 5 10 ∇ 11 ∇ 5 ∇ 14 ⊗ 3 4 1 1 5 9 ∇ 3 11 ∇ 40 ♦ 37 ♦ Tabela 7.36 – Matriz de impacte ambiental geotécnico no desmonte Neves Norte em sulfureto massivo (Sm) Avanço Desmontes de Exploração exploração 2001 2003 S52+S10+S8 1 S33+S29+S6 0D+S42+S1 Pilares de entrada no Bench and Fill Pilar Pilar Nível do Resist. Tensão FS impacte (Mpa) (Mpa) ambiental Pilares secundários no Bench and Fill Pilar Pilar Nível do Resist. Tensão FS impacte (Mpa) (Mpa) ambiental 70 35 2.0 ∇ 70 35 2.0 ∇ 70 45 1.6 ⊗ 70 35 2.0 Não existe As matrizes de impacte ambiental geotécnico levam a conluir que, pela influência dos avanços dos desmontes em zonas próximas à rampa CRAM03, nos anos 2001 a 2003, dum total de 19 estações, não existiria nenhum impacte ambiental num total de 8 a 11 (50%), respectivamente. Haveria assim, um nível de impacte ambiental geotécnico leve em 5 a 8 estações (33%), respectivamente, um impacte moderado numa estação (C15) e alto nas duas estações (C36, C37) que representam 17%. Nas frentes de exploração de Neves Norte no ano referencial de 2001 existiria um risco ambiental leve nos desmontes S52, S10 e S81 e no ano de 2003 um impacte ambiental moderado nos desmontes S33, S29, S60D, S42 e S1. 341 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 7.4.5. Medidas correctivas para a atenuação do risco ambiental geotécnico A aplicação da técnica de dimensionamento de sistemas de suporte (item 5.6.3) para zonas onde o maciço rochoso, circundante às aberturas subterrâneas, apresentam risco ambiental geotécnico é realizar em base no índice Q (determinado em bases no índice RMR) (Tabela 7.37) e a dimensão equivalente De. Para a escolha do tipo de suporte usou-se o programa GDA (Geomechanical Design Analysis) que se baseia nos modelos geotécnicos de Barton e Grimstad, nos valores do índice Q (das áreas da rampa CRAM03 e desmontes de Neves Norte) e com a dimensão equivalente das aberturas, calculadas com a secção da rampa que é de 5 m e dos desmontes 16 m, usando o valor do factor ESR de 1.8 (Tabela 5.4). Tabela 7.37 – Índices para a escolha do sistema de suporte para mitigar o impacte ambiental geotécnico identificado Ìndices/Local RMR Q De C15 68.9 20.0 2.80 Rampa CRAM03 C36 72.1 17.5 2.80 C37 73.5 20.0 2.80 Desmontes Neves Norte S33+S29+S60D+S42+S1 65.1 9.0 4.60 O programa GDA é um programa que examina a estabilidade de aberturas subterrâneas, nomeadamente para desenho de túneis, galerias, rampas e desmontes de minas subterrâneas. O GDA inclui análise relacionada com a classificação do maciço rochoso, utilizando o RMR, GSI, Q e Q´; determinação das propriedades do maciço rochoso para modelação numérica; vão, suportes e análise de sensibilidade de RMR e valores de Q; análise e dimensionamento do sistema de suporte por cabos (cablebolting); análise das tensões em galerias e desmontes de varias formas e em 2-D; análise da sensibilidade das tensões devido a sequência de aberturas considerando forma, tamanho e orientação; análise tetraedral de cunhas em túneis, galerias, rampas, intersecções e desmontes em 3D; análise da sensibilidade da estabilidade das cunhas em termos de forma, tamanho, orientação de galerias e túneis, intersecção e desmontes; e análise do sistema de suporte de cunhas mediante parafusos e estruturas Os mecanismos de instabilidade em aberturas subterrâneas encontram-se relacionados com a descontinuidade estrutural (falhas) de maciços rochosos que podem formar blocos no tecto e hasteais da escavação (Hoek & Brown, 1980). O módulo do programa relacionado a este aspecto, analisa a dimensão da abertura em relação à qualidade da rocha, cujo resultado é útil para selecção do tipo de suporte. O resultado da simulação para a rampa CRAM03 (fig. 7.52) indica que não é necessário aplicar nenhum tipo de suporte, mas para zonas onde existe risco de desabamento da rocha é necessário aplicar pregagem com parafusos pontuais de 2.4 m de comprimento e 20 mm de diâmetro e, para os desmontes, aplicar pregagens sistemáticas com parafusos de 3.5 m de comprimento e 20 mm de diâmetro e espaçamento de 2.5 m (Tabela 5.18), com uso ocasional de rede metálica. 342 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Figura 7.52 – Determinação da medida correctiva com o ábaco de Barton e Grimstad (software GDA) 7.4.6. Monitorização e controle geotécnico A monitorização e o controle geotécnico deverão realizar-se de forma constante e permanente, mediante metodologia e aparelhagem indicadas no item 3.7 do capitulo 3, da segunda parte do trabalho de investigação, visando obter uma qualidade ambiental aceitável pelos padrões de referência preestabelecidos. 343 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Capítulo 8 APLICAÇÃO À MINA DA PANASQUEIRA 8.1. Introdução A aplicação da metodologia da Engenharia Ambiental Subterrânea (EAS), proposta no capitulo 2 da primeira parte (item 2.5 e fig. 2.14) e desenvolvida na segunda parte deste livro, à mina da Panasqueira é realizada nos três domínios ambientais: ar da atmosfera subterrânea, água subterrânea e maciço rochoso. A aplicação da EAS a mina da Panasqueira, no aspecto dinâmico e volumétrico, é realizada usando a metodologia e modelos matemáticos desenvolvidos no item 3.4 e fig. 3.47, em relação a gases tóxicos os do item 3.2 e fig. 3.31, acerca de poeiras os do item 3.3 e fig. 3.39, relativamente ao ruído os do item 3.7 e fig. 3.76, com respeito à água subterrânea os do Capítulo 4 e fig. 4.19 e finalmente, quanto à rocha os do Capítulo 3 e fig. 5.20. A aplicação no domínio ambiental do ar da atmosfera subterrânea é apenas nas alterações ambientais provocadas no aspecto dinâmico, volumétrico, poeiras, gases e ruído. Não é considerado o aspecto térmico, na medida em que, esta mina é pouco profunda pelo que não apresenta nenhum risco ambiental térmico. No domínio ambiental da água subterrânea a aplicação é realizada em relação à alteração da condição natural da quantidade e qualidade. A aplicação no domínio ambiental rocha é na parte relacionada com os danos do maciço rochosos circundante, às aberturas provocadas pela acção dos disparos com explosivo nos desmontes de exploração. 8.2. Definição do Âmbito de Acção 8.2.1. Localização geográfica e clima A mina de Panasqueira, propriedade da empresa Beralt Tin & Wolfram (Portugal) S. A. é produtora de Volfrâmio a um ritmo médio de 320000 toneladas de minério e 1330 toneladas de WO3 por cada ano. Está localizada na vertente sul da cordilheira montanhosa da Serra da Estrela a uma altitude de cercade 700 metros, na aldeia de Barroca Grande, a 60 quilómetros a Este de Coimbra e a 250 quilómetros a noroeste de Lisboa (fig. 8.1 esquerda). O clima é típico da região montanhosa das Beiras e da península Ibérica com temperatura média baixa de 7.5 ºC e alta de 24 ºC (fig. 3.53 direita) (Naique, R., 2001). 345 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Oliveira do Hospital Arganil Porto Mina da Panasqueira Lisboa Covilhã Fundão Pampilhosa da Serra Temperatura (ºC) N 30 25 20 15 10 E.N. 238 Castelo Branco 5 0 1 200 km 0 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Meses do ano com inicio em Janeiro(1) 50 km Figura 8.1 – Localização geográfica e variação média mensal da temperatura da mina da Panasqueira 8.2.2. Maciço rochoso e jazigo mineral O maciço rochoso é constituído, fundamentalmente, por xistos com diferentes graus de metamorfismo, originados por uma intrusão granítica subjacente e por filões quartzosos onde residem as mineralizações úteis (fig. 8.2). A zona mineralizada consiste em filões quartzosos, sub-horizontais, que se sobrepõem e preenchem juntas de fracturas ocorrentes em rochas xistosas (fig. 8.33), com possança média de 30 a 40 cm, sendo o mineral principal, objecto da exploração, a volframite. Para além deste mineral ocorre uma grande variedade de outros minerais tais como: cassiterite, calcopirite, blenda, topázio, apatite, fluorite, mica e marcassite. O minério produzido tem um teor médio de 4.2 kg WO 3 /tonelada (31.04 kg/m 2 , extraído actualmente do nível 3, com alguma possibilidade de ampliar no futuro ao nível 4. W E Escala Vertical 1150 Xisto 1050 Chaminé de Chaminés Rebordôes Chaminé do Casal 950 750 D23 Nível 0 Nível 1 650 Nível 2 550 Nível 3 Xisto P6 Nível 530 Xisto P4 P2 P0 450 Intrusão granítica P( -5) Zona em actual exploração Figura 8.2 – Corte geológico e zonas de exploração do jazigo de Panasqueira 346 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Figura 8.3 – Filão de quartzo com disseminações de volframite em xisto (rocha encaixante) 8.2.3. Ambiente subterrâneo As aberturas realizadas (pelo homem) no maciço rochoso (xisto) para fins da exploração do Volfrâmio (fig. 8.4.), constituem o ambiente subterrâneo onde existe a interacção do ar, água subterrânea e maciço rochoso. Actualmente, o acesso principal é realizado mediante a rampa de Rebordões até o nível 1, a partir deste nível acede-se ao nível 2 mediante a rampa D13 e finalmente entre o nível 2 e nível 3 pelas rampas L2/L3, D15, D19 e D23. As aberturas subterrâneas dos níveis 1, 2, 530 e 3, estão ligadas através de um sistema de chaminés verticais de ventilação e de minério, construídos com raise boring, cujas alturas variam de 30 a 60 metros e diâmetro de 1.82 metros. Para o processo de britagem primário do minério, existem os equipamentos operando na câmara denominada quebragem, ligada à lavaria mediante o poço de correias chamado Santa Bárbara. Esta câmara está localizada na união do poço referido com o nível 530, além disso existe uma estação de bombagem de água subterrânea a cerca de 10 metros abaixo do nível 3 e na zona norte. Existem também aberturas subterrâneas para o paiol, para oficinas de manutenção de equipamentos, entre outros. C h a m in és D 23 C h a m in é d o C a sa l C h a m in é d e R eb o rd õ es F o n te d o M a sso P o ço d e S a n ta B á rb a ra R am pa R eb o rd õ es e D 13 N ível 2 C â m a ra d e q u eb ra g em P o ço d e E x tra cçã o R am p as L 2/L 3 , D 1 5, D 1 9 e D 23 N ível 5 3 0 (S a lg u eir a ) C â m a ra s e p ila res D 1 9 ,D 2 1 ,D 2 3 E s ta ç ã o d e b om b a ge m N ível 3 Figura 8.4 – Esquema geral das aberturas subterrâneas da mina da Panasqueira 347 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações As áreas de interesse para o presente estudo são aquelas onde se verifica a presença de homens, como as do nível 2 e nível 3, sendo de maior interese as frentes de exploração (desmontes) concentradas entre estes dois níveis. As aberturas subterrâneas nas frentes de exploração são geradas pelo processo produtivo, realizado mediante o método de câmaras e pilares. As câmaras são de 5 m de largura e 2.2 m de altura, abertas com jumbos electro-hidráulicos e LHDs diesel, com pilares iniciais de 11 m x 11 m, que são recortados em três fases até a atingiremem pilares de 3 m x 3 m (fig. 8.5). 3m 5m filões 11 m 2m 5m Avanço nesta fase pilares 11 m 5m 1ª fase 5m 3m 2 ª f as e 3ª fase Figura 8.5 – Ambiente subterrâneo nas frentes de exploração da mina da Panasqueira (Bernardo, P. A. M., 1995) Os desmontes em actual exploração acedem-se pelas rampas D19 e D23, e são os denominados AW30, AW31, AW32, AW33, AW34, AW35 e AW36 localizados entre o nível 3 e o nível 2. O minério é removido e transportado até as chaminés verticais (Rs) com pás diesel. Estas chaminés são usadas como silos, pelas quais o minério desce até as galerias (Ps e Ds) do nível 3 por acção da gravidade. Neste nível (pela parte inferior das chaminés de minério) o minério é descarregado em vagões (locomotiva trolley) e é transportado até o poço de extracção onde, mediante um guincho eléctrico e jaula é extraído para o nível 2. Neste último nível o minério é transportado com locomotivas de bateria para os silos (P4) que alimentam à câmara de quebragem. Finalmente, realizada a britagem primária, é extraído pela correia transportadora instalada no poço de Santa Bárbara até a superfície onde é processado na lavaria. 8.3. Avaliação do impacte ambiental na atmosfera subterrânea 8.3.1. Caracterização da atmosfera subterrânea 8.3.1.1. Identificação preliminar dos circuitos de ar O ar que escoa nas aberturas subterrâneas da mina da Panasqueira é de origem mista ou seja de sistema natural e forçado (2 ventiladores de 80 hp cada um). Ao serem iniciados os estudos (Dezembro de 2000), os dois ventiladores trabalhavam como exaustores através da chaminé do Casal, com entradas de ar exterior pelo Poço de Santa Bárbara, pela rampa de Rebordões, pela chaminé D1.P2xS (Fonte do Masso), pela chaminé L0/L2(P4), pela chaminé de Rebordões, pela galeria da Salguiera e pela chaminé D23W. Pela chaminé D23E existia saída de ar, mesmo não existindo nenhum ventilador instalado. 348 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Antes das medições dos parâmetros térmicos, dinâmicos e volumétricos, procedeu-se, em gabinete, a predefinir o sentido do ar, os ramos e nós de todas as aberturas subterrâneas, com base nos mapas existentes e informação da área de ventilação da mina. A fig. 8.6 ilustra, como situação de referência, esta acção realizada na área do poço de extracção do nível 2. As estações de medição foram definidas em zonas adequadas de cada trecho e aproximadamente na parte média do seu comprimento. 8.3.1.2. Instrumentos utilizados e metodologia de medição Os instrumentos utilizados foram os do Laboratório de Engenharia do Ambiente Subterrâneo L.E.A.S. da Secção de Exploração de Minas do Instituto Superior Técnico da Universidade Técnica de Lisboa e são os seguintes: o Um termo/higrómetro Casella London Ltd de temperatura de bolbo seco e húmido; o Um anemómetro IRFLOW LCA 6000 digital e de leitura discreta para medição da velocidade de ar. Virador de minério Virador de estéril Escala 0 15 m 30 m Figura 8.6 – Exemplo da predefinição do sentido do escoamento do ar, ramos e nós na área do virador de minério e de estéril (galeria P4 e D13) do nível 2 o Um barómetro AIRFLOW digital de leitura contínua para medição da pressão barométrica; o Uma mira topográfica e fita métrica de aço de 5 metros para medições da secção; o Uma bomba manual de pó de alumínio para identificar o sentido de escoamento de ar de baixas velocidades; o Uma bomba AUGER GAS TESTER II da MAS para a medição dos gases CO, CO2, SO2 e H2S; o Tubos detectores PR 820 e PR 822 para CO, PR 817 para CO2, PR 803 para SO2 e PR 826 para H2S; o Um detector de NO2 de 0 a 100 ppm com sensor electroquímico G816-N; 349 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Um detector de NO de 0 a 1000 ppm com sensor electroquímico G818; Um colector de poeira de alto volume CAV-A/HF com caudal regulável de 40 a 90 m3/h para aversão equipada com filtro rectangular; o Filtros para o CAV-A/HF de tipo Wharman GF/A; o Uma calculadora portátil. As temperaturas e velocidade do ar foram medidas em 5 pontos da secção (fig. 8.7 esquerda), registando-se o valor médio das cinco leituras. o o 3 4 2 1 h 5 B Figura 8.7 – Pontos de medição da velocidade e medições para o cálculo da secção das aberturas subterrâneas Para a determinação da secção foi medida a largura (B) e altura (h) (fig. 3.59 direita) e calculada pela relação simples de B x h e nos casos de secções com arco no tecto a secção foi calculada com um factor de 0.95 (B x h) que resultou da comparação com secções medidas pelo departamento de topografia. 8.3.1.3. Medições dos parâmetros dinâmicos e volumétricos As medições iniciais dos parâmetros dinâmicos e volumétricos do ar (fig. 8.8), foram realizadas em condições de operação normal da mina e com os dois ventiladores principais a funcionar. As medições da velocidade, das temperaturas, da pressão barométrica, da secção, a caracterização das irregularidade dos hasteais, do grau de obstrução, da sinuosidade das aberturas, do tipo de rocha, e do tipo de suporte ou revestimento da superfície das aberturas, forma realizadas no mês de Dezembro de 2000, cujos resultados se encontram no Anexo 8.1 e o circuito de ar ilustrado na fig. 8.9. Figura 8.8 – Medições de velocidade e temperatura 350 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 8.3.1. 4. Medições de poeiras e gases As poeiras e gases resultam das actividades operacionais de rebentamentos com uso de explosivo (ANFO), remoção (LHDs), transporte de estéril (dumpers), extracção, transferência do material dos vagões aos silos de alimentação da câmara de quebragem (viradores de minério), no processo de britagem (britagem primário no subsolo) e nos pontos de transferência no transporte realizado através de correias como o caso da cabeça de correia. Figura 8.10 – Medição de gases com AUGER GAS TESTER II e de poeiras com CAV-A/HF 18A 17A 17B NM 109 18 17 111 Fonte do Masso 18B 106 107 15 P4 14 D11 12 11 8 7 6 Chaminé Rebordões 3 1 2 R4A.D11.E.G 9 D13 6 R4A.D11.W.G 10 4 Poço Santa Bárbara 12A R4.D9 13 Rampa Rebordões L0 R4.D7 59 108 D1.P2xS Chaminé do Casal Chaminés D23 NÍVEL 1 D1 16 60 34 62 61 32B 63 32A Rampa D13 33 64 P4 P4 26 20 67 36 42 40 23 D11 D13 41 46 46A 45A D15 46 NÍVEL 2 50 48 P1 49 59 57 D23 58A D19 70 D21 44 51 103 72 105 90 R1.D15:E Rampa D19 102 92 93 97 75 77 P(-5) R(-4).D23.E LEGENDA 100 79 88 81 D19 87 83 86 D21 Nível 1 Nível 2 D17 80 82 D23 98 Estação de Bombagem 78 D15 79A 99 NÍVEL 3 94 95 89 76 101 P0 91 Rampa D15 74 44F Rampa L2/L3 35 48 73 44D 35A 59A Câmara de quebragem NÍVEL 530 44E 44B 44C 44B1 44B1 56 55 44A 58 53 52 530 Poço Extracção D19/D21.R4 54 31 31A 530 43 R4.P4.D11 45 30A L530.DE.Bombagem 38 37 21 22 24 R(-1).D9.E D13 30 D9 27 5 25 R0.D9.E 65 R1A.D9.E 66 R.5A 32 29 29 28 28 Nível 3 Poço Santa Bárbara Ventiladores 84 Zona de desmontes 85 Figura 8.9 – Rede de ar (inicial) caracterizada no mês de Dezembro de 2000 351 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A campanha de captação de poeiras (fig. 8.10 direita) foi realizada nos locais com produção de poeiras: desmontes, poço de extracção no nível 2 e nível 3, virador de mineral no nível 2, câmara de quebragem e cabeça de correia; utilizando o Colector de Alto Volume – CAV dotado de um filtro. As amostras colectadas pelo CAV-A/HF foram pesadas no laboratório da mina da Panasqueira (Anexo 8.1). A amostra que apresentou maior concentração foi objecto duma análise química elementar por espectrometria de fluorescência de raios X em dispersão de comprimento de onda e a análise mineralógica por difracção de raios X, no laboratório do Departamento de Engenharia de Minas e Georrecursos (Tabela 8.1). Tabela 8.1 – Resultados da análise química elementar por Espectrometria de Fluorescência de Raios X e Mineralógica por Difracção de Raios X (Laboratório do Departamento de Engenharia de Minas e Georrecursos do IST, 2001) Análise por EFRX (4 espectros)* Cu, K, Si e Al muito abundante As, Zn e Fe abundante W, Ti e Mg presente Zr, Y, Sr, Rb, vestigial Ni, Mn, Cr, ba, Ca, Sn, S e P Análise por DRX (1 espectro)** Quartzo (Qz) muito abundante Moscovite/Ilite (M/I) presente Caulinite/Haloisite (K/H) vestigial Fases não cristalizadas e/ou matéria orgânica vestigial Hematite (H) Feldspato (F) vestigial vestigial * Os elementos Zn, Cu, S, P e Si são vestigiais no “branco” utilizado no ensaio. ** Na leitura dos valores de 20º deve ter-se em conta um erro +0.2º20 (-0.03ºA) para valores de 20º < 40º. As medições dos gases foram realizadas principalmente em locais com presença do homem e operação dos equipamentos diesel (fig. 3.62 esquerda), cujo resultado está no Anexo 8.3. O oxigénio O2 e outros gases não foram medidos nesta campanha, mas consideram-se as medições feitas anteriormente utilizando o EXOTOX 60, que usam sensor de gás neutrónico incorporado (Tabela 8.2). Tabela 8.2 – O oxigénio presente no ambiente subterrâneo (Bernardo, P. A. M. 1999) Pontos 1 2 3 4 5 6 7 8 Localização P4/D17 P4/D15 P4/D19 P1/D17 L2 Ofic. de electricidade e serralharia Frente de desmonte já explorada Desmonte com LHD a trabalhar Junto do tambor de extracção 352 O2(%) 19.40 19.50 19.40 19.40 19.40 19.20 19.20 20.00 Cl2 (ppm) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.10 1.70 0.00 LEL(%) 1.00 1.00 0.00 0.00 0.00 1.00 1.00 0.00 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Velocidade do ar (m/s) 8.3.1.5. Síntese da caracterização da situação dinâmica e volumétrica As variações da velocidade e caudal medidos no ambiente (espaço) subterrâneo, encontram-se ilustradas nas figuras 8.11, 8.12, 8.13, 8.14, 8.15 e 8.16. 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 E n u m e r a ç ã o d e lo c a is d o a m b i e n t e s u b t e r r â n e o Figura 8.11 – Variação da velocidade do ar no nível 1 a) No nível 1 os valores de pico da velocidade e caudal de ar atingem os 22 m/s a 56 m3/s respectivamente, que correspondem à chaminé do Casal que na altura da caracterização (Dezembro de 2000), constituía a saída do ar pela acção da exaustão de dois ventiladores instalados na boca desta chaminé. Os caudais entre 15 a 39 m3/s correspondem ao Poço de Santa Bárbara e à rampa de Rebordões. Existem ambientes com velocidades e caudais baixos. A presença do pessoal neste nível verifica-se fundamentalmente na rampa de Rebordões, no poço de Santa Bárbara e na rampa D13. 55 50 Caudal do ar (m3/s) 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Enumeração de locais do ambiente subterrâneo Figura 8.12 – Variação do caudal do ar no nível 1 7 Velocidade do ar (m/s) 6 5 4 3 2 1 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 Enumeração dos locais do ambiente subterrâneo Figura 8.13 – Variação da velocidade do ar no nível 2 353 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 55 50 Caudal do ar (m^3/s) 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 Enumeração dos locais do ambiente subterrâneo Figura 8.14 – Variação do caudal do ar no nível 2 13 12 11 10 Velocidade do ar (m/s) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 Enumeração dos locais do ambiente subterrâneo Figura 8.15 – Variação da velocidade e caudal do ar no nível 3 b) No nível 2 as velocidades de pico de 6 m/s correspondem às chaminés de D23E e Casal, sendo o caudal de pico de 53 m3/s correspondente à chaminé do Casal. Existem locais onde as velocidades e caudais são baixos e risco ambiental evidente, porque neste este nível se encontra sistema de extracção com presença de pessoal. c). Nas aberturas subterrâneas do nível 3 registaram-se velocidades máximas de 8 a 12 m/s e caudais de 23 a 30 m3/s que correspondem á chaminé de Rebordões e Galeria L3.P(-5). Nestas zonas as velocidades e os caudais são muitos baixos em alguns locais, principalmente nos acessos aos desmontes. Sendo os desmontes os locais produtores de minério por excelência, é evidente que neste ambiente exista o maior risco ambiental, pelo facto de trabalharem LHDs diesel e estarem expostos uma quantidade considerável de trabalhadores. 354 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 30 27 Caudal do ar (m^3/s) 24 21 18 15 12 9 6 3 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 64 66 68 70 Enumeração dos locais do ambiente subterrâneo Figura 8.16 – Variação do caudal do ar no nível 3 O balanço global de ar do ambiente subterrâneo, baseado nas medições analizadas em Dezembro de 2000, encontra-se na Tabela 8.3, resultando 73.83 m3/s de entrada de ar limpo e 72.50 m3/s de saída de ar poluído, com uma diferença aceitável de 1.79%. Estudos realizados (Navarro Torres, V.F., 2001) mostram que na rede primária da mina da Panasqueira a influência da ventilação natural varia entre 50 a 70%. d) Para caracterizar a velocidade e caudal do ar nos desmontes realizaram-se medições entre 6 e 18 de Setembro de 2001, com 2 ventiladores de 80 hp ligados nas chaminés D23E e D23W, um na R-4.D23 e outro na rampa D19.L3. Quando a temperatura exterior era de 15 ºC a 18 ºC nos desmontes registavam-se de 17.5 ºC a 19 ºC. Tabela 8.3 – Balanço de ar em Dezembro de 2000 Entrada Local Poço de Santa Bárbara Rampa de Rebordões L0/L2 (P4) Chaminé de Rebordões Galeria de Salgueira Chaminé D23.W Total Caudal (m3/s) 15.70 23.30 2.00 20.37 5.76 6.70 73.83 Saída Local Caudal (m3/s) Chaminé do Casal 56.80 Chamié D23.E 15.70 Total 72.50 Os gráficos das fig. 8.17 e fig. 8.18 representam o resultado das medições feitas utilizando os mesmos aparelhos que possam usados para ventilação principal, constatando-se que em 50% a 60% dos locais, o aparelho não registou a velocidade do ar, indicando isto que o escoamento de ar era realizado com velocidade inferior a 0.01 m/s (capacidade do anemómetro). 355 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 2.6 2.4 AW 30 2.2 AW 33 AW 36-AW 33 Velocidade do ar (m/s) 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Enumeração de locais nos desmontes Caudal do ar (m^3/s) Figura 8.17 – Variação da velocidade do ar nas frentes de exploração (desmontes) No gráficos referidos nota-se que a velocidade e caudal apresentam uma proporção aproximadamente directa, devido aoa facto de que as câmaras têm uma abertura relativamente constante e próxima de 12 m2. Os valores de pico da velocidade e do caudal (1.2 a 2.4 m/s e 13 a 20 m3/s) correspondem às rampas D19, D15 e D23. Nas câmaras ou áreas de trabalho dos desmontes (áreas que não foram possíveis de medir), verificaram-se valores baixos de 0.20 m/s e 2 m3/s para velocidade e caudal, respectivamente. 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 AW 30 AW 33 AW 36-AW 33 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 E numeração de locais dos desmontes Figura 8.18 – Variação do caudal de ar nas frentes de exploração (desmontes) 8.3.1.6. Caracterização da situação de poeiras e gases Os resultados de medições de poeiras realizadas (Anexo 8.1 e fig. 8.19) mostram uma variação da concentração de 0.4024 mg/m3 (402.40 µg/m3) a 5.4305 mg/m3 (5430.05 µg/m3). 356 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Concentração da poeira (mg/m^3) 6 J a n -0 1 S e t-0 1 5 4 3 2 1 0 L 2 .P o ç o d e E x tr a c ç ã o L3. Poço de E x tra c ç ã o L 2 . V ir a d o r d e m in é rio C â m a ra d e Q u e b ra g e m L 3 .D 2 1 .R (2 ).A W 3 3 C abeça de C o rre ia Figura 8.19 – Concentração da poeira no ambiente subterrâneo A presença de poeiras no ar da atmosfera subterrânea da mina da Panasqueira foi caracterizada nos termos a seguir: No L2.Poço de Extracção, antes da passagem do ar pela boca do poço, a concentração de poeiras foi de 0.4029 mg/m3 (402.40 µg/ m3) e depois da passagem do ar variava de 2.0162 mg/m3 (2016.29 µg/m3) a 2.8359 mg/m3 (2835.90 µg/m3); No L3.Poço de Extracção, antes da passagem do ar pela boca do poço foi de 0.01203 mg/ m3 (12.03 µg/m3) e depois da passagem do ar obteve-se de 1.01214 g/m3 (1012.14 µg/m3); No L2.Virador de vagões de minério, a concentração da poeira no ambiente varia de 1.7375 g/ m3 (1737.50 µg/m3) e 3.0316 g/ m3 (3031.60 µg/m3); Na câmara de quebragem ou britagem primária a concentração de poeiras varia entre 1.9028 g/m3 (1902.8 g/m3) a 5.4305 g/m3 (5430.50 g/m3), correspondendo à mais alta concentração registada, durante a operação de britagem a seco; Nos desmontes a concentração das partículas sólidas suspensas no ar da atmosfera subterrânea varia de 1.7341 g/m3 (1734.10 µg/m3) a 1.8109 g/m3 (1810.90 µg/m3); No local denominado cabeça de correia, a concentração de pó varia de 0.61211 g/m3 (612.11 µg/m3) a 3.4007 g/m3 (3400.70 µg/m3). A análise qualitativa das poeiras mostra que estas são compostas por grandes concentrações de sílica livre, Cu, K, Al, por As, Zn , Fe presentes e por W, Ti, Mg Ba, Zr, Ni, Mn, Cr vestigiais. O gases identificados nas frentes de exploração (desmontes) foram CO, CO2, NO, NO2 não estando presente SO2 nem H2S. Os resultados das medições da concentração de gases encontram-se no Anexo 8.2, ilustrados mediante a fig. 8.20 e resumidos na Tabela 8.4. Tabela 8.4 – Margens de variação de gases tóxicos no ambiente subterrâneo Gases CO CO2 NO NO2 Desmontes com LHD diesel (ppm) 0 – 500 0 – 3000 0–1 0.7 – 12.4 Desmontes com Jumbo (ppm) 0 0 – 2500 0.1 – 0.4 6.7 – 11 357 L2. Poço de extracção (ppm) 0 0 0.3 0.8 Desmontes com uso de ANFO (ppm) 10 1000 0.6 – 2.5 1.4 – 2.7 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 3000 2800 2600 Concentração de CO2 (ppm) Concentração de C0 (ppm) 500 400 300 200 100 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Enumeração das medições 4 14 4 12 3 Concentração de NO2 (ppm) Concentração de NO (ppm) Enumerção dos ensaios 3 2 2 1 10 8 6 4 2 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Enumeração dos ensaios Enumeração dos ensaios Figura 8.20 – Resultados das medições de gases tóxicos na atmosfera subterrânea Nos desmontes, o CO oscila entre 0 a 500 ppm, sendo as maiores concentrações nos desmontes onde trabalham os equipamentos LHDs diesel. O CO2 varia de 0 a 3000 ppm, com altas concentrações também nos desmontes onde operam as LHDs diesel. O NO e o NO2 estão presentes em concentrações máximas de 12.4 ppm nos desmontes e concentrações menores até 0.1 ppm em outras frentes e, finalmente, o O2 varia entre 19.2 a 20%. 8.3.2. Identificação do impacte ambiental dinâmico e volumétrico 8.3.2.1. Matriz base para a identificação do impacte ambiental Para a identificação do impacte ambiental dinâmico e volumétrico aplica-se a matriz base elaborada na Tabela 7.14, para o estudo na mina de Neves Corvo. O caudal mínimo admissível varia em relação à quantidade de homens e potência de equipamentos com motor diesel que operam no ambiente das frentes de trabalho. Assim, aplicando a equação 3.73 e considerando as condições críticas de operação (Direcção de trabalhos subterrâneos 2001) resulta o apresentado na Tabela 8.5. Para a identificação do impacte ambiental devido a poeiras e gases foi necessário elaborar uma matriz base para os gases caracterizados nesta mina (Tabela 8.6) com base na Tabela 3.25 e Tabela 3.43. 358 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 8.5 – Condições críticas de operação e caudal mínimo de ar admissível Local Desmontes L2 e L3 Poço Extracção, rampas Rampa L2/L3 e L3.P(-5) Câm. quebragem, Cabeça de correia e galeria Homem simultâneo* 30 Equipamento simultâneo* 2 LHD Wagner 10 Potência (hp) q (m3/s) 364 14.24 1 Tractor AGRIA 44 2.04 15 1 DUMPER Wagner 182 7.12 3 - - 0.15 Tabela 8.6 – Matriz base para avaliação ambiental subterrâneo devido a gases e poeiras Poluente O2 CO2 CO NOx H 2S SO2 Poeiras P (mg/m3) Níveis de impacte ambiental (ppm) Leve Moderado 18500≤O2 <190000 170000≤O2 <18500 6000 <CO2 ≤7000 5000 <CO2 ≤ 6000 60 <CO≤70 50<CO≤60 3.5 <NO2 ≤4 3 <NO2 ≤3.5 11 <H2S≤12 10 <H2S≤11 3 <SO2≤4 2 <SO2≤3 2≤ P<5 1 ≤ P <2 Alto O2 <170000 CO2> 7000 CO> 50 NO2 >4 H2S> 12 SO2> 4 P ≥5 8.3.2.2. Identificação do impacte ambiental térmico e dinâmico Com as matrizes específicas elaboradas com base na Norma Portuguesa (Tabela 8.6) e com o caudal mínimo de ar para condições críticas de operação nesta mina (Tabela 8.5) obtêm-se uma matriz de impacte ambiental dinâmico e volumétrico (Tabela 8.7 e fig. 8.21) e a de impacte ambiental devido à poluição com poeiras e gases (Tabela 8.8). A matriz de impacte ambiental mostra que a área com um impacte ambiental dinâmico e volumétrico moderado a alto se verifica no nível 3, nomeadamente nas rampas D15, D19 e L2/L3 e na galeria P(-5). Nos desmontes existe um impacte ambiental dinâmico e volumétrico alto. A matriz de impacte ambiental ocasionado por gases e poeiras (Tabela 3.45) conduz a deduzir que nos desmontes há impacte ambiental moderado a alto para o caso dos gases e leve para as poeiras. No Poço de Extracção (nível 2), no virador de minério (nível 2), na câmara de quebragem e na cabeça de correia, o impacte ambiental devido às poeiras é moderado a alto. A identificação localizada dos impactes ambientais, constitui uma ferramenta fundamental na procura de medidas correctivas para a atenuação ou mitigação destes riscos ambientais para a saúde dos trabalhadores. 359 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 8.7 – Matriz de impacte ambiental dinâmico e volumétrico no ambiente subterrâneo da minas da Panasqueira (Dezembro 2000) Área Ramos Ambiente subterrâneo 42-23 23-45 49-54 49-50 57-58A 64-63 82-83 81-87 97-89 97-95 81-80 78-79A 50-51 101-102 75-74 76-75 77-76 35A-90 92-90 Vários Não existe nenhum impacte Galeria D11 Galeria P4 virador minério Galeria P1 Galeria D19 Galeria D23 Rampa D13 Galeria D19 Galeria P(-5) Galeria P(-5) Galeria P(-5) Galeria D17 Galeria D15 Rampa D19 Rampa D19 Rampa D15 Rampa D15 Rampa D15 Rampa L2/L3 Rampa L2/L3 Desmontes (Figura 2.33) Nível 3 Nível 2 Nível 1 Legenda: ∇ Leve , ⊗ Moderado , Tipo e níveis de impacte Térm. Dinâm. Volum. ⊗ ∇ ∇ ⊗ ♦ ♦ ♦ ♦ ⊗ ♦ ♦ ♦ ♦ ⊗ ⊗ ♦ ♦ ♦ ⊗ ♦ ⊗ ♦ ♦ ♦ ⊗ ♦ ♦ ♦ ♦ ⊗ ⊗ ♦ ♦ ♦ Alto 8.3.3. Medida correctivas para os impactes ambientais identificados Aplicando a equação 3.54, para Qt de 0.57 mg/m3, Cp = 1.8109 mg/m3 (medido), VLAp = 1 mg/m3 e P = 2222.22 t (informação da mina), a quantidade de ar limpo requerido para obter o nível admissível de concentração de poeiras corresponde a um caudal de ar de 11.67 m3/s, para o total dos desmontes. Este caudal é menor doque o mínimo admissível, calculado considerando a Norma Portuguesa que é de 14.24 m3/s (Tabela 3.42), portanto, a medida correctiva deverá garantir este caudal mínimo. Na mina da Panasqueira os rebentamentos são feitos no último turno de cada dia de trabalho (1 a 2 horas), com uma margem de aproximadamente a 4 horas de antecedência ao início do turno seguinte (7 horas), pelo que o risco produzido pelas poeiras e gases por uso de explosivo não é significativo, porque o tempo é suficientemente grande para a sua diluição. 360 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 8.8 – Matriz de impacte ambiental devido a poeiras e gases (Janeiro 2001) Número de ensaio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Ambiente subterrâneo Tipo de impacte NO CO CO2 ∇ ♦ ⊗ ♦ ⊗ ♦ ♦ ∇ ∇ ♦ ♦ NO2 L3.D21.R-2.AW33(N9)* ⊗ L3.D21.R-2.AW33(E72) ⊗ L3.D21.R-2.AW33(W76) ⊗ L3.D19.R1.AW30(N420) ♦ L3.D19.R1.AW30(E421) ♦ L3.D19.R1.AW32(N59) ♦ L3.D19.R1.AW32(E31) ♦ L3.D19.R-3.AW30(N280) ♦ ♦ L3.D19.R-3.AW30(428) ♦ L3.D17.R1.AW33(WN6) L3.D19.R0.AW32(I4N) ∇ L3.D19.R5.AW30(E423) ∇ L3.D19.R1.AW32(59) ⊗ L3.D21.R2.AW33(S72) ⊗ L3.D19.R2.AW32(I4S) ♦ ⊗ ♦ L3.D21.R-1.AW33(30) ♦ ∇ L3.D21.R-1.AW33(E10) ♦ ∇ ⊗ L3.D21.R-1.AW33(43) ♦ L3.D21.R2.AW33.Ac.r.D23(23) ∇ L2.Poço Extracção ⊗ L3.D21.R-2.AW33.Ac.r.D23(20) ∇ ∇ L3.D21.R-1.AW33(S23) ⊗ L3.D21:R-1.AW33(78) ∇ ♦ L2.P4.D13.Raquete ♦ L3.D21.R-1.AW33 ∇ ∇ L3.Poço de Extracção ∇ L2. Virador de minério ⊗ Câmara de quebragem ♦ Cabeça de correia ♦ * Os números em parêntese indicam o ponto topográfico (S = Sul, N = Norte, E = Este, W = Oeste) Legenda: ∇ Leve, ⊗ Moderado, ♦ Alto Poeiras ∇ ∇ ∇ 361 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações D13 41 54 49 59 57 70 D21 Rampa L2/L3 35A 59A 48 44 73 NÍVEL 530 51 103 72 104 90 35 Câmara de quebragem 58A D23 44B Poço Extracção 58 530 44B1 44B1 56 55 44A 53 D19 105 R1.D15:E Rampa D19 92 93 97 75 89 P(-5) R(-4).D23.E 101 79 78 D15 79A 88 99 P0 D17 80 81 D19 82 87 83 86 D21 D23 NÍVEL 3 95 98 76 77 100 91 Rampa D15 74 102 R(-1).D9.E P1 52 Rebordões 46 50 R1A.D9.E 46A D15 43 R0.D9.E 45A 46 R4.P4.D11 45 LEGENDA Níveis de Impacte ambiental Alto Moderado Leve Não existe 84 85 Figura 8.21 – Mapa do impacte ambiental na atmosfera subterrânea (Dezembro 2000 8.3.3.1. Medidas correctivas para o impacte ambiental nos desmontes O método de exploração de câmaras e pilares e as condições operacionais da mina da Panasqueira exigem o uso do sistema de ventilação com ventiladores auxiliares e manga, para a obtenção dum caudal mínimo de ar requerido em cada frente de trabalho (Tabela 8.9). Para a obtenção destes caudais mínimos aplica-se a equação (3.64) denominada de comprimento máximo (Lmax). Para o caso dos caudais mínimos nos desmontes (Tabela 8.11), modelou-se para ventiladores auxiliares Joy Auxivane Mine Fan (Mine Ventilation Service, Inc), com curvas características de booster fan (Anexo 7.7), tendo sido usado, para as frentes com operação de perfuracão (jumbo) a curva 5 e para frentes em operação de remoção (LHD diesel) a curva 2. Para tais condições e para os seguintes parâmetros: λ= 0.0260, Q = 6.608 m3/s (LHD diesel), Q = 2.832 m3/s (jumbo), f = 0.0278 (Tabela 3.46), P = 14.4 m, S = 12 m2 (medição prática), Le = 9.144 m (Tabela 3.47), as equações de comprimento máximo da manga Lmáx (m), em função do seu diâmetro D (m) são as apresentadas na Tabela 8.10, cuja representação gráfica é ilustrada mediante a fig. 8.22. 362 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 8.9 – Caudal mínimo de medida correctiva do impacte ambiental dinâmico e volumétrico nos desmontes em diferentes condições Homens Máquinas diesel 3 3 6 1 Jumbo 1 LHD de 182 hp Nenhuma Velocidade para o Caudal mínimo para caudal mínimo velocidade mínima de 0.2 (m/s) m/s (m3/s) 0.013 2.40 0.543 6.52 0.025 2.40 Caudal mínimo permissível (m3/s) 0.15 6.52 0.30 Tabela 8.10 - Equações de comprimento máximo do acesso/desmonte Ventilador Hmáx (curva) Equação de comprimento máximo Joy(6.6 m /s) Curva 5 2240 Lmáx = 51.29676964/[ (0.02548/D5) + 0.0002317] Joy(2.8 m3/s) Curva 2 1993 Lmáx = 254.209184/[ (0.02548/D5) + 0.0000541] Comprimento da manga no desmonte (m) 3 1250 1200 1150 1100 1050 1000 950 900 850 800 750 700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Ventilador de 6.608 m^3/s Ventilador de 2.832 m^3/s 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 Diâmetro da manga (m) Figura 8.22 – Medida correctiva do risco ambiental na atmosfera subterrânea dos desmontes Aplicando a equação 3.76 a potência dos ventiladores auxiliares, para as frentes onde há operação de remoção com LHD diesel, é de 21 kW (6.6 m3/s) e para as frentes de perfuração com jumbo e outras frentes de trabalho, é de 8 kW (2.8 m3/s). A curva da medida correctiva permite adequar-se à constante variação das operações de exploração nos desmontes. 8.3.3.2. Medidas correctivas para o impacte ambiental na rede primária de ar Na procura da medida correctiva para o impacte ambiental dinâmico e volumétrico identificado nas redes primárias de ar utiliza-se como ferramenta principal o programa VnetPC200 da Ventilation Service, Inc. dos E.U.A. Os critérios tomados para a simulação foram: simplificar o circuito de ar mediante fecho de frentes antigas e não úteis (fig. 8.7); considerar portas e cortinas de ventilação e alternativas possíveis de localização dos ventiladores (incluído o sistema 363 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações existente de exaustão na chaminé do Casal), para obter um caudal de ar superior ao mínimo estimado nos desmontes (rampa D19) e eliminando ou reduzindo a níveis admissíveis o impacte ambiental identificado na rede primária. Os parâmetros de entrada (imput parameters) para o modelo de ventilação simplificado, incluem entre 93 a 101 ramos (locais) e 71 a 76 nós para as 6 alternativas simuladas. Para cada trecho do ambiente subterrâneo, foi necessário a secção, o perímetro, o comprimento, o comprimento equivalente e o factor de fricção. Visto que não foi possível obter as curvas características dos ventiladores existentes na mina, procedeu-se à medição prática do caudal de ar dos ventiladores cuja potência é de 80 hp (59.68 kW), resultando um caudal médio de 56.8 m3/s, valor considerado como imput do ventilador (fixed quantity). Finalmente, o parâmetro económico utilizado foi um custo de energia eléctrica de 0.065 €/kW.h (Direcção de trabalhos subterrâneos das minas da Panasqueira). Tabela 8.11 – Actividades e custos para a simplificação do circuito de ar Alternativa Fecho de locais Cortina de ventilação 1 31 2 2 35 2 3 35 2 4 35 1 5 34 1 6 35 1 Localização dos ventiladores Ch.Casal Ch. D23W* Ch. D23W* Ch. D23E* Ch. D23W* Ch. D23E* Ch. D23W* Ch. D23E* Ch. D23W* Ch. D23E* Ch. D23W* Ch. D23E* Custo estimado (€) 5487 5986 5861 5736 31649** 5736 * Instalados na galeria L2.D23 próximo às chaminés. ** Inclui construção e reabilitação de 100 m de galeria em L530.Gal.L2.P2.xS Na Tabela 3.48 apresentam-se os trabalhos a realizar e os custos de simplificação dos circuitos de ventilação que permitem controlar o sistema e realizar a modelação. Das 6 melhores alternativas simuladas (Tabela 8.12), a que ofereceu o melhor resultado é a correspondente à instalação de 1 ventilador na chaminé D23E e outro na D23W (fig. 8.23) obtendo-se um caudal total de 113.6 m3/s para um custo de operação de 64677.24 € por ano. As 6 alternativas permitem obter caudal superior (de 43.81 m3/s a 63.06 m3/s) ao caudal mínimo estimado (14.24 m3/s). A 1 parece ser a melhor, mas tem um custo elevado de operação e precisa de duas portas de ventilação e duas cortinas que, operacionalmente, limita a flexibilidade na mina. A 5 alternativa representa um custo elevado de simplificação da rede, não obtem um resultado satisfatório. As alternativas 2 e 3 precisam entre uma a duas cortinas. 364 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações As melhores alternativas são a 4 e a 6, que têm igual custo de simplificação, necessitam de uma quantidade igual de fechos de aberturas (35), 1 cortina de ventilação, nenhuma porta de ventilação e obtém praticamente o mesmo caudal nos desmontes, para custos de operação equivalentes. Desmontes AW27 Ventilador A Galeria L2. D23 Ventilador B Chaminé D23W Chaminé D23E Tabiques de betão Ventilador de 80 hp Rampa D23 Figura 8.23 – Localização dos ventiladores de 80 hp nas chaminés D23E e D23W Tabela 8.12 – Resumo dos resultados da simulação sobre a operação dos ventiladores Alternativa 1 2,3,4,5,6 Ventiladores A B A B Pressão (Pa) 912.20 3017.20 29.80 23.70 Caudal Total (m3/s) 113.60 113.60 Custo Operação (€./ano) 453.84 1501.12 14.82 11.79 Ao analisar os detalhes destas duas alternativas, nota-se que a alternativa 5 considera o acesso da rampa de Rebordões (superfície) ao Poço Santa Bárbara fechado, permitindo aumentar o caudal e a velocidade pela rampa de Rebordões, o que pode gerar certo desconforto na passagem do pessoal; pelo que o mais recomendável é a alternativa 6, que considera o referido acesso aberto, recomendando-se colocar uma porta de grelha na entrada da rampa de Rebordões em vez da porta totalmente fechada em uso; portanto, a alternativa 6 é a mais viável (rede usada na modelação com VnetPC2000 ilustrada na fig. 8.24). Para a simplificação e controle do circuito primário de ar precisa-se de realizar actividades de fecho (Tabela 8.13) de locais antigos ou daquelas que não são úteis na situação actual. 365 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações NÍVEL 1 NM Chaminés D23 35 Fonte do Mass o 4 50 8 9 Poço Santa Bárbara Chaminé do Casal 3 D13 37 7 38 Chaminé Rebordões D1.P2xS 74 1 2 Rampa Rebordões 39 Rampa D13 40 R4.P4.D11 16 14 13 5 19 21 P4 D13 11 17 18 20 26 D15 28 D17 24 25 47 ฀ 27 NÍVEL 2 28 23 530 L530.DE.Bombagem 12 R4.P4.D7 15 46 45 48 43 D19 29 31 44 30 D21 70 Poço Extracção 6 32 P1 ∞∞ 72 D23 71 22 Câmara de quebragem 34 36 73 41 NÍVEL 530 Rampa L2/L3 68 42 64 Rampa D15 66 65 62 Rampa D19 63 69 P(-5) 70 Proj. Rampa D23 59 P0 D21 53 NÍVEL 3 57 67 D19 104 Ar limpo D17 58 54 LEGENDA 60 D15 61 51 Ar poluído Rampa D23 (projecto) 55 56 ฀ 52 D23 Cortina de ventilação Zona de desmontes Figura 8.24 – Rede de ar simplificada para simulação com programa VnetPC2000 É importante instalar uma cortina de ventilação na galeria P1, entre D15 e D17, para definir zonas de circulação de ar limpo e ar poluído. A cortina permite também definir locais colectores de ar poluído que são: D17, D19, D23 (com eixo no P1) e P1 (entre D17 e D23). Como se poderá ver, a medida correctiva consiste numa mudança total comparativamente ao sistema caracterizado inicialmente em Dezembro de 2000. Os resultados apresentados na Tabela 8.14, Tabela 8.15, fig. 8.25 e fig. 8.26 evidenciam que a alternativa 6 resolve o problema do risco ambiental identificado na rede primária de ar da atmosfera subterrânea da mina da Panasqueira, por obter velocidades e caudais maiores que o mínimo admissível. 366 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 8.13 – Fecho de locais para controlar o sistema de ventilação primária Nível Local a serem fechados L1.Galeria paralela a P4, entre D13 e D15 L1.D13.W entre P4 e P3, antes do acesso à rampa D13 L1.Chaminé R4.D11 L2.P4, entre D15 e D17 deixando livre zona da chaminé do casal L2.D13W entre P5 e P5A, deixando livre acesso à rampa D13 L2.D11W entre P4 e P4A L2.D11E entre P4 e P5A L2.P4, entre D5 e D7 deixando livre R4.D7 L2.D9.E, entre as chaminés R(-1).D9.E e Rebordões L2.P1, deixando livre D23 L2.Todas as aberturas de desmontes na D23 até as chaminés D23E e D23W. L2.Todas as aberturas no P1, entre D15 e D23, excepto galerias D17, D19 e D21. L2.Chaminés R(-4).D23.E, R1.D15.E, R0.D9.E, R1A.D9.E e R(-1).D9.E L2.Chaminé R4.D7 (fechar pelo inclinado). L530.P4, deixando livre o acesso à rampa D19 L530 Acesso à câmara de quebragem (Poço Santa bárbara) L530.P4, intersecção de P4 e galeria Salgueira fechando ao norte 1 2 530 Velocidade do ar (m/s) Com custo de 0.065 €/kW.h, a alternativa 6 tem um custo menor em 35.86% que as condições iniciais caracterizadas em Dezembro de 2000 (Tabela 8.16), com uma poupança de 36616.80 €/ano, sendo portanto o investimento de 3736.00 € (fecho de aberturas) possível de recuperar em apenas 1.5 meses, sendo viável e favorável técnica e economicamente. Em conclusão, o risco ambiental na atmosfera subterrânea identificada em Dezembro de 2000, é possível de ser atenuada a níveis permissíveis pela legislação portuguesa, com a mudança do sistema de ventilação, ou seja, passando os dois ventiladores de 80 hp da chaminé do Casal às chaminés D23E e D23W e com alguns trabalhos de fecho de aberturas e colocação duma cortina do ar na galeria L2.P1. 13 12.5 12 11.5 11 10.5 10 9.5 9 8.5 8 7.5 7 6.5 6 5.5 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Dezembro 2000 Medida correctiva 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Enumeração dos locais com risco ambiental Figura 8.25 – Comparação da velocidade de ar em locais com risco ambiental em relação à medida correctiva proposta 367 Caudal do ar (m^3/s) Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Dezembro 2000 Medida correctiva 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Enumaração de locais com risco ambiental Figura 8.26 – Comparação do caudal de ar em locais com risco ambiental em relação à medida correctiva proposta Tabela 8.14 – Comparação entre o risco ambiental identificado e medida correctiva Ramos Área Dezembro VnetPC 2000 2000 NÍVEL 2 17-11 11-18 29-30 29-31* 33-72* 39-40 54-56 57-55 64-62 64-62 57-58 60-61 66-31 56-67 69-68 70-69 70-69 71-64 71-64 Varios Varios N.º Galeria D11 1 Gal.P4 virador minério 2 Galeria P1 3 Galeria D19 4 Galeria D23 5 Rampa D13 6 Galeria D19 7 Galeria P(-5) 8 Galeria P(-5) 9 Galeria P(-5) 10 Galeria D17 11 Galeria D15 12 Rampa D19 13 Rampa D19 14 Rampa D15 15 Rampa D15 16 Rampa D15 17 Rampa L2/L3 19 Rampa L2/L3 20 Desmontes com LHD 21 Desmontes com jumbo 22 Desmontes totais * Com a mudança do sistema passa a ser colector do ar poluído NÍVEL 3 42-23 23-45 49-54 49-50 57-58A 64-63 82-83 81-87 97-89 97-95 81-80 78-79A 50-51 101-102 75-74 76-75 77-76 35A-90 92-90 Vários Varios Ambiente subterrâneo 368 Registos em Dezem 2000 VnetPC2000 Alternativa 6 V (m/s) Q (m3/s) V (m/s) Q (m3/s) 0.01 0.15 0.16 0.10 0.02 0.01 0.01 0.05 0.46 0.55 0.14 0.01 0.07 0.01 0.06 0.13 0.18 0.03 0.31 <0.20 <0.20 0.10 2.20 1.70 0.80 0.20 0.10 0.10 0.40 3.60 6.30 1.70 0.10 0.54 0.10 0.67 1.93 1.57 0.25 2.28 <2.0 <2.0 13.90 0.58 0.65 6.50 4.74 12.80 1.31 1.31 2.57 2.32 1.61 0.50 1.55 4.62 4.31 1.54 1.20 2.00 1.78 2.18 >0.54 >0.20 5.61 9.46 68.68 35.57 113.00 8.37 16.07 17.96 18.32 18.32 6.01 14.84 35.57 38.32 17.23 17.23 17.23 16.03 16.03 6.52 2.40 43.81 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 8.15 – Comparação dos caudais (m3/s) de entrada e saída do ar entre o medido em Dezembro de 2000 e a alternativa 6 simulada com VnetPC2000 Entrada Dezembro Local 2000 Poço Santa Bárbara 15.70 Rampa de Rebordões 23.30 L0/L2 (P4) 2.00 Chaminé Rebordões 20.37 Salgueira 5.76 Chaminé D23.W 6.70 Chaminé do Casal L1.P2.Sul F.Masso Total 73.83 VnetPC 2000 64.26 13.57 13.81 2.56 1.39 7.01 113.60 Saída Dezembro Local 2000 Cham. do Casal 56.80 Chaminé D23E 15.70 Chaminé D23W Total 72.50 VnetPC 2000 56.80 56.80 113.60 Tabela 8.16 – Custo de operação unitária comparativa entre a Alternativa 2 e as condições caracterizadas em Julho de 2000 Condição Dezembro 2000 Alternativa 6 Potência instalada (kW) 119.36 119.36 Caudal total (m3/s) 73.83 113.60 Custo de operação (m3 de ar/Euro) 34258.04 52711.89 8.3.4. Monitorização e controle A medida correctiva (alternativa 6) proposta foi aplicada no mês de Fevereiro e Março de 2001, significando uma forte mudança do sistema existente. Depois da aplicação da medida correctiva foi realizada uma campanha de monitorização em Maio, Julho e Novembro de 2001, a última integrada à rampa D23 (outra ligação entre o nível 3 e 2). Constatou-se que o resultado da aplicação do sistema proposto deu resultados similares ao esperado e com alguns reajustes conseguiu-se melhorar a qualidade do ambiente subterrâneo (fig. 8.27). Em Dezembro de 2000 foi identificado que o fluxo de ar limpo nos desmontes (áreas de exploração) era apenas 13.9 m3/s, o que ocasionava um alto risco. Depois da aplicação da medida correctiva, na primeira monitorização (Maio 2001) registou-se um caudal de 39 m3/s, em Julho um caudal de 45.1 m3/s e na última monitorização (Novembro 2001) de 45 m3/s; que em todo caso é superior ao mínimo estimado (14.24 m3/s). A fig. 8.27 mostra a evolução referida, com tendência à estabilização. 369 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 50 45.1 45 Caudal nos desmontes (m3/s) 45 39 40 35 30 25 20 15 14.24 13.9 Mínimo calculado Condição inicial, Dezembro 2000 10 5 0 1ra. Monit. Maio 2001 2da.Monit. Julho 2001 3ra.Monit. Novembro 20 01 Figura 8.27 – Evolução da entrada de ar limpo nos desmontes depois da aplicação da medida correctiva (alternativa 6) Uma vez resolvido o impacte ambiental negativo na rede primária, programou-se uma minuciosa caracterização do ar nos desmontes para o mês de Setembro de 2001, cujo resultado (fig. 8.11) demonstrou a existência duma má distribuição do ar, não obstante que a medida correctiva permitia alimentar um caudal superior ao mínimo admissível, pelo que desenvolveu-se a medida correctiva exposta no item 8.3.3.1. 8.4. Avaliação do Risco Ambiental Acústico no Ambiente Subterrâneo 8.4.1. Caracterização da situação acústica 8.4.1.1. Instrumento utilizado e metodologia para a medição do ruído O instrumento usado foi o sonómetro Integrador de Precisão Bruel & Kjaer modelo 2236 da Secção de Exploração de Minas do Instituto Superior Técnico devidamente calibrado, que mede 6 parâmetros sonoros (Tabela 8.17). Os comandos do aparelho permitem armazenar dados automaticamente, calibrar o pico, data e hora, início automático, reset na mudança de escala, contraste, tempo de exposição, interface e formatos de saída. O sonómetro permite também, imprimir, armazenar, editar e apagar dados, possuindo também três tipos de memória para o seu armazenamento, para depois ser transferido para um computador, mediante a utilização dum programa. 370 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 8.17 – Parâmetros de medição do sonómetro Bruel & Kjaer modelo 2236 Parâmetro MaxL MinL MaxP Peak SPL Leq Significado Parâmetro Significado Nível Sonoro Contínuo Equivalente (IEC SPL máximo desde o último Ll 804 Impulsiva) reset SPL mínimo desde o último SEL Nível de Exposição Sonora (IEC 804) reset Nível de Pico máximo desde IEL Nível de Exposição sonora (impulsiva) o último reset Nível de pico máximo no LEPd Nível sonoro equivalente intervalo de 1 s Nível de ruído (RMS) excedido em 95% Nível RMS máximo no L95 do tempo de medição intervalo de 1s (IEC 651) Instrumento em sobrecarga (% do tempo Nível sonoro continuo OVL de medição) equivalente (IEC 804) Como o ruído no ambiente subterrâneo está relacionado com as actividades operacionais (fig. 3.67), que são instalações fixas e móveis (Tabela 8.18), em cada estação realizaram-se medições aplicando os padrões de referência indicados na fig. 3.74 (segunda parte). O tempo de medição adoptado foi até à estabilização do registo dos valores do nível sonoro contínuo equivalente Leq, visto que a característica da maioria do tipo de ruído é contínuo. Tabela 8.18 – Local e fontes de produção de ruído (equipamentos) Fonte de ruído Tipo de actividade Fixa-Móvel Extracção Fixa Ventilação Fixa-Móvel Britagem Primário Fixa Perfuração Móvel Limpeza Móvel Transporte Fixa-Móvel Transporte Local L2.D15.Raquete L2. Virador minério L3.D15.Galerias base L2.Galeria D23 L2.Ch.R-4.D23 L3.D19.R-3.AW34.Pto.60 Câmara de Quebragem L3.D21.R-2.AW30.Pto.383 L3.D21.R-2.AW30.Pto.382 L3.D21.R-2.AW30.Pto.353 L3.D19.R-3.AW34.Pto.80 L3.D19.R-3.AW34.Pto.84 L3.Gal.P-5, rampa L2/L3 Rampas Rebordões, L2/L3 Casa Cabeça de Correia 371 Equipamento Guincho de extracção Jaula com vagão Vagões e locomotivas 2 Ventiladores de 80 hp 1 Ventilador de 80 hp 1 Ventilador de 7.5 kW Britador primário Sistema de tela transporte Jumbo Tamrock H107 (no. 2) Jumbo Tamrock H107 (no. 2) LHD Wager EST-2D (no. 2) LHD Wagner ST-3.5 (no. 15) LHD Wagner ST-3.5 (no. 15) Dumper Wagner MT-413 Tractor AGRIA (no.11) Correia transportadora, Torva de transferência Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 8.4.1.2. Medição e caracterização do ruído a) Poço de extracção: para a caracterização do ruído no poço de extracção, as medições foram realizadas quer no nível 2 (fig. 8.28 esquerda) quer no nível 3 (fig. 8.28 direita). Rampa D15 2 3 Escala: 1:1000 Data: 05-06/11/01 Data: 05-06/11/01 4 1 • • • Escala: 1:1000 5 • • Poço de Extracção Poço de Extracção Galeria D15 • • • 8 7 • 1 6 Galeria D15 • • • • 2 3 4 5 Câmara de 6 • guincho Nível 3 Nível 2 88 89 87 88 Nível sonoro equivalente Leq - dB(A) Nível continuo equivalente Leq - dB(A) Figura 8.28 – Estações de medição do ruído no Poço de Extracção 86 85 84 83 82 81 80 79 Pontos 1,4,5 Pontos 1,2,3 87 86 85 84 83 82 81 80 78 79 5 4 1 2 3 0 Estações de medição no Poço de Extracção (estação 1) nível 2 5 10 15 20 25 30 35 Distância a partir do Poço de Extracção (estaação 1) nível 2 (m) Figura 8.29 – Variação do Leq dB(a) no Poço de Extracção nível 2 No nível 2, a estação 1 localiza-se no poço de extracção, as estações 1 a 5 encontram-se na zona do deslocamento da composição com vagões vazios e as estações 1 ao 3 na zona de composição de vagões com carga de minério. Na figura 8.29 ilustra-se as suas características. No nível 2, o nível sonoro contínuo equivalente (Leq) no ponto 1 (a 1 m do limite do Poço) é máximo, na zona da composição com vagões vazios (operação de entrada de vagões à jaula) é maior e com persistência a maior distância do que na zona da composição com carga (saída de vagões da jaula e colocação na composição). No nível 3 a estação 1, também corresponde ao poço, sendo de 1 a 5 na zona da composição de vagões com carga e de 1 a 8 da zona de vagões vazios. No Anexo 8.5 apresentam-se os registos das medições e na fig. 8.30 ilustra-se as suas características. 372 92 92 90 90 Nível continuo equivalente Leq - dB(A) Nível continuo Equivalente Leq - dB(A) Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 88 86 84 82 80 78 88 86 84 82 Pontos 1,2,3,4,5 Pontos 1,6,7,8 80 78 8 7 6 1 2 3 4 5 0 Estações de medição na zona do Poço de Extracção (estação 1) nível 3 5 10 15 20 25 30 35 40 Distância a partir do Poço de Extracção (estação 1) nível 3 (m) O nível sonoro contínuo equivalente (Leq) na estação 6 é máximo. Na zona da composição de vagões com carga (operação de entrada de vagões à jaula) é maior mas com persistência a curta distância do que na zona de composição vazia (saída de vagões da jaula e colocação na composição). Comparativamente no nível 3 registou-se um Leq maior e com persistência a maior distância do que no nível 2. b) Ventiladores: as medições realizaram-se em ambiente com influência sonora de dois ventiladores principais (80 hp cada um) instalados na galeria D23 do nível 2 para exaustão do ar poluído pelas chaminés D23E e D23W. Próximo destes ventiladores existe um outro (80 hp) instalado na chaminé R-4.D23; na fig. 8.31 observam-se as estações de medição e na fig. 8.33 (à esquerda) as características. 80 90 • 11(81.9) • 10(91.0) Ch.R-4 100 • 6(83.7) Desmonte AW27 • 9(102.9) • 8(91.0) 1 Ventilador de 80 hp • 7(96.1) Galeria D23 • 5(94.9) 1(111.4) • • 2(105.2) 2 Ventiladores de 80 hp cada um 100 90 Escala: 1:1000 • 3(92.5) Data: 05-06/11/01 Rampa D23 • 4(79.2) Figura 8.31 – Estações de medição e isovalores do ruído (dB) na zona dos do ventiladores de 80 hp ás chaminés de exaustão D23 e chaminé R-4.D23 373 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações As medições do ruído gerado pelo ventiladores auxiliares de 7.5 KW realizaramse no desmonte L3.D19.R-3.AW34.Pto.60 em 7 estações (fig. 8.32), cujos registos estão no Anexo 8.5 e as suas características ilustram-se mediante a fig. 8.33 (esquerda). As medições mostram que, na rampa D23, existe um rápido decréscimo influenciado pelo maciço rochoso (pilar). No desmonte AW27 é ligeiramente maior mas também com uma rápida diminuição e na galeria L2.D23, influenciado pelo outro ventilador instalado na chaminé R-4.D23 (Estação 9), ocorre uma persistência a longa distância. Observa-se que os dois ventiladores de 80 hp geram um máximo de 111 dB e só um ventilador próximo a 103 dB. Na câmara onde estava instalado o ventilador auxiliar de 7.5 KW com manga de ventilação, o nível sonoro é maior e com persistência a maior distância em relação ao que acontece nas câmaras laterais. Rocha : Xisto Filão: Quartzo com WO3 Escala : 1:1000 • 3(79.4) • 80 2(83.6) • 6(84.3) • • 1(92.1) • 5(86.9) 4(91.7) Ventilador auxiliar 90 • 7(83.7) Chaminé R-3 Figura 8.32 – Estações de medição e isovalores do ruído (dB) produzido por um ventilador auxiliar de 7.5 KW no desmonte L3.D19.R-3.AW34.Pto.60 Nnível sonoro contínuo equivalente Leq - dB(A) 95 Nível sonoro continuo equivalente Leq - dB(A) 130 Pontos 1,2,3,4 (Rampa D23) Pontos 1,2,5,6 (Desmonte AW27) Pontos 1,2,7,8,9,10,11 (Gal.D23) 120 90 110 85 100 90 Pontos 1,2,3 Pontos 1,4,5,6 Pontos 1,7 80 80 (a) (a) (b) 75 70 0 20 40 60 80 100 120 140 0 5 10 15 20 25 Distância desde o ventilador auxiliar de 7.5 Kw (m) Distância da fonte do ruído (m) Figura 8.33 – Variação do ruído (Leq, dBA) produzido pelos ventiladores de 80 hp (a) e o ventilador auxiliar de 7.5 kW (b) 374 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações c) Britagem primário: para a caracterização do ruído gerado pela britagem primário determinou-se a localização das estações de medição no piso do operador e painel de controle, no piso do britador e no piso da câmara de quebragem e no poço de Santa Bárbara, tal como são mostrados na fig. 8.34, fig. 8.35 e fig. 8.36. Nas Figuras 8.37, e 8.38 as suas tendências. •4 (98.5) Britador Primário •1 (96.1) Painel de controlo • 2 (98.8) • 2B (95.3) Torva de alimentação •3 (101.1) Ponto do OPERADOR 2A (95.8) • Figura 8.34 – Estações de medição do ruído (dB) no 2º piso do britador primário (operador e painel de controle) • 5A (99.4) 5 • (102.5) Torva de alimentação Britador Primário 5B (99.2) • 5C • (100.0) Figura 8.35 – Estações de medição do ruído (dB) no 1º piso do britador primário No piso do operador e painel de controle o nível sonoro é muito mais alto nomeadamente na zona do operador e do painel de controle onde também frequenta o pessoal. No piso do britador primário e todas as zonas frequentadas pelo pessoal mostram valores altos; finalmente é o piso do britador primário que apresenta o maior nível em comparação com o piso superior. Também, existe influência do ruído produzido pelo britador primário no poço de Santa Bárbara até uma distância considerável. 375 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Poço Santa Bárbara 10 • 9 • 8 • 7 • • 6 quebragem Câmara de Escala: 1:1000 Tela transportadora Figura 8.36 – Estações de medição do ruído (dB) no poço de Santa Bárbara próximo do britador primário 105 Nível sonoro continuo equivalente Leq - dB(A) Nível sonoro continuo equivalente Leq - dB(A) 105 100 95 90 85 80 100 95 90 85 80 1 2 2A 2B 3 5A 4 5 5B 5C Estações de medição no piso do britador primário Estações de medição na zona do operador (b) (a) Figura 8.37 – Variação do ruído (dB) no 2º (a) e 1º (b) pisos da câmara de britagem primária Nível sonoro continuo equivalente Leq dB(A) 100 95 90 85 Estações 6,6B,7,8,9,10 no Poço Santa Bárbara 80 75 0 10 20 30 40 50 60 Distância do centro da câmara de quebramgem (m) Figura 8.38 – Variação do Leq (dB) no poço de Santa Bárbara d) Jumbo para perfuração: para o estudo do impacte sonoro gerado pela operação dos jumbos, foi escolhido o desmonte L3.D21.R-2.AW30.Ptos.383-383 onde opera o jumbo Tamrock monomatic H 107 no.2, nas áreas identificadas com as estações de medição ilustradas na fig. 8.39, cuja tendência é ilustradas na fig. 8.40. 376 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Escala: 1:1000 Rocha : Xisto Escala: 1:1000 • 2(119.9) 1 Rocha : Xisto Filão: Quartzo com W O3 1(105.4) • 100 Filão: Quartzo com W O3 Jumbo • 3(104.3) 95 90 • 4(95.8) • • 80 • • 7(68.1) 4(82.3) 90 • 6(79.0) • • 8(68.6) • 7(90.3) 100 3(80.7) 2(91.6) • 6(73.7) • 5(85.2) • 1(106.2) Jumbo 80 70 (a) (b) Figura 8.39 – Estações de medição e isovalores do ruído (dB) tendo como fonte o Jumbo no. 2 em operação de perfuração de duas frentes do desmonte L3.D21.R-2.AW30 110 120 Nível sonoro contínuo equivalente Leq - dB(A) Nível sonoro contínuo equivalente Leq - dB(A) 125 Estações 2,3 Estações 2,1 Estações 2,4,7 Estações 2,4,6 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 105 Estações 1,2,3,8 Estações 1,2,4,7 Estações 1,2,5,6 Estações 1,2,3,6 100 95 90 85 80 75 70 65 60 0 5 10 15 20 25 30 0 10 20 30 40 50 60 Distância da frente de operação do Jumbo no.2 (m) Distância da frente de operação do Jumbo no. 2(m) (b) (a) Figura 8.40 – Variação do ruído (dB) gerado pelo Jumbo no. 2 em duas frentes no desmonte L3.D21.R-2.AW30 (a e b são correspondentes à fig. 8.39) A variação do ruído é aproximadamente similar em diferentes posições das frentes, com um rápido decréscimo em câmaras protegidas pelo pilar. No entanto, nas câmaras com acesso directo a variação em função da distância é linear. 95 • 3(78.4) LHD Eléctrico 1(93.1) • • 2(89.6) 90 Nível sonoro equivalente Leq - dB(A) Escala: 1:1000 Rocha : Xisto Filão: Quartzo com WO3 90 Estações 1,2,3 85 80 75 80 0 5 10 15 20 25 Distância da fonte do ruído LHD Eléctrico Wagner No.2 (m) (b) (a) Figura 8.41 – Estações de medição, isovalores (a) e variação (b) do ruído produzido pelo LHD Wager EST-2D no. 2, no desmonte L3.D21.R-2.AW30.Pto.353 377 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações e) LHDs eléctricos e diesel: as medições do ruído produzidos pelas pás (LHDs) eléctricas realizaram-se no desmonte L3.D21.R-2.AW30.Pto.353 localizando as estações de medição como se encontra ilustrado na fig. 8.41.a, cujos registos estão no Anexo 8.5 e a sua tendência na fig. 8.41.b. As medições de ruído produzido pelas pás diesel foram realizadas nos desmontes L3.D19.R-3.AW34.Pto.80 (fig. 8.42.a) e L3.D19.R3.AW34.Pto.84 (fig. 8.42.b), no momento da operação do LHD Wagner ST-3.5 (no. 15). As estações de medição estão indicadas na fig. 8.42e as tendências na fig. 8.43. 2(90.0) Escala: 1:1000 • Rocha : Xisto Filão: Quartzo com W O3 • • 3(90.5) Escala: 1:1000 Rocha : Xisto Filão: Quartzo com WO3 LHD Diesel 1(100.0) LHD Diesel 90 80 90 • Mineral desmontado, espaço na parte superior câmara ~1.1 m 80 7(91.3) • 8(82.5) • 6(80.9) • • 2(97.8) • 4(93.0) • 5(87.1) 1(101.5) • 3(85.8) • 4(87.5) • 5(79.2) Chaminé R-3 Chaminé R-3 (a) (b) Figura 8.42 – Estações de medição e isovalores do ruído produzido pelo LHD Wagner ST-3.5 (no. 15) no desmonte L3.D19.R-3.AW34.Ptos.80 (a) e 84 (b) 105 Nível sonoro continuo equivalente Leq - dB(A) Nível sonoro continuo equivalente Leq - dB(A) 105 Estações 1,2,3 Estações 1,4,5,6 Estações 7,8,6 100 95 90 85 80 Pontos 1,2 Pontos 1,3 100 Pontos 1,4,5 95 90 85 80 75 75 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Distância da fonte do ruído - LHD Diesel No.15 (m) Distância da fonte de ruído LHD Diesel Nro.15 (m) (a) (b) Figura 8.43 – Variação do Leq gerado pelo LHD diesel Wagner ST – 3.5, a partir de 0 m (frente de remoção) indicado como o ponto 1 (correspondente aos desmontes da fig. 8.42) O Leq máximo produzido pelo LHD diesel é de 101.5 dB com persistência a uma distância considerável. f) Cabeça de correia: para a caracterização da tendência do ruído gerado pelo sistema da correia transportadora e transferência do material ao silo na cabeça de correia, determinou-se a localização das estações de medição na zona da casa da cabeça de carreira e do poço Santa Bárbara, tal como são mostradas na fig. 8.44.a, e a tendência do nível sonoro contínuo equivalente na fig. 8.44.b. 378 (91.3) • 7Tela transportadora (96.3) •6 (96.7) • 1(94.3) (94.5) •4 (96.6) •2 (92.7) 3 (94.5) • 96 92 94 Escala: 1:1000 Estações 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 95 90 85 80 c. co 2( C rr as ei a a c. c 3( or C re as i a a c. co 4( C rr as ei a a c. co 5( C rr as ei a a c. co 6( C rr as ei a a c. co 7( C rr as ei a a c. 8( co Pa rr ei in a el co nt ro lo Poço S. Bárbara Cabeça de • 5 correia 100 1( C as a •8 Nível sonoro continuo equivalente Leq - dB(A) Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações (b) (a) Figura 8.44 – Estações de medição, isovalores e variação do ruído (Leq) na casa da cabeça de correia do poço de Santa Bárbara Na sala de controle do sistema da cabeça da correia, apesar de estar isolado existe um nível sonoro de 91.3 dB. A tendência do Leq registadas nas estações de medição da casa da cabeça de correia e parte próxima ao do poço Santa Bárbara (fig. 8.44.b) mostra um maior nível sonoro na zona Sudeste da casa e, no poço de Santa Bárbara, existe uma gradual atenuação até o ponto 11 que corresponde ao início da maior inlinação da rampa. g) Camiões dumper e tractor: os camiões Dumper (Wagner MT-413) realizam a operação de transporte do desmonte do nível 3 ao nível 2 pela galeria P-5 (nível 3) e pela rampa L2/L3 e os tractores AGRIA (no. 11), pela rampa de Rebordões e rampa L2/L3 e outras rampas. As medições foram feitas para o Dumper na posição do operador e no caso do tractor na carruagem de pessoal a ser transportado. A tendência do nível sonoro na fig. 8.45.a. h). Locomotivas e virador de minério: o local escolhido para a medição do ruído foi na raquete do poço de extracção do nível 2, com estação de medição acima da máquina e na zona do operador da locomotiva a bateria. No virador de minério a estação localizou-se a dois metros do local de descarga dos vagões. As tendências ilustram-se na fig. 8.45.b. 100 Nível sonoro continuo equivalente Leq - dB(A) Nível sonoro continuo equivalente Leq - dB(A) 105 100 95 90 85 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 80 Com carga DUMPER Sem carga DUMPER Passagem DUMPER no.1 no. 1 no.1 Local do operador na locomotiva Tractor AGRIA (a) Virador com locomotiva a descarregar Virador sem presença da locomotiva (b) Figura 8.45 – Variação do Leq (dB) pela operação do dumper e tractor (a) e locomotiva no transporte e descarga (b) 379 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Observa-se que na operação de transporte e descarga da locomotiva o maior nível sonoro é na operação de descarga realizado no virador. 8.4.2. Identificação do nível do impacte ambiental acústico Aplicando a matriz base para a identificação do risco ambiental acústico apresentada na Tabela 3.90 (item 3.7.5) procede-se à identificação do nível do impacte sonoro no ambiente subterrâneo da mina da Panasqueira. Avaliando com a matriz base referida, os resultados obtidos na parte da caracterização, obtêm-se a matriz de impacte ambiental acústico apresentado na Tabela 8.19, identificando-se que existe um impacte ambiental sonoro alto, gerado pela birtagem primário e cabeça de correia, Dumper Wagner, LHD diesel e Jumbo Tamrock; impacte ambiental sonoro médio gerado pelos ventiladores, LHD eléctrico e tractor AGRIA ; e leve no sistema de extracção e composições. Tabela 8.19 – Matriz de impacte ambiental acústico no ambiente subterrâneo LOCAL Frente de trabalho L2.D15.Raquete L3.D15.Galerias base L2. Virador minério L2.Galeria D23 L2.Ch.R-4.D23 L3.D19.R3.AW34.Pto.60 Câmara de Quebragem Equipamento Sistema de extracção, guincho e vagões Sistema de extracção e vagões Locomotiva e vagões virador) 2 Ventiladores de 80 hp 1 Ventilador de 80 hp (no Tempo exposição (horas) 6.5 6.5 1.0 - 8 ∇ 8 ∇ 1 ∇ Variáv. ⊗ Variáv. ⊗ 1 ♦ 5.6 20 a 30 do frente de furac. 2 ♦ 5.2 13 do LHD 2 ⊗ 6.3 22 a 35 LHD 2 ♦ 6.5 - 1 ♦ Eventual - 13 ⊗ Até mais de 80 1 ♦ Eventual Britador primário Sistema de tela transportadora 2.05 380 5 a 18 do Poço 14 a 27 do Poço Nível de Homens impacte acústico 42 a 18 do vent. 9 a 21 do vent. 50 da câmara Eventual 1 Ventilador auxiliar de 7.5 kW L3.D21.RJumbo Tamrock H107 (no. 2) 2.AW30.Pto.383 Jumbo Tamrock H107 (no. 2) L3.D21.R2.AW30.Pto.382 L3.D21.RLHD Wager EST-2D (no. 2) 2.AW30.Pto.353 eléctrico L3.D19.RLHD Wagner ST-3.5 (no. 15) 3.AW34.Pto.80 diesel L3.D19.R3.AW34.Pto.84 L3.Gal.P-5, rampa Dumper Wagner MT-413(no. 1) L2/L3 Rampas Rebordões, Tractor AGRIA (no. 11) L2/L3 Casa Cabeça de Correia Correia transportadora, Poço S. Bárbara silo de transferência C.Correia ∇ Leve ⊗ Moderado ♦ Alto Dist. atingida (m) 2.05 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 8.4.3. Medidas correctivas A alternativa mais viável neste caso é a protecção do ouvido. O Decreto Regulamentar n.º 9/92 de 28 de Abril no seu Anexo III da indicação para a selecção dos protectores de ouvido, em função da atenuação por bandas de oitava e atenuação estimada ENR dos protectores, definido pela ISO/DIS 8353. O primeiro método é baseado nas medições em cada posto de trabalho do nível de pressão sonora contínua equivalente e em cada banda de oitava (63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 hertz), depois aplicar a ponderação A, para cada banda e, desta forma obter a exposição diária efectiva. No mercado existem muitos fabricantes que proporcionam protectores de ouvido de tipo tampão e auriculares que, entre as características técnicas que referem, existe o nível de protecção presumível, por exemplo para a BILSOM indicados na Tabela 8.20 e Tabela 8.21. Tabela 8.20 – Característica técnica do protector de ouvido tampão BILSOM Série 300 Frequência (hertz) Atenuação média (dB) Desviação padrão (dB) Protecção presumível (dB) 63 28.4 6.4 22.0 125 37.3 9.0 28.3 250 37.9 9.2 28.7 500 39.1 9.7 29.4 1000 36.0 7.9 28.1 2000 34.6 4.6 30.0 4000 42.5 4.9 37.6 8000 46.4 4.7 41.7 Tabela 8.21 – Características técnicas do protector de ouvido tampão de silicone BILSOM PERFLEX Frequência (hertz) Atenuação média (dB) Desviação padrão (dB) Protecção presumível (dB) 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 26.2 6.1 20.1 24.9 6.0 18.9 25.9 6.6 19.3 24.0 6.1 17.9 29.4 3.9 25.5 33.0 4.5 28.5 31.4 5.6 25.8 Da mesma forma, existem muitos modelos de protectores com orelheira desta mesma marca (Viking, Confort, 717, 727, Economy, 747, Pocket, Impact, etc.), que pesam desde 135 g até 336 g e podem atenuar (29, 25, 27, 23, 22, 26, 27, 26, 26, etc.) respectivamente. Portanto, baseado no protector de ouvido desta marca, a medida correctiva é como a apresentada na Tabela 8.22. 381 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 8.22 – Tipos de protector recomendados para atenuar o impacte ambiental sonoro Local Frente de trabalho L2.D15.Raquete L3.D15.Galerias base L2. Virador minério L2.Galeria D23, L2.Ch.R4.D23 L3.D19.R-3.AW34.Pto.60 L3.D21.R-2.AW30.Pto.383 L3.D21.R-2.AW30.Pto.382 Equipamento Sistema de extracção, guincho e vagões Sistema de extracção e vagões Locomotiva e vagões (no virador) 2 Ventiladores de 80 hp, 1 Ventilador de 80 hp 1 Ventilador auxiliar de 7.5 kW Britador primário Sistema de tela transportadora Jumbo Tamrock H107 (no.2) Jumbo Tamrock H107 (no.2) L3.D21.R-2.AW30.Pto.353 LHD Wager EST-2D (no.2) eléctrico L3.D19.R-3.AW34.Pto.80 L3.D19.R-3.AW34.Pto.84 LHD Wagner ST-3.5 (no.15) diesel L3.Gal.P-5, rampa L2/L3 Dumper Wagner MT-413(no.1) Rampas Rebordões, L2/L3 Casa Cabeça de Correia Poço S. Bárbara C.Correia Tractor AGRIA (no.11) Correia transportadora, Torva de transferência Câmara de Quebragem Tipo de protector de ouvido BILSOM PERPELX PERPLEX PERPLEX PERPLEX PEPLEX PERPLEX Serie 300 ou Viking Serie 300 ou Viking Serie 300 ou Viking Serie 300 ou Viking PERPLEX Serie 300 ou Viking 8.4.4. Monitorização e controle Aplicada a medida correctiva é necessário acompanha-la com um processo de capacitação do pessoal de tal forma que tomem consciência do risco ambiental a que estão expostos e que os dispositivos de protecção dotados sejam efectivamente utilizados efectivamente. Por outro lado, será necessário implementar uma supervisão permanente que permita obter uma real e efectiva aplicação da medida correctiva. 8.5. Avaliação do Risco Ambiental no Domínio Ambiental de Água Subterrânea 8.5.1. Caracterização da situação da água subterrânea 8.5.1.1. Hidrogeologia da zona A zona de localização da mina tem uma precipitação média de 1602 mm/ano, com uma variação média mensal indicada na fig. 8.46, para o ano hidrológico de 1998/99 (Instituo Nacional de Água (INAG) do Ministério do Ambiente). 382 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 250 225 Precipitação pluvial (mm ) 200 175 150 125 100 75 50 25 0 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Meses do ano hidrológico 1998/1999 Falha das Lameiras P4 D11 9 8 Falha IW Falha Y 32000 Falha Vale das Freiras 31000 Figura 8.46 – Precipitação do ano hidrológico 1998/99 (elaborado com registos da Estação Meteorológica 12L/03 de Covilhã do INAG – DHRH SNIR – Ministério do Ambiente, 2000 disponível em http://www.inag.pt/) O registo estatístico mostra que o maior nível de precipitação pluvial na zona ocorre em Janeiro. Portanto as medições feitas no ambiente subterrâneo (Janeiro 2001) correspondem à maior presença da água (caudal) na mina. Fisiográfica e topográficamente, a área superficial das operações subterrâneas actuais é de carácter montanhoso com altitude que varia de 650 a 950 metros. Esta fisiografía concentra 6 linhas de água superficiais perfeitamente definidas (fig. 8.47), que confluem à ribeira denominada Bodelhão. Falhas do 8E D13 7 54000 D15 Q= 30 l/s Q= 0 D17 5 4 REBORDÕES 6 • P(-5) Chaminé do CASAL D19 Falha D19 Q= 25 l/s D21 D23 Q= 0 D25 Escala: D27 3 2 1 1/10000 Ribeira de Bodellão Q= 0 D29 Q= 10 l/s Falha Vert Chaminés D23 Máxima -24 -57 -85 -117 -292 -0.9 -45 -223 -3.9 P1 D31 53000 LEGENDA Bloco Mínima 7 8 -08 9 -30 4 -75 5 -160 6 +4.7 1 -18 2 -74 3 +5.6 •• Q= 300 l/s SUBSIDÊNCIA (cm) Galeria sem presença de agua Galeria com presença de agua Falhas Linha de água com caudal Q 7 Identificação de blocos entre falhas Área em actual exploração Linha de água sem caudal Q 383 Figura 8.47 – Mapa de correlação de água presente no subsolo, linhas de água superficiais e subsidência do maciço rochoso (elaborado com base nas medições feitas em Janeiro 2001 e estudo realizado por C. Dinis da Gama, 1998) Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Na superfície correspondente à área da exploração, existe subsidência do maciço rochoso influenciado pelas aberturas subterrâneas, produto da exploração (fig. 8.5), delimitando blocos rochosos (fig. 8.47) pelas quatro falhas com direcção Norte Sul e inclinação de 80º a 87º com sentido Este (Vale das Freiras, Lameiras, Y e IW) e três falhas com rumo de Este Oeste com inclinação de 63º a 89º no sentido Norte (8E, D19 e outra falha ao Sul registada com nome de vert. em carta). A fig. 8.47 permite caracterizar que, na área da subsidência e nas linhas naturais de água superficial, não existe escoamento de água, indicando que existe filtração para o meio subterrâneo, concentrando-se nas aberturas subterrâneas localizadas por baixo da área desta subsidência. 8.5.1.2. Caracterização quantitativa da água subterrânea Para caracterizar a quantidade e qualidade da água subterrânea presente na mina da Panasqueira realizaram-se colheitas (fig. 8.48) e medições de caudal (fig. 8.49) de água presente em todas as frentes de trabalho compreendidas entre o nível 1 e o nível 3 em estações adequadamente identificadas (figura do Anexo 8.6) em data compreendida entre 12 a 17 de Janeiro de 2001, baseado nos procedimentos técnicos desenvolvidos no capítulo 3 da segunda parte e especificamente, consoante aos padrões referidos na Tabela 4.98, cujos resultados estão no Anexo 8.7 Figura 8.48 – Colheita de água nas aberturas subterrâneas No aspecto quantitativo, a água presente no ambiente subterrâneo tem as características apresentadas na Tabela 8.23 e Tabela 8.24 e os gráficos ilustrados na figura 8.50, que se pode resumir nos termos a seguir: O maior caudal total de água medido corresponde ao nível 2 (168.13 l/s), e o menor no nível 3 (125.53 l/s), sendo que, no nível 1 escoa um caudal intermédio (146.60 l/s). No nível 1 a maior fonte de água (91.70 l/s) verifica-se na zona Norte (D2.W, D1.W, P4 e P3 que drena à Fonte de do Masso e Salqueira). No nível 2 as maiores fontes de água são as da zona Oeste que corresponde a D15.W (100.26 l/s), da zona Sudoeste que é principalmente da D19.W (57.24 l/s) e do Sudeste da D23 e P1 (55.86 l/s). Este caudal de água drena pelo nível 530 (Salgueira); 384 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Figura 8.49 – Medições de velocidade e caudal de água subterrânea O balanço hídrico de água subterrânea, considerando o caudal total medido em Salgueira (810.22 l/s) indica que desta quantidade (45%) provém das zonas Norte da galeria Salgueira, ou seja, das zonas de explorações antigas do nível 0 e 16% (125.53 l/s) da zona do nível 3, que precisa ser controlada com sistema de bombagem. Tabela 8.23 – Caracterização de caudal de águas subterrâneas baseadas nas medições realizadas de 12 a 17 de Janeiro de 2001 Nível 1 2 3 Fontes da água Zona D11.W Zona D2.W, D1.W, P4, P3 Zona D2.W, D1.W, P4, P3 Poço Santa Bárbara Rampa de Rebordões Zona P4 Norte Zona D15.W Zona D17W Zona D19.W Zona P1 Sul Zona AW27 (L2.D23.E) Zona AW31(r. D19) L3 Caudal (l/s) 3.31 12.99 91.70 30.00 8.60 7.53 100.26 3.10 57.24 45.86 10.00 43.97 71.56 Caudal (l/s) 146.60 168.16 125.53 Drenagem por Drenagem para Drenagem R4.D5 D1.P2xS Gal. F. Masso Poço S.Bárbara Poço S.Bárbara R4.D11 P4 e R4.D15 P4 e Ch.Casal P4 e Ch.Casal D23E P1, D15E D23.E,P1,D15.E Ac. Rampa D19 Rampa L2/L3 L530 Salgueira L530 Salgueira Fonte Masso L530 Salguiera L530 Salgeuira L530 Salgueira L530 Salgueira L530 Salgueira L530 Salgueira L530 Salgueira L530 Salgeuira L530 Salgueira L530 Salgeuira Gravidade Gravidade Gravidade Gravidade Gravidade Gravidade Gravidade Gravidade Gravidade Gravidade Bombagem Bombagem Bombagem Tabela 8.24 – Balanço hídrico das águas subterrâneas com descarga em Salgueira Fonte da água L1 L2 L3 L0 e outros* TOTAL ambiente subterrâneo Caudal (l/s) 146.60 168.13 125.53 369.96 810.22 Percentagem (%) 18 21 16 45 100 * Estimado por diferença Desta forma, a quantidade de água que se precisa controlar, mediante um sistema de bombas, é de um total de 125.53 l/s, do qual 53.97 l/s era controlado mediante bombas submersas (desmontes) e 71.56 l/s pela estação de bombagem. 385 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações O maciço rochoso onde se realizam os trabalhos de exploração é formada por xisto algo compacto, pelo que, a maior influência para a presença de água nos trabalhos subterrâneos são as 4 falhas com direcção Norte – Sul e 3 falhas com direcção Este – Oeste (fig. 8.47), que provocaram a subsidência dos blocos formados entre elas. Na Tabela 8.25 observa-se que a zona com maior caudal de água (160.6 l/s) é a parte Oeste do P4 entre o D15 e D19, que corresponde à maior subsidência existente (117 cm a 292 cm). 120 100 90 100 60 91.7 50 40 80 60 100.3 Caudal de água (l/s) 70 81.2 Caudal de água (l/s) 80 40 20 L2-8 L2-9 L2-10 160 80 140 70 60 L2-13 L2-14 L2-15 L2-16 100 60 125.53 80 168.13 91.7 30 120 146.6 Caudal de água (l/s) 180 90 81.24 Caudal de água (l/s) 100 40 L2-12 Medições no nível 2 Medições no nível 1 50 L2-11 10.0 L2-7 18.9 0 L1-5 3.1 L1-4 7.5 L1-3 3.8 L1-2 4.7 L1-1 8.6 3.3 13.0 10 0 45.9 20 55.9 57.2 30 40 20 L1-2 L1-3 8.6 L1-1 20 12.99 0 3.31 10 L1-4 0 L1 L1-5 L2 L3 Níveis Medições no nível 3 Figura 8.50 – Caudal de água no ambiente subterrâneo nos níveis 1, 2 e 3 Tabela 8.25 – Correlação de água subterrânea, água superficial e subsidência do maciço Nível 1 2 3 Identificação de água no subsolo Ambiente Caudal subterrâneo (l/s) D11.W 3.31 D15.W 100.26 D17.W 3.10 D19.W 57.24 P1 Sul 45.86 AW27 (D.23) 10.00 AW31 (r.D19) 43.97 P(-5) 71.56 pH 7.43 4.70 4.70 3.16 4.31 6.20 3.70 6.72 Água superficial Bloco entre falhas (subsidência máxima) Quantidade de Caudal (l/s) linhas de água 9 (85 cm) 1 9,5(292 cm) 1 0.0 4,5(117 cm) 1 0.0 4,5(117 cm) 3(5.6 cm) 2 0.0 e 10.0 2 0.0 e 10.0 2,3(223 cm) 2 0.0 e 0.0 2,3(223 cm) 3 0.0, 0.0 e 10.0 Em áreas afectadas pela subsidência não existe escoamento de água nas linhas de água naturais, com uma clara indicação que toda esta água drena para as aberturas do ambiente subterrâneo. 386 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Subsidência máxima de blocos (cm) A presença dum caudal de 10 l/s e 300 l/s nas linhas naturais da zona Sudoeste, que corresponde à parte superior da galeria P4 (área definida por P(-5), P1 e D23, D31) e da zona Sudoeste de P(-5)), indicam uma zona ainda sem problemas de subsidência do 350 maciço rochoso. 300 y = 0.026x2 - 1.1934x + 70.798 250 200 150 100 50 0 0 20 40 60 80 100 120 Caudal de água subetrrânea (l/s) Figura 8.51 – Correlação da subsidência máxima dos blocos Vs. Caudal de água subterrânea A área com actual exploração (entre P1, P(-5) e D17 , D23) ainda não tem uma grande influência na subsidência do maciço (5.6 cm), aspecto quese verifica com a inexistência de água nas linhas da parte Oeste e ainda presença de água nas linhas da parte Este. Contudo observou-se no subsolo que os desmontes abandonados como o AW27 já estão no início do abatimento. A curva de correlação entre subsidência máxima dos blocos Vs caudal de água subterrânea (fig. 8.51) mostra que o factor presença de água contribui consideravelmente na maior ou menor subsidência dos blocos, actuando como um meio lubrificante nos contactos das falhas principais. 8.5.1.3. Caracterização qualitativa da água subterrânea Os resultados das análises realizadas das amostras de água obtidas do ambiente subterrâneo e da montante e jusante da ribeira de Bodelhâo (descarga pela galeria de Fonte do Masso e da Salgueira) no laboratório da mina da Panasqueira estão apresentados no Anexo 8.7 e ilustradas nas figuras 8.52, 8.53, 8.54 e 8.55. 8 Nível 2 Nível 1 Nível 3 7 Ribeira 6 pH 5 4 3 Amostra 25: Ribeira de Bodelhão montante Fonte de Masso Amostra 23: Ribeira de Bodelhão montante de Salgueira Amostra 24: Ribeira de Bodelhão juzante de Salgueira Nivel 1 , amostras: 1,5,8,7,11,21 Nivel 2 , amostras: 10,9,6,2,4,12 Nivel 3 , amostras: 13,14,3,16,17,15,18,19,20,22 2 1 0 1 5 8 7 11 21 10 9 6 2 4 12 13 14 3 16 17 15 18 19 20 22 23 24 25 Amostras de água das aberturas subetrrâneas e da ribeira de Bodelhão Figura 8.52 – pH da água subterrânea que drena nas aberturas subterrâneas, na descarga e a montante e jusante da ribeira de Bodelhão 387 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 5.0 Concentraçaõ de sólidos (g/l) 4.5 Nível 1 Nível 2 Nível 3 Ribeira 4.0 Amostra 25: Ribeira de Bodelhão montante Fonte de Masso Amostra 23: Ribeira de Bodelhão montante Salgueira Amostra 24: Ribeira de Bodelhão juzante Salgueira 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 Nivel 1 , amostras: 1,5,8,7,11,21 Nivel 2 , amostras: 10,9,6,2,4,12 Nivel 3 , amostras: 13,14,3,16,17,15,18,19,20,2 2 1.0 0.5 0.0 1 5 8 7 11 21 10 9 6 2 4 12 13 14 3 16 17 15 18 19 20 22 23 24 25 Amostras de água das aberturas subterrâneas e da ribeira de Bodelhão Concentração de metais (ppm) Figura 8.53 – Concentração de sólidos na água que drena em aberturas subterrâneas e na ribeira de Bodelhão O pH da água no ambiente subterrâneo oscila entre 3.0 e 6.5, apresentando um pH de 4 no ponto de descarga para o exterior, correspondendo a drenagem ácida. O pH da água na ribeira de Bodelhão oscila entre 4 e 5, o qual permite concluir que esta água é 70 também ácida. 60 Nível 1 50 Cu Zn Fe Mn Nível 3 Nível 2 Ribeira 40 30 20 10 0 1 5 8 7 11 21 10 9 6 2 4 12 13 14 3 16 17 15 18 19 20 22 23 24 25 Amostras de água subterrânea e da ribeira de Bodelhão Figura 8.54 – Concentração de metais na água subterrânea que drena em aberturas subterrâneas, na descarga e no montante e jusante a ribeira de Bodelhão 0.1 Concentração de As(ppm) 0.09 0.08 0.07 Nível 1 Nível 3 Nível 2 Ribeira 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 1 5 8 7 11 21 10 9 6 2 4 12 13 14 3 16 17 15 18 19 20 22 23 24 25 Amostras de água subetrrânea e da ribeira de Bodelhão Figura 8.55 – Concentração de arsénio na água que drena em aberturas subterrâneas e na ribeira de Bodelhão 388 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações No ambiente subterrâneo do nível 1, sólidos em suspensão apresentam-seuma concentração inferior à dos níveis 2 e 3. As águas dos níveis 2 e 3 são mais turvas, dado que são níveis em actual operação existindo operações relacionadas à extracção (nível 2). Na ribeira de Bodelhão, a montante das descargas da mina ,existe uma concentração muito baixa de sólidos. As aguas dos níveis 2 e 3 apresentam uma maior concentração de metais que as do nível 1 e as da ribeira de Bodelhao. A ribeira de Bodelhao, a montante ao ponto de descarga da galeria da Salgueira apresenta uma menor concentração de metais em relação ao montante à Fonte de Masso e jusante à Salgueira. 8.5.2. Identificação do impacte ambiental pela acção da água subterrânea 8.5.2.1. Risco ambiental devido ao caudal As águas presentes no nível 1 e 2 drenam para o exterior por gravidade (Tabela 3.60) pelo que, não apresenta risco ambiental subterrâneo e consequentemente, o risco está centrado no caudal de água presente no nível 3. Nas Tabelas 3.60 e 3.61 indica-se que, a quantidade de água que drena no sentido da estação de bombagem é de 71.56 l/s e representa o valor máximo, pois foi medido no mês de maior precipitação pluvial (fig. 8.46) e ainda quando decorreu uma inundação desta mina (Qmáx), com risco dum acréscimo até 125.53 l/s na hipótese de aluimento nos desmontes AW27 (L2.D23E) e AW31 (rampa D19). Para a identificação do risco ambiental aplica-se a matriz base elaborada com um padrão referencial (Tabela 4.11) que neste caso é 71.56 l/s, obtendo-se uma matriz base específica para o caso da mina da Panasqueira (Tabela 8.26). 8.5.2.2. Risco ambiental devido à qualidade A nível geral, o pH de águas identificadas no ambiente subterrâneo da mina da Panasqueira tem pH menor que 7, pode-se portanto, pode-se qualificá-las como água ácida. É óbvio que não tem sentido realizar avaliação do risco ambiental da qualidade da água no ambiente subterrâneo, mas a partir do ponto de descarga, existe o risco, pela acção da água ácida, de produzir contaminação da água superficial que escoa na ribeira de Bodelhão, portanto, a avaliação do risco ambiental inclui colheita a montante das descargas. Tabela 8.26 – Matriz base e avaliação do risco ambiental devido ao caudal de água subterrânea na mina da Panasqueira Nível de risco Leve ∇ Moderado ⊗ Alto ♦ Matriz base Qmáx e Q (l/s) 71.56 ≤ Q≤75.14 75.14 <Q ≤ 78.72 Q> 78.72 389 Avaliação do risco ambiental Q (l/s) Nível de risco 125.53 Alto ♦ Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A identificação do risco ambiental, pela alteração da qualidade de água superficial, provocado pela descarga de água da mina (água ácida), faz-se aplicando a matriz base elaborada no Capítulo 4, da segunda parte do presente livro, considerando a norma Europeia e Portuguesa e em função do tipo de utilização (rega, consumo humano, piscícola) (Tabela 4.12) que, aplicando esta matriz às condições de qualidade da água da ribeira de Bodelhão (jusante à descarga de água de mina), resulta a matriz de impacte ambiental apresentada na Tabela 8.27. A matriz de impacte ambiental e as ilustrações na fig. 8.56 e fig. 8.57 mostram que na altura das medições realizadas, a drenagem ácida de rochas descarregada pelas galerias de Fonte de Masso e Salgueira poluem a água da ribeira de Bodelhão, num nível moderado para a rega, e alto para consumo humano e piscícola, podendo-se concluir também que existe um alto risco ambiental para os recursos animais na água da ribeira. Outra conclusão é de que a água subterrânea descarregada pela Fonte de Masso tem muito pouca influência na contaminação da água da ribeira. Tabela 8.27 – Matriz de impacte ambiental da qualidade da água subterrânea Localização das águas Nº Ribeira de Bodelhão, a montante da Fonte do Masso (primeira descarga de água ácida ) Ribeira de Bodelhão, a montante da Salgueira (segunda descarga de água ácida) . Galeria da Salgueira (descarga de água subterrânea ácida) Ribeira de Bodelhão, a jusante de Salgueira ( água drena no para rio Zêzere) 1 2 3 4 Poluente Registo Cr (ppm) pH Cu Zn Fe Mn As pH Cu Zn Fe Mn As PH Cu Zn Fe Mn As 5.27 0.04 0.52 0.13 0.09 0.00 5.16 0.15 1.04 0.03 0.87 0.00 3.99 2.01 12.60 4.09 8.60 0.026 pH Cu Zn Fe Mn As 4.18 3.11 15.80 2.91 8.20 0.026 ∇ Leve ⊗ Moderado ♦ Alto 390 Nível do risco ambiental Para consumo Para Para rega humano peixes CVLA CVLA Risco Risco Risco (ppm) (ppm) 6.5 - 8.5 4.5 - 9.0 ∇ ∇ 0.10 5 10 0.20 0.05 10 ♦ 0.05 10 ⊗ 6.5 - 8.5 4.5 - 9.0 ∇ 0.10 5 ♦ 10 0.20 0.05 10 ♦ 0.05 10 ♦ ♦ 4.5 - 9.0 6.5 - 8.5 ∇ 5 0.10 ♦ ♦ 10 ♦ ♦ 0.20 ♦ 10 0.05 ♦ 10 0.05 ♦ ⊗ 4.5 - 9.0 6.5 - 8.5 ∇ 5 0.10 ♦ ♦ 10 ♦ ♦ 0.20 ♦ 10 0.05 ♦ 10 0.05 - Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 7 Descarga de água ácida pela galeria de Fonte de Masso VLA para consumo humano 6.5 1 VLA para piscicultura 6 pH 2 Ribeira de Bodelhão 3 Descarga de água ácida pela galeria da Salgueira 5.5 5 VLA para rega 4.5 Planta de tratamento de água ácida 4 4 3.5 Água drena para rio Zezere 1 2 3 4 Estações de medição (b) (a) Concentração de m etais (ppm Figura 8.56 – Pontos de colheita da água (a), acidez e valores limite admissíveis (b) na descarga de água de mina e água da ribeira de Bodelhão 16 15.5 15 14.5 14 13.5 13 12.5 12 11.5 11 10.5 10 9.5 9 8.5 8 7.5 7 6.5 6 5.5 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Cu Zn Fe Mn As VMA para rega: Zn, Mn, As VMA para rega: Cu VMA para Homem: Cu 0.1, Fe 0.2, Mn e As 0.05 1 2 3 4 Estações de medição colheita Figura 8.57 – Concentração de metais nos pontos de colheita da ribeira de Bodelhão 8.5.3. Medidas correctivas para atenuar o risco ambiental 8.5.3.1. Para o risco ambiental devido ao caudal da água O impacte ambiental da água subterrânea devido ao caudal, está identificado em relação ao risco de inundação do nível 3, assim, a técnica mais adequada é a de bombagem. 391 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações LEGENDA • ESCALA: 1/1000 Escoamento da água Chaminé Nível 530 – Galeria da Salgueira Tubo de descarga ∞ ∞ Chaminé de drenagem Câmara 3 Câmara 2 Rampa L3/L4 Câmara 1 ∞ Tubos de sucção Bombas Chaminé de drenagem • ∞ ∞ 4 Bombas Warman Corte vertical no sentido da galeria da Salgueira Corte em planta CONDIÇÕES DE BOMBAGEM CONDIÇÕES DO SISTEMA AUXILIAR PARA O BOMBAGEM Três câmaras de bombagem. Tubos de sucção e de descarga de φ = 8”. Duas válvulas e dois cotovelos de 90º para cada câmara. Dois cotovelos de 90º e duas válvulas de retenção Altura geométrica de bombagem 72.50 metros. Velocidade de descarga de 4.6 m/s. Massa volúmica da água 1 t/m3 Duas bombas da mesma potência para cada câmara. No caso de bombagem de duas ou das três câmaras o sistema é em paralelo, com uma bomba para cada câmara. Caudal máximo actual: 71.56 l/s. Risco de caudal a curto ou médio prazo: 125.53 l/s. Risco de caudal a longo prazo: ~ 300 a 350 l/s. Eficiência do sistema 65% Figura 8.58 – Sistema de bombagem de água do nível 3 com capacidade instalada de 280 l/s Actualmente a estação de bombagem está instalada a uma cota de 457.50, é composta por 3 câmaras de armazenamento de água (1, 2 e 3) escavadas em rocha com uma inclinação negativa no sentido da galeria das bombas, e tem instaladas 2 bombas Warman de 150 kW para a câmara 1 e outras duas bombas, também Warman de 100 kW, para a câmara 2, não tendo a câmara 3 ainda não instaladas. A água é bombeada mediante tubos instalados na galeria das bombas e na chaminé de drenagem que comunica com o nível 530 (Galeria da Salgueira) para ser descarregada pela boca da galeria da Salgueira (fig. 8.58). Para as características de infra-estrutura subterrânea da estação de bombagem e condições mostradas a seguir, procedeu-se à simulação da potência instalada necessária das bombas e as alternativas de resolver o potencial risco ambiental, já caracterizado, aplicando as equações 4.11 a 4.17. 392 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 180 Bombagem da câmara 1 Potência de motor das bombas (kW) 160 Bombagem da câmara 2 140 120 100 80 60 40 20 0 0 50 100 150 200 250 300 350 Caudal de água (l/s) Figura 8.59 – Variação do caudal em função da potência da bomba para controlar a inundação na estação de bombagem A aplicação das referidas equações considerando que, no caso de se ultrapassar a capacidade da bomba instalada na câmara 1 (150 kW), entraria em operação imediatamente a bomba instalada na câmara 2 (100 kW), permite obter as equações particulares seguintes: PB1 = 0.875861Q (Para bombagem da câmara 1). PB2 = 0.875861Q – 150 (Para bombagem das câmaras 1 e 2). A simulação com estas equações utilizando o programa EXCEL (como está ilustrado na fig. 8.59) permite concluir que as bombas da câmara 1 tem capacidade próxima para esgotar água de 125.53 l/s e que a bomba da câmara 2 só entraria a operar na hipótese de ultrapassar um caudal de 179 l/s. Portanto, a capacidade instalada actualmente existente na estação de bombagem é suficiente para atenuar o alto risco ambiental existente. 8.5.3.2. Para o risco ambiental devido à drenagem ácida Inicialmente deve-se realizar testes a nível laboratorial, por forma a passar a nível piloto com os resultados obtidos e finalmente à escala industrial. Para o caso da mina da Panasqueira propõe-se aplicar o processo passivo anaeróbio (charco). a) A nível de laboratório e a nível piloto: a nível de laboratório o objectivo é encontrar substratos adequados e disponíveis, que possam ser utilizados como componentes básicas do sistema de tratamento passivo, além de produzir redução biológica do sulfato. Os testes laboratoriais do tratamento de efluentes ácidos iniciam-se com processos de biodegradação anaeróbio em recipientes, utilizando 100 g de substrato e 150 ml de efluente ácido de mina (Figueroa, R., et al, 1999). Estabeleceram-se várias combinações (aproximadamente 30) com diferentes concentrações destes compostos, realizando medições periódicas do conteúdo dos iões metálicos, pH, sulfato e presença de bactérias sulfato redutoras BSR (determinadas em laboratório de microbiologia). 393 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Os substratos ideais podem ser os compostos de estrume de ovelha e sedimento da lagoa de oxidação, o que permite obter uma grande concentração de bactérias sulfatoredutoras e também diminuição notória da concentração de sulfato presente na solução (Tabela 8.28). Tabela 8.28 – Reacção de substratos ideais com efluente ácido aos 4 dias (Figueroa, R. et al, 1999) pH Entrada 3.8 Saída 6.9 Bactérias UFB/ml Sulfato redutores 8 x 108 ++++ Redução de SO4= Entrada Saída 1332 370 Os resultados permitem a afirmar que há uma grande actividade das bactérias sulfato redactoras (Desulfovibrio sp.) que reduzem o sulfato na água de mina, para produzir sulfureto de hidrogénio e bicarbonato. O ensaio laboratorial indica que a actividade das bactérias ocorre consoante as equações indicadas na parte c) do item 4.52 do Capítulo 4 da segunda parte do trabalho de investigação, processo este que permite precipitar os metais pesados. Ao nível piloto é necessário experimentar numa abertura feita em solo (fig. 8.60), compactando-a e colocando no piso e paredes uma geomembrana para a impermeabilização. Seguidamente coloca-se 0.20 m areia grossa e média classificada para depois depositar o substrato com uma altura de 0.50 m e finalmente água neutra com 0.20 m de altura. A água ácida é agregada ao afluente ácido mediante um tubo PVC. O substrato usado pode ser de 150 kg de serradura de madeira, 487 kg de estrume de ovelha para um efluente ácido de 0.018 l/s. b). À escala industrial: com os resultados obtidos a nível de laboratório e piloto procede-se à implementação da escala industrial, procedendo-se ao dimensionamento quer dos elementos do reservatório de tratamento quer do substrato para o caudal de águas ácidas existente e estabelecer um processo, aplicando a sequência apresentada na fig. 4.17, esperando-se a ocorrência das equações indicadas para este processo. A água ácida, com pH de 2.8, é possível elevar até 6.7 e precipitar todos os metais devido à sua capacidade de neutralização. Portanto, para mitigar o risco ambiental identificado na mina da Panasqueira será necessário avaliar a planta de tratamento de águas ácidas existente e realizar o procedimento experimental indicado, para finalmente controlar o processo. 394 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 0.1 m 0.2 m 1.0 m 0.5 m Efluente final 0.2 m Areia classificada Areia grossa classificada Geomembrana CORTE VERTICAL PLANTA Figura 8.60 – Reservatório para tratamento de água ácida a escala piloto 8.5.4. Monitorização e controle A monitorização e controle realizam-se aplicando a norma Portuguesa (Decreto Lei n.º 236/98 de 1 de Agosto) no que esté relacionado com as águas superficiais para fins de rega, consumo humano e piscícolas. O Decreto, no seu anexo III contempla o relacionado com os métodos analíticos de referência para águas superficiais (Tabela 8.29). Pelo pH e conteúdo de metais, de acordo em referida Norma, a água da ribeira de Bodelhão corresponde aos grupos G1, G2 e G3, portanto, a frequência mínima de amostragem e de análise é de 4 por ano. Considerando que as águas da ribeira de Bodelhão seriam utilizadas para fins piscícolas a frequência mínima de análise, de acordo com a norma legal, é mensal. Tabela 8.29 – Métodos analíticos de referência para águas superficiais e para o pH e metais caracterizados (Decreto-lei n.º 236/98 de 1 de Agosto) Esc. Sor Precisão (±) 0.1 Exactidão (±) 0.2 Fe mg/l 10% 20% Mn Cu Zn As mg/l mg/l mg/l mg/l 10% 10% 10% 20% 20% 20% 20% 20% Parâmetros Unidade pH Método analítico Electrometria Espectrometria atómica ou de absorção após filtração por membrana 0.45 µm Espectrometria atómica Espectrometria atómica ou de absorção molecular Espectrometria atómica ou de absorção molecular Espectrometria atómica 395 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 8.6. Avaliação do Risco Ambiental Devido a Vibrações do Maciço Rochoso 8.6.1. Caracterização do maciço rochoso devido a vibrações provocadas por explosivo Para a caracterização da propagação da velocidade das ondas longitudinais (P) no maciço rochoso (xisto) realizaram-se medições das vibrações produzidas pela detonação de cargas explosivas nos desmontes da mina da Panasqueira. As medições da velocidade de propagação das ondas longitudinais (P) foram realizadas utilizando o sismógrafo BlastMate II DS-277 Instantel (fig. 8.62) da Secção de Exploração de Minas do IST, no momento do rebentamentos de explosivo nos desmontes, com a carga explosiva distribuída, como está indicado na figura 8.61. As medições foram realizzadas para várias distâncias da frente de disparo e diferentes cargas explosivas por retardo (Tabela 8.30), dados as que foram analisados mediante o método estatístico de mínimos quadrados e utilizando um programa denominado mcling, obtendo-se os valores dos coeficientes a, b e c da equação (5.34), complementando-se com resultados de ensaios laboratoriais do maciço xistoso (Tabela 8.31) e caracterizando-se, desta froma, as vibrações produzidas pela detonação das cargas explosivas nos desmontes. •4 2.34 m 4 • 6 • •3 •2 3 2 • • 5 • •1 1 • •IV •V I • • II III • •0 •VI •VII 5 5 • • •1 • •3 •4 1 • 2 • 3 4 • 2 5 • 6 • • Rocha: . Xisto e filões de quartzo Carga explosiva: . Fundo: dinamite + detonador eléctrico . Coluna: ANFO . Total: 39.34 kg/disparo . Por furo: 1.405 kg . Retardo: de I a VII, 25µs de 1 a 6, 0.3 s 5.00 m Figura 8.61 – Plano de fogo utilizado nos desmontes da mina da Panasqueira Figura 8.62 – Medições da velocidade de propagação das ondas P pela detonação de cargas explosivas com sismógrafo BlastMate II DS-277 Instantel, nos desmontes da mina da Panasqueira 396 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 8.30 – Resultados das medições in situ das vibrações por detonação de cargas explosivas nos desmontes da mina da Panasqueira usando BlastMate II DS-277 Instantel No. 1 2 3 4 5 6 7 PVS (mm/s) 0.683 5.271 4.366 10.128 7.906 14.097 2.048 Distância (m) 300 30 40 20 30 20 50 Explosivo (kg/retardo) 11.24 22.48 11.24 33.72 28.10 5.62 Detonação simultânea (4 furos/retardo) 7 a 300 m 2 a 30 m e 6 a 80 m 4 a 40 m a 4 a 65 m 2 a 20 m a 7 a 300 m 6 a 30 m a 1 a 150 m 5 a 20 m a 3 to 100 m 1 a 50 m a 7 to 80 m Tabela 8.31 - Coeficientes a, b e c e características do maciço xistoso Coeficientes a 471.49 b 0.40 Resultados dos ensaios de laboratório c Resistência à tracção σ (Mpa) Velocidade das ondas Pu (m/s) -1.58 Rocha (xisto) massa volúmica ρ (kg/m ) 7.62 * 6220 3 2860 * Dinis da Gama, C., et al., 1999. 11 Carga explosiva q (kg/retardo) 10 9 No actual de desmont 8 7 Dd =1.108Q0.25316 6 5 4 Rocha:Xist 3 Vc = 0.51 m/s 2 1 0 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 20 Distância de danos Dd (m) Figura 8.63 – Padrão de referência os sobre danos provocados na espessura de rocha circundante à câmara nos desmontes 8.6.2. Padrão de referência Com os parâmetros caracterizados (Tabela 3. 68) e aplicando a equação (5.33), a velocidade crítica vibratória para o maciço xistoso é de 0.51 m/s. Aplicando a equação (5.34) os danos provocados na espessura de rocha circundante à abertura subterrânea (Dd), em função da carga explosiva (Q), encomtram-se na fig. 8.63. e portanto, para as condições de operação o padrão de referência para uma carga de 5.62 kg (4 furos/retardo) é de cerca de 1.7 m. 397 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 8.6.3. Medição dos danos Para determinar os danos provocados nos desmontes com explosivo nas câmaras do processo de exploração da mina da Panasqueira, procedeu-se à realização de medições in situ, utilizando o Sonic Integrity Testing (SIT) na câmara L3.D19.R-3.AW34 (fig. 8.64, entre os pontos topográfico 31 e 35) de 11 m x 5 m x 2.4 m (fig. 8.65). Figura 8.64 – Caracterização geoestrutural e pontos de medição com Sonic Integrity Testing nos hasteais da câmara L3.D19.R-3.AW34 (entre os pontos topográfico 31 e 35) Os testes foram realizados com uma energia de entrada do impacte do martelo para uma distância máxima de 5 m e considerando uma velocidade de propagação da onda de 5100 m/s (Dinis da Gama, C., et al., 1999). Os resultados de 27 testes realizados deram resultados similares aos mostrados nas figuras 8.66 e 8.67. Figura 8.65 – Medições com Sonic Integrity Testing dos danos provocados pelo explosivo nos hasteais da câmara L3.D19.R-3.AW34 (entre os pontos topográfico 31 e 35) 398 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 3.8 4.2 5.1 5.0 [mm/s] [m] [mm/s] [m] 1.6 6.0 6.6 5.0 6.1 4.1 7.5 5.0 1/3 SITE 1SE 5100[m/s] PILE 1SE 0 f:1 1 2 3 4 exp:10 5 6 sr 1/3 SITE 1IE V7.0 PILE 1IE [m] Tue Jun 25, 2002 5100[m/s] 0 f:1 1 2 3 4 exp:10 5 6 [m] sr Tue Jun 25, 2002 V7.0 Figura 8.66 – Output SIT medidos no ponto 1se e no 1ie do hasteal do lado esquerdo 6.7 5.9 7.0 5.6 [mm/s] [m] [mm/s] [m] 7.3 5.9 -0.2 4.1 6.4 4.1 1.7 4.6 1/3 SITE 3MIE PILE 3MIE 0 5100[m/s] f:1 Tue Jun 25, 2002 1 2 3 exp:10 4 5 6 [m] 1/3 sr SITE 3IE V7.0 PILE 3IE 0 5100[m/s] f:1 Tue Jun 25, 2002 1 2 3 exp:10 4 5 6 [m] sr V7.0 Figura 8.67 – Output SIT medidos no ponto 3mie e no 3ie do hasteal do lado esquerdo Ao registos mostram que a reflexão das ondas na massa circunvizinha da rocha, foram para distâncias (ou espessuras) de 1.0 m, 2.0 m, 3.0 m, 3.5 m, até 4.1 m. Portanto, é provável que as ondas reflectidas de 1.0 a 2.0 m sejam provocadas pelas fracturas criadas sob a influência dos disparos com explosivo e as correspondentes ás distâncias de 3.0 m a de 4.1 m, devidas às fracturas geológicas preexistentes. 8.6.4. Identificação do risco ambiental geotécnico e medida correctiva Comparando com o padrão de referência (1.70 m) e aceitando os resultados obtidos com a medição, pode-se concluir que existem fracturas atribuídas aos explosivos atingindo valores de 2.0 m, facto este que indica risco ambiental. A medida correctiva para atenuar estes danos provocados ao maciço rochoso circundante à câmara, é a utilização duma carga explosiva adequada que, neste caso, deve ser, no máximo, de 5.62 kg/retardo, ou seja, deve-se detonar simultaneamnente um número máximo de 4 furos . 399 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Capítulo 9 APLICAÇÃO À MINA DE SAN RAFAEL 9.1. Introdução A aplicação da metodologia da Engenharia Ambiental Subterrânea (EAS) proposta na primeira parte (capitulo 2 item 2.5 e fig. 2.14) e desenvolvida na segunda parte deste livro, é a mina de San Rafael, relativamente à contaminação da atmosfera subterrânea. A aplicação da EAS na mina de San Rafael é realizada no aspecto térmico, utilizando a metodologia e modelos matemáticos desenvolvidos no item 3.1 e fig. 3.25 e, no aspecto dinâmico e volumétrico, no item 3.4 e fig. 3.47. O procedimento é similar ao utilizado na aplicação à mina de Neves Corvo e mina da Panasqueira. Um aspecto particular da mina de San Rafael, em comparação às duas minas de Portugal é de que esta mina está localizada nos Andes montanhosos do Peru, onde há ocorrência de água termal nos níveis mais baixos da mina. 9.2. Definição do Âmbito de Acção 9.2.1. Localização geográfica e clima A mina de San Rafael, propriedade da empresa peruana MINSUR S.A., está localizada a Sudoeste do nevado de San Bartolomé de Quenamari (5299 m), na cordilheira oriental do Sul do Peru, distrito de Antauta, Província de Melgar e Departamento de Puno, nas coordenadas 70°19' W e 14°14' S (fig. 9.1). Esta é a única mina produtora de estanho no Peru, com produção de 2500 toneladas por dia de minério tal e qual com teor de 5.23% de estanho (Sn), atingindo 53600 toneladas acumuladas por ano e 46400 toneladas de concentrado com teor de 53.86% Sn com recuperação mineralúrgica de 89.17% (rendimento metal). É uma das poucas minas subterrâneas que tem o processo produtivo completo, ou seja exploração, tratamento mineralúrgico e tratamento metalúrgico, produzindo portanto, estanho metálico. San SANRafael RAFAEL 4 Figura 9.1 – Localização geográfica da mina de San Rafael Juliaca JULIACA Puno PUNO 9.2.2. Ambiente subterrâneo 9.2.2.1. Maciço rochoso e jazigo mineral 401 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Localmente, os filitos e quartzitos da formação Sandia tiveram intrusão por dois stoks graníticos do terciário. Nas proximidades encontram-se rochas do paleozóico superior. Na formação Sandia os filitos são de cor cinzento-escuro com moscovite nos planos de clivagem. Os quartzitos estão intercalados com filitos (Palma, 1981). Os filões e corpos mineralizados localizam-se no intrusivo de San Rafael, (fig. 9.2) têm uma direcção NE – SW, comprimento de cerca de 1000 m, largura de 300 a 800 m e profundidade máxima de 2000 m. A rocha intrusiva é de tipo granítico, com idade que varia de 0.1 a 2.5 milhões de anos, pertencente ao oligocénico e miocénico inferior (Arenas, M. 1980). No couto mineiro de San Rafael ocorre cobre na parte superior e estanho em profundidade. A mineralização é de origem hidrotermal consistente em filões de enchimento e preenchimento de fracturas e corpos de mineral no intrusivo granítico e meta sedimentos. Os filões estão em falhas pré-minerais com direcção NW – SE. Os corpos de mineral representam 81% das reservas e estão localizados abaixo do nível 410 onde existem 7 corpos de estanho (fig. 9.3) seguintes: Corpo Rampa, 150-S, 310-S, Ore Shoot, Corpo Brecha, corpo 250-S e corpo Contacto. Estes corpos possuem possança de 4 a 30 m, comprimento de 30 m a 180 m e alturas de 10 a 640 m. Em geral são de forma prismática. Os minerais principais são: cassiterite, estanhite e calcopirite. Figura 9.2 – Corte geológico e zonas de exploração do jazigo de San Rafael na direcção N 70º E (Alvarez, J. 2001) As reservas provadas e prováveis a Dezembro de 2000 são como indicado na Tabela 9.1. O mineral de Sn distribui-se em 13.34% no filão de San Rafael, 75.94% em corpos mineralizados e 19.72% noutros filões. A mina labora com um Cut Off de 2.63% de Sn e 3.41% de Cu. 402 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 9.1 – Reservas provadas e prováveis da mina San Rafael a Dezembro de 2000 (Alvarez, J., 2001) Minério de: TMS % Cu % Sn Sn 13704655 0.16 5.32 Cu 74450 3.34 0.56 Cu — Sn 109505 2.80 1.49 TOTAL 13888610 0.20 5.27 Figura 9.3 – Etapas da mineralização e corpos mineralizados no corte em direcção N 30º E (Alvarez, J., 2001) 9.2.2.2. Aberturas de infra-estrutura subterrânea São as aberturas subterrâneas, feitas no maciço rochoso para explorar o jazigo mineral, estão localizadas entre as cotas de 3825 a 5100 m e passam a constituir o espaço da atmosfera subterrânea. As principais aberturas estão resumidas na Tabela 9.2 e na fig. 9.4. Actualmente o acesso principal de superfície é pela rampa 4523, que aprofunda até o nível 3825, constituindo a infra-estrutura principal de transporte de mineral e estéril. Ademais na mina existem estações de bombagem de água, aberturas subterrâneas para paiol, entre outros. 403 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 9.2 – Resumo generalizado do ambiente subterrâneo (baseado no Plan de Ventilación Interior Mina San Rafael, 2001) Frente de trabalho Rampa 523 Gal.Nív.4666 Gal.Nív.4600(Zap.) Gal.Nív.4600 Gal.Nív.4533 Galerias cegas Chaminés Chaminé Volcan Cham. e Gal. Patrón Ch. EU1, Gal.EU2, Ch.EU3 Chaminé Alimak Níveis 4523 a 3825 4666 4600 4600 4533 4493 a 3825 4666 a 3850 3900 a 4927 3825 a 5100 3825 a 492 4200 a 4750 Secção (m2) 24.8 13.06 8.26 11.94 9.17 10.00 6.80 6.00 6.00 6.00 12.16 Comprim. (m) 7000 230 1035 230 1870 10000 2000 1300 1250 1070 550 Uso Ventilação e transporte Entrada de ar limpo Entrada e saída do ar Entrada e saída do ar Entrada de ar limpo Entrada e saída do ar Entrada e saída do ar Passagem e saída de ar Passagem e saída de ar Passagem e saída de ar Saída de ar . Chaminé Patrón EV1 Chaminé EU1 - 4920 . Chaminé Volcan EV3 . Desmontes EV4 Galeria Patrón EV2 . San Rafael 4666 . San Rafael 4600 . Galeria EU2 . Galeria EU3 - 4890 Chaminé ALIMAK (Umbral - 4750) Nível 4730 . Zapata 4600 . Zapata 4533 Nível 4493 Rampa 4523 Desmontes (Nível 4310 – 4370) Nível 4200 Nível 3850 (agua termal) Ventiladores Figura 9.4 – Esquema geral das aberturas subterrâneas da mina de San Rafael 9.2.2.3. Aberturas subterrâneas geradas pela exploração A actual mina de San Rafael teve um processo gradual de aumento da produção em mais de 50 anos de operação, acompanhado pela progressiva mudança de métodos de exploração e consequente nível de mecanização, facto que gerou aberturas já abandonadas e aberturas em actual serviço. a) Frentes de exploração antigas: estão localizadas entre o nível 4370 ao nível 4297, são produto de explorações antigas e resultado da aplicação do método de autoenchimento temporário ou shrinkage convencional e mecanizado, na quase totalidade em filões. Estes espaços são de forma tabular e, actualmente ainda servem de passagem ascendente do ar poluído proveniente das frentes de exploração actual e frentes de desenvolvimento e preparação localizados entre o nível 3830 e nível 4370, com saídas à superfície pelas chaminés e galerias na zona sul. b) Frentes de exploração actuais: são produto da exploração correspondente à aplicação do método de exploração de sub level stoping (fig. 9.5), localizadas em blocos compreendidos entre o nível 4310 e 4370. 404 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Para atingir uma produção de 2500 t/dia de minério com teor de 5.5% de Sn, a empresa tem programado extrair 48.87% do corpo Ore Shoot e corpo Brecha, 23.42% do corpo Contacto e 27.71% do filão San Rafael. A perfuração é feita com os seguintes equipamentos: 1 Simba H-1354 da Atlas Copco, 1 DTH Túnel 60 e 1 DTH Mustang A-32 (fig. 9.6.a). Os furos longos são perfurados em forma paralela ou em abanico, conforme se trate de filão ou corpo mineralizado, cuja malha é função do diâmetro da broca, possança da estrutura mineralizada. O explosivo utilizado é ANFO (Examón) para furos secos, slurry (exagel ou slurry AP-80) para furos com presença de água. Os acessórios usados para os desmontes de rocha são o detonador Tecnel (Fanel) de 10 a 20 m de comprimento e retardos curtos, booster de 1/3 de libra (BM-150) de 1.5 polegadas de diâmetro, cordão detonante 3P e detonador comum n.º 6, conectores, cordão detonante (igniter cord). O factor de potência resultante varia de 0.16 a 0.20 kg/t. Depois do desmonte primário é necessário realizar o desmonte secundário para o qual se usam plastex ou examón com dinamite semexa 65%. A remoção do minério é feita com LHDs diesel e o transporte com camiões Volvo NL-12, também com motor diesel (fig. 9.6). A produção do minério e desmonte de esteril é coberta com os equipamentos indicados na Tabela 9.3. Figura 9.5 – Ambiente subterrâneo das frentes de exploração da mina de San Rafael (Guillén, L., 1997) Para a meta de produção estabelecida (2500 t/dia ou 70000 t/mês) a produção é proveniente de 5 desmontes (88.5%) e das frentes de preparação (11.5%). Os desmontes em actual produção são T310-14N, T310-10S, T310-03S, T310-04N e T310-10S, originando aproximadamente 3500 t/dia-disparo, o que equivale a 20 disparos/mês. Para a produção indicada precisa-se um total de 142 homens em subterrâneo, dos quais 82 são da empresa e 60 de empreiteiros. O pessoal da empresa é composto por 60 para exploração, 22 para serviços e os afectos à geologia, topografia e supervisão geral são 4, 4 e 6, respectivamente, mas sem dedicação exclusiva (Medina, E., et al., 2001). A condição crítica da presença de pessoal nas frentes de trabalho (Medina, E., et al., 2000), tanto em desenvolvimento como nos desmontes, sucede em função dos 405 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações trabalhos a realizar. Em trabalhos por método convencional, que se realizam baixo do nível 4200, a condição crítica apresenta-se na operação de perfuração com 3 homens: • Perfuração: 1 perfurador, 1 ajudante ou 2 perfuradores e 1 ajudante; • Remoção: 1 operador de pá ou de LHD; • Transporte: 1 operador da locomotiva e 1 ajudante. Figura 9.6 – Equipamentos de perfuração (esquerda) de remoção e transporte (direita) utilizados nos desmontes Tabela 9.3 – Equipamentos utilizados na mina de San Rafael (Medina, E., et al., 2001) Operação mina Desenvolvimento prospecção Equipamentos e . 2 Jumbo Boomer H 282 de Atlas Copco, com 75 HP (55.93 KW) . 2 LHD de 5.5. Yd3 EJC, com 186.43 KW cada um. . 1 Simba H-1354 de Atlas Coco, cop – 1838,com 80 HP (59.66 KW) Perfuração de furos . 1 DTH Tunnel 60, Drillco Toolls, Topo 3 longos . 1 DTH Mustang A32 de Atlas Copco, com martelo Cop – 34 . 2 LHD de 6.5 yd3 ST100 Wagner, com 250 HP (186.43 KW) cada Remoção nos desmontes um. . 1 LHD de 3.5 Yd3 Wagner (reserva), com 185 HP (137.9 KW) Redução secundária . 4 martelos hidráulicos Kent . 6 Camiões Volvo Intercooler NL12, de 15 m3, com 410 HP (305.73 Transporte à superfície KW) cada um. Supervisão . 27 Carrinhas, com 89 HP (66.37 KW) cada um. No trabalho mecanizado, a condição crítica pode suceder na operação de perfuração e carregamento com 4 homens: • Perfuração e carregamento: 1 operador de jumbo e 2 carregadores/disparadores de fogo; • Remoção: 1 operador do LHD; • Transporte: 1 operador do camião de marca Volvo Relativamente a custos, a informação obtida do Departamento da mina é de 1320 €/m de chaminé com 3.8 m de diâmetro, 250 €/m de chaminé com 1.5 m de diâmetro, 963.95 €/m de galeria com 5 m x 4 m, 592.46 €/m de galeria com 3.5 m x 3 m, 430.74 406 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações €/m de galeria com 2.4 m x 2.4 m, 1050 €/m de galeria de 6 m x 3.8 m, 320 €/m de chaminé com 2 m x 1.5 m e 40.4 €/m3 (1US$ = 1€). 9.3. Caracterização Térmica e Dinâmica da Atmosfera Subterrânea 9.3.1. Identificação preliminar do ambiente subterrâneo O ar entra da superfície mediante a rampa 523, para a galeria do nível 4666 (Zapata), galeria nível 4600 (Zapata), galeria do nível 4600 (San Rafael) e para a galeria nível 4533 (San Rafael), saindo (ar poluído) pela chaminé Volcán (EV3), abertura desmontes (EV4), chaminé Patrón(EV1), galeria Patrón (EV2), chaminé EU1, galeria EU2, chaminé EU3 e chaminé Alimak (Umbral). A fig. 9.4 mostra o esquema geral das entradas de ar fresco e saídas de ar poluído. O ar da atmosfera subterrânea é accionado por sistema misto (natural e forçado). O sistema forçado usa ventiladores instalados nas frentes subterrâneas que são na sua maioria de exaustão de ar poluído. Na altura das medições (Setembro de 2001), a mina contava com 35 ventiladores cuja potência total é de 1492 KW (Tabela 9.4). Antes das medições (in situ) dos parâmetros térmicos, dinâmicos e volumétricos, em gabinete procedeu-se à predefinição do sentido do ar, trechos e nós de todo o ambiente subterrâneo da mina (fig. 9.7), baseado nos mapas existentes e com participação dum pessoal experimentado da área de ventilação de minas . As estações de medição foram identificadas em zonas adequadas de cada trecho e aproximadamente na parte média do seu comprimento. Figura 9.7 – Predefinição do sentido do escoamento de ar, trechos e nós na zona do nível 3850 em perfil N 30º E 9.3.2. Instrumentos utilizados e metodologia de medição A caracterização do ambiente subterrâneo da mina de San Rafael foi feita utilizando os instrumentos do Laboratório de Engenharia do Ambiente Subterrâneo 407 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações L.E.A.S. da Secção de Exploração de Minas do Instituto Superior Técnico da Universidade Técnica de Lisboa e consistiram em: • Termo/Higrómetro Casella London Ltd, de temperatura de bolbo seco e húmido; • Anemómetro IRFLOW LCA 6000 digital e de leitura discreta, para medição de velocidade do ar; • Instrumentos para medição de secções das aberturas, como fita métrica de aço de 5 metros, entre outros; • Uma calculadora portátil; • Relógio cronómetro Timex Ironman Triathlon digital. A metodologia utilizada foi igual às da mina de Neves Corvo e Panasqueira, dado a que esta mina possui aberturas de grandes dimensões na rampa 523 e acessos aos desmontes (similares ás de Neves Corvo) e outras galerias, travessas e acessos com secção de dimensão média (similar ás de Panasqueira). Também nesta mina as medições foram feitas em cinco pontos em cada estação para considerar um valor médio, tanto para a velocidade como para a temperatura. Mediante o procedimento e instrumentos indicados, realizaram-se as medições in situ (fig. 9.8) cujo registo encontra-se no Anexo 9.1, que constitui o suporte para a caracterização do ambiente subterrâneo. Tabela 9.4 – Ventiladores utilizados na mina de San Rafael (Departamento de Engenharia - Ventilação Mina San Rafael, 2001) INVENTARIO DE VENTILADORES IT EM 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 CAPACIDAD 100.000 100.000 50.000 50.000 50.000 50.000 50.000 50.000 50.000 50.000 50.000 30.000 30.000 30.000 30.000 11.000 11.000 11.000 11.000 11.000 11.000 5.000 5.000 5.000 5.000 5.000 5.000 6.900 6.900 6.900 6.900 7.500 30.000 30.000 30.000 MARCA JO Y JO Y JO Y JO Y JO Y JO Y JO Y JO Y JO Y AIRTEC AIRTEC AIRTEC AIRTEC JO Y JO Y AIRTEC AIRTEC AIRTEC AIRTEC AIRTEC AIRTEC AIRTEC AIRTEC AIRTEC AIRTEC AIRTEC AIRTEC AIRTEC AIRTEC AIRTEC AIRTEC AIRTEC ZITRON ZITRON ZITRON HP KW HRS / año G AST O /año G AST O/mes PRECIO 1KW /HR POT ENCIA PRESION NIVEL LABOR 300 17.2 4200 200 10.8 4533 150 10 4370 150 10 4250 125 17.2 RPA 523 214 125 10 4050 N 125 10 4050 S 100 10 TALLER 75 8 4200 N 60 6 50 9.5 50 9.5 50 9.5 RPA 523 TOPE 30 5.1 4250 S 30 5.1 4000 N 24 6.6 RPA 523 215 24 6.6 4000 N 24 6.6 4050 JO RGE 24 6.6 TALLER 24 6.6 4533 VILLAS J 24 6.6 TALLER 15 7 4533 VILLAS J 15 7 RPA 523 146 15 7 RPA 523 150 15 7 4533 S 15 7 TALLER 15 7 ALMACEN 12 4.6 4200 N-63 12 4.6 4310 S 12 4.6 TALLER 10 4.6 DIAMANTINA 10 4 4533 VILLAS J 30 12 RPA 523 TOPE 30 12 RPA 523 205 30 12 3950 1 2000 1492 7488 1.179.773 $ USA 98.314 $ USA 0.12 $ USA 408 RESPONSABILIDAD MINSUR MINSUR MINSUR MINSUR MINSUR MINSUR MINSUR MINSUR MINSUR MINSUR MINSUR AESA AESA MINSUR MINSUR MDH MDH MDH MDH MDH AESA MDH AESA AESA AESA MDH AESA MINSUR MINSUR MINSUR EST ADO OPERATIVO OPERATIVO OPERATIVO OPERATIVO OPERATIVO OPERATIVO OPERATIVO MANTENIM. OPERATIVO OPERATIVO OPERATIVO OPERATIVO OPERATIVO OPERATIVO OPERATIVO OPERATIVO OPERATIVO OPERATIVO MANTENIM. OPERATIVO MANTENIM. OPERATIVO OPERATIVO OPERATIVO OPERATIVO MANTENIM. STAND BY OPERATIVO OPERATIVO MANTENIM. OPERATIVO OPERATIVO OPERATIVO OPERATIVO OPERATIVO G AST O ($) 201.098 134.065 100.549 100.549 83.791 83.791 83.791 50.274 40.220 33.516 33.516 33.516 20.110 20.110 12.066 12.066 12.066 12.066 7.541 7.541 7.541 7.541 6.033 6.033 5.027 5.027 20.110 20.110 20.110 1.179.773 98314 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Figura 9.8 – Rampa 523 e medições dos parâmetros aerodinâmicos da atmosfera subterrânea da mina de San Rafael 9.3.3. Caracterização térmica 9.3.3.1. Influência da temperatura exterior Para analisar a influência da temperatura exterior no ambiente subterrâneo procedeu-se à identificação da variação da temperatura exterior, com base nos registos meteorológicos da mina San Rafael (fig. 9.9). 25 10 20 8 Temperatura (ºC) Temperatura (ºC) 9 7 6 5 4 3 15 10 5 2 0 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 -5 Horas do dia 20 de Setembro 2000 Meses do ano (1 = Janeiro) Figura 9.9 – Variação da temperatura exterior (ano 2000) e durante um dia (20 de Setembro de 2000) (baseado em registos meteorológicos da mina de San Rafael) Nos registos meteorológicos do ano 2000 analisados, foi possível notar temperaturas médias horárias máximas de 26.3 ºC no mês de Novembro e mínimas de – 9.2 ºC no mês de Julho, com a particularidade de que estes valores altos e baixos são registos momentâneos, ou seja, durante tempos muito curtos. Finalmente a temperatura média anual resulta em 6.61 ºC. Aplicando a equação (3.20) a influência da temperatura exterior no ambiente subterrâneo da mina San Rafael, com um factor de 0.167, resulta uma média de 1 ºC, que é praticamente insignificante. 9.3.3.2. Variação da temperatura no ambiente subterrâneo A temperatura do ar limpo que entra ao ambiente subterrâneo da mina de San Rafael, tem a tendência de aumentar a medida que aprofunda nas aberturas. O ar do 409 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações ambiente exterior que entra pelas galerias 4666, 4600 e pela denominada rampa 523 (cota 4523) atinge as aberturas mais profundas localizadas na cota 3835, descendo uma profundidade total de 831 m, pelo que a temperatura varia 21.5 ºC, à razão aproximada de 1 ºC por 40 m de profundidade (fig. 9.10). 4600 4500 Cota H(m) 4400 2 H = 1.1237T - 72.019T + 5002.3 2 R = 0.8956 4300 4200 4100 Valores medidos Poly. (Valores medidos) 4000 3900 3800 0 5 10 15 20 25 30 35 Temperatura do ambiente subterrâneo- ar limpo T(ºC) Figura 9.10 – Variação da temperatura do ar da atmosfera subterrânea no processo de entrada (baseado nas medições de Setembro do 20001) No nível 3850 a temperatura do ar da atmosfera subterrânea sofre um brusco acréscimo, influenciado pela presença de águas termais, atingindo na zona da rampa um valor de 30 ºC. 5000 Cota H (m) 4800 4600 Valores medidos Poly. (Valores medidos) 4400 4200 2 H = 0.1012T - 82.347T + 6165.2 2 R = 0.9975 4000 3800 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Temperatura do ambiente subetrrâneo- ar poluído T (ºC) Figura 9.11 – Variação da temperatura do ar na atmosfera subterrânea no processo de saída (baseado nas medições de Setembro do 20001) O decréscimo da temperatura no sentido da subida (saída) do ar poluído é de 30 ºC (no nível 3850) a 14 ºC (no exterior), fazendo um total de 16 ºC para uma profundidade total de 1150 m (entre a cota 3850 e a 5000),(fig. 9.11). 9.3.3.3. Temperatura no nível 3850 influenciado por água termal Com a finalidade de caracterizar a brusca tendência de acréscimo da temperatura do ambiente subterrâneo na zona do nível 3850, realizaram-se medições da temperatura na rampa 523 no sentido da variação da profundidade (fig. 9.12) e na galeria do nível 3850 com presença de água termal (Tabela 9.5). 410 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A fig. 9.12 mostra dois tipos de tendência: uma linear e outra não linear. Na tendência linear verifica-se que no nível 3950 e para uma profundidade de 580 m, registando-se uma temperatura de 17 ºC, resultando uma taxa de acréscimo de 1.7 ºC/100 m. Não obstante, no nível 3850, para uma variação tão só de 100 m de profundidade, regista-se uma temperatura de 32 ºC, resultando uma taxa de acréscimo de 15 ºC/100 m, indicando uma tendência anormal, provocada evidentemente pela forte influência local da temperatura de água termal. 40 2 H = 6E-05T - 0.5138T + 1153.4 35 2 R = 0.8597 Temperatura T(ºC) 30 Tendência com influência de água termal Tendência normal 25 Poly. (Tendência com influência de água termal) Poly. (Tendência normal) 20 15 10 5 0 3800 3900 4000 4100 4200 4300 4400 4500 4600 Cotas no ambiente subterrâneo H(m) Figura 9.12 – Tendência da temperatura do ambiente subterrâneo (baseado em medições realizadas na rampa 523, Setembro 2001) Uma previsão da temperatura do ar no nível 3850 para uma tendência normal isenta da influência de água termal e para um caudal de ar de 8 m3/s seria aproximadamente de 20 ºC e não de 32 ºC. Nas medições realizadas nas frentes de desenvolvimento do nível 3850, foram registadas, na água termal, temperaturas entre 34 ºC e 40 ºC, e no ar da atmosfera subterrânea (8 m3/s e seccão de 15 m2) registaram-se temperaturas entre 29 ºC e 34 ºC (Tabela 9.5). Comparativamente, a temperatura do ar da atmosfera subterrânea no nível 3850 para uma tendência normal era previsível estar próxima de 20 ºC, porém registaram-se temperaturas maiores em média 12 ºC, representando um acréscimo de 60% em relação à tendência normal. Tabela 9.5 – Medições da temperatura de água termal na galeria do nível 3850 (Setembro 2001) Frente 3850S Condições térmicas do ambiente Valeta Galeria Ts (ºC) (m x m) Ts Th Hr (ºC) (ºC) (%) 33 32.5 96.6 34 3.6 x 4.4 Antes da frente 3850S 29 Local Junção Nv.3850 com rampa 32 523 Antes da frente 3850N 34 27 85.8 31.5 96.5 33.5 96.6 411 36 3.2 x 5.0 Observações Frente paralizada Vent.ligado e água termal misturada Abertura grande por junção 40 3.1 x 4.6 Vent. desligado Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 9.3.4. Caracterização dinâmica 9.3.4.1. Redes de distribuição do ar no ambiente subterrâneo Nas medições realizadas em Setembro de 2001 foram caracterizadas três redes de circulação de ar limpo bem definidas (fig. 9.13). Tabela 9.6 – Entradas e saídas de ar no ambiente subterrâneo Entradas de ar (Redes principais) Áreas de ventilação Saída de ar poluído Rampa de transporte (523) até Desmontes EV4, Chaminés o nível 3900, Desmontes EV3, EV1, EU1, EU2, EU3 e (entre os níveis 4310 a 4370) Alimak Desmontes EV4, Chaminés Zapata Fundo da rampa 523 e nível EV3, EV1, EU1, EU2, EU3 e (boca da mina 4533 e 4600) 3850 Alimak San Rafael Frentes de trabalho do nível Chaminé Alimak (Bocas da mina 4600 e 4666) 3950 Rampa 523 Estas redes, que são as denominadas Rampa 523, Zapata (4600 e 4533) e San Rafael (4600 e 4666), destinam-se a ventilar áreas definidas e com saídas de ar poluído, conforme indicado na Tabela 9.6. N 30° E LEGENDA Ch. Patrón EV1 79 Ventilador para ar limpo Sentido de fluxo do ar limpo Gal. Patrón EV2 Ventilador para ar poluído 5 36 Trecho e nós da rede de ar 49 Desmontes EV4 Zona de exploração actual Ar poluído nos desmontes antigos NIV 4770 75 76 ZONA COBRE 3 4 10 Rampa 523 NIV 4666 ( 23 50,000 cfm 14 13 100,000 cfm NIV 4175 50 ( 60A 57 25 60 1C 6B ( 15 7 NIV 4100 44 NIV 4050 5,000 cfm 59 ( ( 27 42 ∩ ( 50,000 cfm 11,000 cfm 30,000 cfm 50,000 cfm (Armazém ) 92 ( ∩ ( 1A ( 28 29 37 ( ( ( ( 20A 5,000 cfm 9 NIV 3850 31 33 30,000 cfm 40 41 34 ( ( 82 19 20 32 17 30,000 cfm Paralizado 83 18 8 8A 81A 81 5,000 cfm 11,000 cfm ¿ 53 55 Agua termal ascendente NIV 3800 30,000 cfm 30 30,000 cfm 54 87 100,000 cfm 84 5,000 cfm 11,000 cfm 30,000 cfm ( 86 11,000 cfm Ducto Estação Bombagem ( 39 6 6A 85 52 90 91 30,000 cfm Ducto NIV 4000 NIV 3950 38 95 93 NIV 4225 16 43 94 54B 54A 11,000 cfm 26 NIV 4533 96 Desmontes antigos ZONA ESTANHO 1B 44A 54C 51 Desmontes antigos ( 50,000 cfm 2.5x2.5 68 50A NIV 4310 NIV 4295 NIV 4200 NIV 4600 ¿ Desmontes antigos 61 ( NIV 4370 4750 ¿ 67 50B 24 12 11 NIV 4450 88 70 Ch. ALLIMAK 65 NIV 4493 97 Galeria EU2 73 4890 Ch. EU3 72 69 ZONA COBRE ESTANHO 46 4920 71 66 62 Zapata 4533 NIV 4730 Ch. EU1 98 74 48 Desmontes antigos 45 22 21 Zapata 4600 2 1 47 San Rafael 4666 36 San Rafael 4600 78 Ch. Volcán EV3 Projecto de chaminés de ventilação 5 80 77 Proj. Chaminé 995.30 m Sentido de fluxo do ar poluído 35 Figura 9.13 – Redes de ar no ambiente subterrâneo da mina San Rafael, caracterizados em Setembro de 2001 412 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 9.3.4.2. Caracterização de situação dinâmica e volumétrica O comportamento dinâmico (velocidade) e volumétrico (caudal) do ar no ambiente subterrâneo caracterizado na altura das medições (Setembro de 2001) ilustra-se na fig. 9.14 e na fig. 9.15, onde, em termos gerais, não existe maior risco ambiental devido à velocidade e caudal de ar em relação ao contemplado pela norma legal peruana. O balanço global do ar no ambiente subterrâneo, baseado nas medições realizadas em Setembro de 2001 e complementadas com medições do departamento de ventilação de minas da mina de San Rafael, resulta 154.60 m3/s de entrada de ar limpo e 142.82 m3/s saída de ar poluído (Tabela 9.7), esta diferença é possível devido ao facto de que os caudais de saída são os medidos no mês de Maio que é uma época de baixas temperaturas. 14 13 12 Velocidade do ar (m/s) 11 10 9 8 7 6 5 Limite superior (4 17 m/s) 4 3 2 1 Limite inferior (0 33 m/s) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 E n u m e r a ç ã o d o s lo c a is d e m e d iç ã o Figura 9.14 – Variação da velocidade do ar no ambiente subterrâneo e limites definidos pela Norma Peruana (Setembro de 2001) 120 Caudal de ar (m^3/s) 100 80 60 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Enumeração dos locais de medição Figura 9.15 – Variação do caudal do ar no ambiente subterrâneo (Setembro de 2001) 413 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 9.7 – Balanço do ar do ambiente subterrâneo na mina de San Rafael Entrada Local Galeria 4666 San Rafael Galeria 4600 San Rafael Galeria 4600 Zapata Galeria 4533 Zapata Rampa 523 116.06 Total 154.60 Saída Local Chaminé 4920 EU1 Galeria 4890 EU2 Chaminé 4850 EU3 Chaminé Alimak EU5 Chaminé Patrón EV1 Galeria Patrón EV2 Chaminé Volcán EV3 Desmontes antigos EV4 Total Caudal (m3/s ) 14.37 20.54 3.63 Caudal (m3/s) 12.17* 20.58* 25.88* 45.46* 3.97* 5.48 16.22* 12.52* 142.82 * Registos do Departamento de Engenharia (Ventilação) Mina San Rafael 30/05/2001 9.3.4.3. Referência de custos Os custos de operação, na altura da caracterização do sistema (Tabela 9.8), estão relacionados com a potência total de ventiladores de 2000 HP (1492 KW) e custo de 0.12 €/kWh (Tabela 9.4), resultando 0.00028236 € por um (1) m3 de ar na atmosfera subterrânea. Tabela 9.8 – Custo de operação e custo unitário do sistema de ventilação Custo de operação anual (€/ano) 1179773.00 Custo unitário ar mina (€/m3 ar) 0.00028236 9.4. Identificação do Risco Ambiental Térmico, Dinâmico E Volumétrico 9.4.1. Matriz base para a identificação do risco ambiental Aplicando a norma peruana, que define valores admissíveis de temperatura indicadas no item 3.2.3 (Tabela 3.7) e de velocidade e caudal de ar indicadas no item 3.4.4 (Tabela 3.50), da segunda parte do livro, a matriz base para a identificação do nível de impacte ambiental térmico, dinâmico e volumétrico encontra-se na Tabela 9.9. Tabela 9.9 – Matriz base dos níveis de impacte ambiental térmico, dinâmico e volumétrico TIPO DE IMPACTE Térmico (ºC) - Temperatura efectiva Te Dinâmico (m/s) V Volumétrico (m3/s) Q NÍVEIS DE IMPACTE AMBIENTAL Leve ∇ Moderado ⊗ 30<Te≤31 31<Te≤32 0.33>V≥0.25 0.25>V≥0.20 4.17 <V≤5.17 5.17 <V≤6.17 q*>Q≥0.9q* 0.9q*>Q ≥0.7q* Alto ♦ Te> 32 V <0.20 V > 6.17 Q< 0.7q* * q : volume de ar permitido pela norma legal O caudal mínimo, q (m3/s), indicado na Tabela 9.9, é calculado aplicando a equação (3.73) em função de valor limite admissível do caudal, o número de homens e o valor limite admissível para equipamentos com motor diesel. 414 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 9.4.2. Identificação do impacte ambiental Para identificar o impacte ambiental térmico e dinâmico é necessário considerar a identificação da localização do pessoal e equipamentos com motor diesel nas frentes de trabalho subterrâneo, considerando as condições críticas que se apresentam em alguns momentos da operação diária, como é indicado na Tabela 9.10, resultando o requerimento mínimo permissível apresentado na Tabela 9.11. Com estes critérios estabelecidos e baseados nas medições realizados em Setembro 2001 (Anexo 9.1) elabora-se a matriz de impacte ambiental térmico, dinâmico e volumétrico (Tabela 9.12). A matriz de impacte ambiental indica que, na atmosfera subterrânea da mina de San Rafael, existe impacte ambiental térmico leve e o impacte ambiental dinâmico e volumétrico são de moderado a alto. Nomeadamente, no fundo da rampa 523 existe um alto impacte ambiental dinâmico e volumétrico, indicando que os circuitos de Zapata e San Rafael não permitem a entrada do ar limpo em caudal necessário e suficiente. Nas condições de operação de Setembro de 2001, onde a zona de exploração está centrada acima do nível 4310, não existe impacte ambiental térmico nem volumétrico no trecho inicial da rampa (trecho 1-6 da fig. 9.13), mas a velocidade do ar é ligeiramente superior à admissível pela norma peruana. Tabela 9.10 – Condições desfavoráveis momentâneas e simultâneas na operação mineira diária (Medina E., 2000) Circuito do ar Condições críticas nas operações Homens (incluindo operadores dos equipamentos) Rampa 523 . 37 Homens em frentes . 10 Homens em outros trabalhos Zapata San Rafael Desmontes . 8 Homens em frentes (2 frentes num nível) . 2 Homens em outros trabalhos . 8 Homens em frentes (2 frentes) . 2 Homens em outros trabalhos . 4 Homens Equipamentos com motor diesel . 3 Camiões Volvo Intercooler NL-12 . 5 Carrinhas para supervisão . 1 LHDs de 6.5 Yd3 . 1 Jumbos Boomer H-282 . 1 LHD de 5.5 Yd3 . 1 Jumbo Boomer H-282 . 1 LHD de 5.5 Yd3 . 1 Simba H-1354 . 1 Camião Volvo Intercooler NL-12 . 1 LHD de 6.5 Yd3 Tabela 9.11 – Caudal mínimo de ar limpo admissível para os circuitos e desmontes (baseado na Tabela 9.10) Circuito/desmonte Rampa 523 Zapata - Frentes San Rafael -Frentes Desmontes Homens Quantidade de qVLA.N (m3/s) homens(N) 47 4.70 10 1.0 10 1.0 4 0.40 Equipamentos diesel qVLAm.Pm Pm (HP) (m3/s) 1925 96.25 325 16.25 325 16.25 740 37.00 q(m3/s) 100.95 17.25 17.25 37.40 Nota-se claramente que o caudal de ar que entra pela rampa 523 (116.06 m3/s no trecho 1-6) reduz-se drasticamente para os trechos seguintes (38.93 m3/s no trecho 6-7). 415 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Este facto indica que um caudal de 77.13 m3/s de ar limpo entra nos desmontes em actual exploração, que é superior ao mínimo requerido (37.40 m3/s), indicando isto que não existe risco ambiental nestas áreas de trabalho. Tabela 9.12 – Matriz de impacte ambiental da atmosfera subterrânea da mina de San Rafael SEC VEL. CAUDAL EST de a m2 m /s 5 2 3 -2 5 4 1 35 55 2 0 .8 R B (C x 3 9 5 0 ) 2 34 52 2 .5 4 R B (C x 3 8 5 0 ) 3 33 34 2 .5 4 T EM PER AT UR A m 3 /s T s (° C ) 0 .3 9 8 .1 1 27 22 2 3 .1 1 9 .2 5 2 3 .5 0 31 30 2 1 .0 5 0 0 .0 0 32 T h (° C ) T e (ºC ) 31 4 34 41 2 2 .5 0 .0 1 0 .2 3 30 29 2 9 .2 9 5 2 3 -2 3 9 5 40 41 2 1 .4 1 .7 9 3 8 .3 1 28 27 2 5 .5 1 5 2 3 -2 3 6 6 9 40 1 9 .9 1 .7 4 3 4 .6 3 27 26 2 4 .5 6 1 0 0 -2 7 N 7 27 28 1 7 .8 4 1 .5 8 2 8 .1 9 1 9 .5 1 6 .5 1 5 .8 2 1 0 0 -2 7 N 8 28 29 4 .7 2 2 .0 5 9 .6 8 1 8 .5 1 6 .5 1 5 .0 5 0 .9 8 C x-1 2 5 9 16 9 .2 4 9 .0 6 14 1 2 .5 1 1 .9 7 5 2 3 -N iv 1 5 0 + 2 0 m 10 6 7 2 7 .8 1 1 .4 3 8 .9 3 1 6 .5 15 1 4 .0 5 2 0 0 -S (C x S a n R a fa e l) 11 25 26 1 0 .0 2 .5 4 2 5 .4 0 11 1 0 .5 8 .1 1 2 0 0 -2 2 -N 12 59 86 2 2 .6 5 2 .3 7 5 3 .6 8 24 2 3 .5 2 1 .2 8 2 0 0 -2 2 -N 13 59A 86 2 3 .1 7 6 .5 1 0 .9 8 6 .3 8 2 4 .5 24 2 0 0 -3 14 86 87 5 .9 6 1 3 .6 5 8 1 .3 5 25 2 4 .5 11 4 5 0 -N 15 11 12 1 2 .5 1 .0 1 1 2 .6 3 1 1 .5 11 1 0 .1 4 4 5 0 -N 16 11 12 1 1 .5 1 1 .0 6 1 2 .2 0 6 .5 5 .5 4 .7 4 5 2 3 -0 2 17 1 6 2 4 .8 4 .6 8 1 1 6 .0 6 8 .5 8 3 .4 7 5 3 3 -1 2 0 -N 18 54C 51 7 .5 7 2 .1 3 1 6 .1 2 19 1 8 .5 1 6 .5 2 5 3 3 -1 2 5 N 19 96 51 7 .6 3 1 .8 1 1 3 .8 1 20 1 9 .5 1 7 .8 4 5 3 3 -1 1 7 N 20 54C 51 9 .8 8 1 .8 1 1 7 .8 8 1 9 .5 19 1 7 .3 4 5 3 3 -1 0 2 N 21 50 54C 9 .1 2 1 .1 7 1 0 .6 7 20 1 9 .5 1 8 .4 8 5 3 3 -9 8 N 22 50A 50 8 .4 2 1 .2 1 1 0 .1 9 20 1 9 .5 1 8 .4 4 5 3 3 -8 8 N 23 61 50A 4 .2 8 4 .2 2 1 8 .0 6 20 1 9 .5 1 5 .4 3 5 3 3 -7 1 N 24 62 61 5 .1 3 2 .2 4 1 1 .4 9 20 1 9 .5 1 7 .4 1 6 0 0 S an R afael 25 4 21 1 1 .9 4 1 .7 2 2 0 .5 4 9 7 5 .8 8 6 6 6 S an R afael 26 5 36 1 3 .0 6 1 .1 1 4 .3 7 9 7 6 .5 Z a p a ta 27 3 22 8 .2 6 0 .4 4 3 .6 3 6 .5 6 5 .7 1 1 4 .5 14 1 2 .7 8 A c h a n in é e s tá e m p ro c e s s o d e a la rg a m e n to G a l. P a tro n E V 2 C h , V o lc a n E V 3 C h . P a tro n E V 1 C h . A lim a k E U 5 28 4 m e d ir a 2 m (in d ire c .) n a s e c c a o irr e g u la r ( in d ire c .) 0 .0 0 1 .3 7 5 .4 8 0 0 .0 0 0 0 .0 0 0 ve l o a c e s s o (in d ire c .) 0 .0 0 0 n a s e c c a o irr e g u la r ( in d ir e c .) 0 .0 0 0 C h. 4850 E U 3 ve l o a c e s s o (in d ire c .) 0 .0 0 0 G a l. 4 8 9 0 E U 3 ve l o a c e s s o (in d ire c .) 0 .0 0 0 C h .4 9 2 0 E U 1 ve l o a c e s s o (in d ire c .) 0 .0 0 0 T a je o s E V 4 D in â m ic o 3 1 .3 5 2 3 -2 4 3 15 N ÍV E IS D E IM P A C T E A M B IE N T A L T é r m ic o Áreas de ar TRECHO FR ENT E M o d e ra d o L e ve V o lu m é tr ic o OBSERVAÇÕES Hom ens C h a m in é , n ã o in te re s a C h a m in é , n ã o in te re s a H o m e n s (f re n te ) H o m e n s (f re n te ) H o m e n s (f re n te ) H o m e n s (f re n te ) H o m e n s (f re n te ) N ã o h á p re s . H o m e n s H o m e n s (á z o n a s d e s e n v ) A r p o lu íd o , n a õ in te re s a A r p o lu íd o , n a õ in te re s a A r p o lu íd o , n a õ in te re s a A r p o lu íd o , n a õ in te re s a H o m e n s (f re n te ) H o m e n s (f re n te ) H o m e n s (ro la g e m ) A r p o lu íd o , n a õ in te re s a A r p o lu íd o , n a õ in te re s a A r p o lu íd o , n a õ in te re s a A r p o lu íd o , n a õ in te re s a A r p o lu íd o , n a õ in te re s a A r p o lu íd o , n a õ in te re s a A r p o lu íd o , n a õ in te re s a N ã o h á p re s . H o m e n s N ã o h á p re s . H o m e n s N ã o h á p re s . H o m e n s A r p o lu íd o , n a õ in te re s a A r p o lu íd o , n a õ in te re s a A r p o lu íd o , n a õ in te re s a A r p o lu íd o , n a õ in te re s a A r p o lu íd o , n a õ in te re s a A r p o lu íd o , n a õ in te re s a A r p o lu íd o , n a õ in te re s a A r p o lu íd o , n a õ in te re s a A r p o lu íd o , n a õ in te re s a A lto 9.5. Alternativas de Mitigação do Risco Ambiental Térmico, Dinâmico e Volumétrico 9. 5.1. Análise da fonte de poluição térmica a) Temperatura do maciço rochoso: para determinar a influência da transferência de calor do maciço rochosos ao ar da atmosfera subterrânea aplica-se a equação (3.6) derivando-se o grau geotérmico (gg), resultando a equação a seguir: gg = λPL(h1 − htcn ± Lsenα ) ∆t r (λPL + 2000 ρ a C e Q ) O coeficiente de transferência de calor λ é calculada com a equação (3.8), a relação de Dittus e Boelter Nud com a equação (3.9) e o número de Reynolds com a equação Red = V.d/µ, cujos detalhes se encontram no item 3.2.2.2 da segunda parte. Para determinar o grau geotérmico é necessário conhecer o acréscimo gerado pela temperatura da rocha virgem (∆tr), que é possível determinar mediante um balanço de acréscimos gerados pelas diferentes fontes de calor aplicando a equação (3.15). 416 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações b) Transferência de calor produzido por os equipamentos: aplicando a equação (3.10), com um factor combinado de conversão da energia mecânica e da utilização do equipamento com o valor de 0.032, para os equipamentos indicados na Tabela 9.3, o acréscimo da temperatura ∆ted no ar que flui pela rampa 523 é de 0.85 ºC. c) Transferência de calor pela detonação de explosivos ∆tex, é calculado usando a equação (3.11), para um gasto máximo diário de ANFO de 120 kg, resultando um acréscimo de temperatura de 0.52 ºC. d) Temperatura da água termal (∆tat): a caracterização da influência no acréscimo da temperatura do ar nas aberturas subterrâneas do nível 3850 provocadas por água termal, feita em Setembro de 2001, permitiu exprimir este valor correspondente a 12 ºC. A influência do metabolismo humano no acréscimo da temperatura do ar no fundo da mina é insignificante, pelo facto de trabalhar em pequena quantidade, portanto considera-se desprezável. A análise das temperaturas feita nos item b), c) e d) dão um total parcial (sem considerar ∆tr) de 13.34 ºC; mas o ∆ttotal é de 26 ºC (34 ºC – 8 ºC) e com a equação (3.15) o valor de ∆tr resulta 12.66 ºC. Com este último valor e com os parâmetros das propriedades do ar (Tabela 3.2) e as seguintes condições físicas das aberturas subterrâneas: K = 0.0248056 W/m.ºC, d = 4.5 m, f =0.0046 kg/m3, V = 0.39 m/s, µ = 14.07x10-6 m2/s, Pr = 0.710, P=18 m, L = 7000 m, h1 = 30 m, htcn = 30m, α = 7º, Q = 8.11m3/s, ρ a = 1.26614 kg/m3 e Ce = 1.0056 KJ/kg.ºC, aplicando a equação deduzida da equação (3.6), o grau geotérmico do maciço rochoso resulta: gg =65 m/ºC ou gg = 1.54 ºC/100m Com este resultado e com a temperatura exterior média anual de 6.61 ºC, a tendência do grau geotérmico da mina San Rafael, no nível 3850, é de 16.70 ºC (fig. 9.16 esquerda) e, comparando com a tendência da temperatura registada na rampa 523, observa-se 20uma semelhança. Temperatura da rocha virgem (ºC) Temperatura (ºC) 18 16 14 12 10 8 6 4 2 Grau geotérmico determinado Temperatura do ar medida na rampa 523 Linear (Temperatura do ar medida na rampa 523) 80 60 40 20 0 3800 3900 4000 4100 4200 4300 4400 4500 4600 Níveis da mina - profundidade (m) 0 Profundidade (Km) Figura 9.16 – Variação do grau geotérmico comparando com a variação da temperatura sem influência de água termal (esquerda) e comparando com outras minas do mundo (direita) 417 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações O grau geotérmico medido em outras minas do mundo, referidas por Hartman, 1982 (fig. 9.16 direita) apresenta valores semelhantes, pelo que o resultado obtido é fiável. Com o valor do grau geotérmico determinado e aplicando a equação (3.2) a condutividade térmica do maciço rochoso da mina San Rafael é de 3.25 W/mºC. 9.5.2. Cálculo da quantidade de ar necessário Com base no artigo 204 do Regulamento de Seguridad e Higiene Minera do Peru e condições operacionais da mina de San Rafael, o caudal mínimo resulta como o indicado na Tabela 9.13. Baseado na equação (3.16) e complementados pelas equações (3.1), (3.6), (3.10) e (3.11), (3.9), o acréscimo da temperatura pelo calor da água termal, os parâmetros físicos e do ar da atmosfera subterrânea (Tabela 3.2), a equação particular que relaciona a temperatura ambiental Tc (autocompressão (3.1), rocha virgem (3.6), equipamentos diesel (3.10), explosivo (3.11), água termal(medido), metabolismo humano (3.12)) com caudal de ar limpo expresso em m3/s (Qt) para a mina San Rafael, resulta: Tc = 25.31 + 1 27.80 + 0.053 + 0.00384Qt Qt Tabela 9.13 – Quantidade de ar mínimo estimado para o ambiente subterrâneo da mina de San Rafael Descrição da área a). Rampa 523 até o Nível 4310 . Homens: máximo 47 homens (47 x 0.10 = 4.7) . Equipamentos diesel (poeiras e gases): 1925 hp potência (1925 x 0.05= 96.25) b). No fundo da rampa 523 no Nível 3850 (por cada frente de trabalho) . Homens: máximo 10 homens (10 x 0.10 = 1.0) . Equipamentos diesel (poeiras e gases): 323 hp potência (323 x 0.05= 16.15) . Conforto térmico calculado na página seguinte: (=30.00)* c) Desmontes (máximo 3 desmontes simultaneamente em operação) . Homens: máximo 4 homens (4 x 0.10 = 0.40) . Equipamentos diesel (poeiras e gases): 740 potência (740 x 0.05 = 37) Total mina * O conforto térmico requere maior caudal que os homens mais equipamentos ** O caudal calculado em b) é fracção do caudal calculado em a) Q mín. (m3/s) 100.95 30.00** 111.12 212.02 Baseado nesta equação, modelou-se a tendência da temperatura do ambiente subterrâneo em função do caudal de ar limpo, utilizando o programa EXCEL 2000, pela sua simplicidade, dando como resultado o ilustrado na fig. 9.17, onde se vê que a temperatura de conforto (20 ºC a 29 ºC -J.K. Kreide 2000), para a Mina de San Rafael, será possível com caudal de ar limpo mínimo de 10 m3/s (29 ºC) e com caudal de 30 m3/s (26.5 ºC). Outra conclusão é de que nesta mina e para as zonas próximas a cota 3850 não é necessário pensar num possível sistema de refrigeração devido à presença da água termal. 418 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Temperatura no ambiente subetrrâneo do Nível 3850 (ºC) É interessante observar a tendência assintótica do resultado da simulação, pelo que um aumento de caudal de ar nas frentes da zona do nível 3850 com pouca influência na diminuição na temperatura do ambiente subterrâneo, sendo claro que caudais de 100 m3/s permitem obter temperatura próximo a 26 ºC. Exemplificando, o aumento do caudal de 30 m3/s para 100 m3/s dará arigem a uma diminuição de 26.5 ºC para cerca de 26 ºC. Finalmente, a quantidade mínima de ar calculada para esta mina, incluindo o caudal de ar para obter o conforto ambiental, no nível 3850, devido á temperatura ocasionada pelas fontes analisadas e em particular pela presença de água termal (Tabela 9.13), perfaz um total de 212.02 m3/s. 40 38 36 34 32 Caudal para 30 28 26 24 Caudal de ar 22 20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Caudal de ar limpo (m^3/s) Figura 9.17 – Conforto térmico no fundo da rampa 523 e galeria do Nível 3850 da mina de San Rafael 9.5.3. Modelização do sistema de ar no ambiente subterrâneo O programa utilizado é o VnetPC2000 de Mine Ventilation Services, Inc de E.U.A. Os parâmetros de entrada (imput parameters), para o modelo de ventilação simplificado, incluem 164 trechos (locais) e 134 nós, para as alternativas seleccionadas. Para cada trecho do ambiente subterrâneo foi necessário saber a secção, o perímetro, o comprimento real, o comprimento equivalente (Tabela 3.47) e o factor de fricção (Tabela 3.46). Visto que não foi possível obter as curvas características dos ventiladores existentes na mina, considerou-se como input do ventilador o caudal de ar (fixed quantity). Finalmente, o parâmetro económico utilizado foi custo de 0.12 €/kWh. Os critérios considerados foram: Simular o circuito de ar subterrâneo para as condições físicas, dinâmicas e térmicas caracterizadas no mês de Setembro do 2001, tendo-se obtido um resultado satisfatório. Baseado neste referencial que representa a condição existente, procedeu-se à realização de várias simulações para duas condições básicas: uma sem considerar a integração da nova chaminé (995.30 m e 3.82 m de diâmetro), e outra integrando-a no circuito de ar. Os resultados das alternativas que apresentam melhores condições estão nas Tabelas 9.14, 9.15, 9.16 e 9.17 e o resultado da simulação da melhor alternativa no Anexo 9.2. 419 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 9.14 – Alternativa 1: simulação nas condições existentes e com ventilador de 100000 cfm em vez do ventilador de 30000 cfm no nível 3850 (não considera a chaminé nova) Entrada Local Rampa 523 Boca da mina Zapata 4533 Boca da mina Zapata 4600 Boca da mina San Rafael 4600 Boca da mina San Rafael 4666 Caudal (m3/s ) 116.06 7.90 7.95 41.71 33.81 Total 207.43 Saída Local Chaminé Alimak EU5 Chaminé Volcán EV3 Desmontes antigos EV4 Chaminé Patrón EV1 Galeria Patrón EV2 Chaminé 4850 EU3 Galeria 4890 EU2 Chaminé 4920 EU1 Total Caudal (m3/s) 47.20 39.84 29.98 5.96 8.73 30.56 24.68 18.79 207.43 As alternativas 1 e 3 cumprem com o ar mínimo requerido (30 m3/s) para conforto ambiental no nível 3850 (47.20 e 47.20 m3/s para 30 m3/s) mas não conseguem obter o caudal mínimo total requerido para a mina (205.74 e 207. 43 m3/s para 212.02 m3/s). Tabela 9.15 – Alternativa 2: simulação nas condições existentes e com 1 ventilador de 105 m3/s (222457.63 cfm) na galeria 4100 no circuito de San Rafael antes das chaminés que ligam 4100 com 3850 e eliminando os 3 ventiladores de 30000 cfm instalados para a zona do 3850 (não considera a chaminé nova) Entrada Local Rampa 523 Boca da mina Zapata 4533 Boca da mina Zapata 4600 Boca da mina San Rafael 4600 Boca da mina San Rafael 4666 Caudal (m3/s ) 116.06 6.21 7.95 57.99 47.01 Total 235.22 Saída Local Chaminé Alimak EU5 Chaminé Volcán EV3 Desmontes antigos EV4 Chaminé Patrón EV1 Galeria Patrón EV2 Chaminé 4850 EU3 Galeria 4890 EU2 Chaminé 4920 EU1 Total Caudal (m3/s) 47.20 47.44 35.69 7.12 10.42 36.06 29.12 22.17 235.22 Para a alternativa 4 existem no mercado ventiladores de diversas marcas, como por exemplo Zitron ZVN 1-23-360/6. 420 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 9.16 – Alternativa 3: simulação nas condições existentes e com ventilador de 100000 cfm em vez do ventilador de 30000 cfm no nível 3850 (considera a chaminé nova) Entrada Local Rampa 523 Boca da mina Zapata 4533 Boca da mina Zapata 4600 Boca da mina San Rafael 4600 Boca da mina San Rafael 4666 Chaminé de desfogue (200-22)N Caudal (m /s ) 116.06 6.21 7.95 4.78 3.87 66.74 Total 205.74 3 Saída Local Caudal (m3/s) Chaminé Alimak EU5 47.20 Chaminé Volcán EV3 39.84 Desmontes antigos EV4 29.98 Chaminé Patrón EV1 5.96 Galeria Patrón EV2 8.73 Chaminé 4850 EU3 30.56 Galeria 4890 EU2 24.68 Chaminé 4920 EU1 18.79 Total 205.74 As alternativas 2 e 4 cumprem com ar mínimo requerido para o conforto ambiental no nível 3850 (30.51 e 30.71 m3/s para 30 m3/s) e também com o caudal total mínimo requerido para a mina (235.22 e 235.22 m3/s). Entre a alternativa 2 e 4 a melhor é a alternativa 4 devido a que seu custo de operação ser menor. Tabela 9.17 – Alternativa 4: simulação nas condições existentes e com 1 ventilador de 105 m3/s (222457.63 cfm) na galeria 4100 no circuito de San Rafael antes das chaminés que ligam 4100 com 3850 e eliminando os 3 ventiladores de 30000 cfm instalados para a zona do 3850 (considera a chaminé nova) Entrada Local Rampa 523 Boca da mina Zapata 4533 Boca da mina Zapata 4600 Boca da mina San Rafael 4600 Boca da mina San Rafael 4666 Chaminé de desfogue (200-22) N Total Caudal (m3/s) 116.06 6.21 7.95 6.64 5.38 92.98 Saída Local Chaminé Alimak EU5 Chaminé Volcán EV3 Desmontes antigos EV4 Chaminé Patrón EV1 Galeria Patrón EV2 Chaminé 4850 EU3 Caudal (m3/s) 47.20 47.44 35.69 7.14 10.42 36.06 235.22 Galeria 4890 EU2 Chaminé 4920 EU1 Total 29.12 22.17 235.22 Na parte da viabilidade económica, a alternativa 4 precisa um investimento próximo de 961139.99 €, calculado com base nas informações proporcionadas pelo departamento de planeamento da mina de San Rafael (Medina, E., 2001), distribuído da forma a seguir: • Construção da chaminé nova (995.30 m com diâmetro de 3.82 m): 1476169.20 €; • Custo de 1 ventilador de 105 m3/s (222457.63 cfm) (Zitron ZVN 1-23-360/6): 300000.00 €. 421 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Em relação aos custos de energia, a alternativa 4 implica a instalação dum ventilador (Zitron ZVN 1-23-360/6 ) com uma potência de 360 KW e desinstalação de três ventiladores de 30000 cfm (14.16 m3/s) que correspondem a 150 KW (Tabela 9.4). Com estas informações a potência instalada de ventiladores é de um total de 1702 KW, calculado com base ao total indicado na Tabela 9.4 e com 0.12 €/kWh obtém-se o custo comparativo entre o custo no momento da caracterização e a melhor alternativa (Tabela 9.18). Tabela 9.18 – Custo de operação unitária comparativa entre a Alternativa 4 e nas condições caracterizadas em Setembro de 2001 Condição Setembro 2001 Alternativa 4 Potência instalada (KW) 1492 1702 Caudal total (m3/s) 154.60 235.22 Custo de operação (m3 de ar/€) 2736.19 3828.48 O investimento da alternativa 4 é de 1776169.2 €, mas produz uma redução dos custos operacionais de 27.83% em relação à condição inicial, embora o investimento na construção da chaminé seja alto. 422 QUARTA PARTE APLICAÇÃO A NOVOS PROJECTOS E SISTEMAS DE GESTÃO AMBIENTAL SUBTERRÂNEA Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Capítulo 10 ANÁLISE DE CASOS ESTUDADOS 10.1. Introdução Neste capítulo analisa-se o resultado da aplicação, a duas minas portuguesas e uma mina peruana, da engenharia ambiental subterrânea (EAS) proposta na primeira parte e desenvolvida na segunda parte desse livro. O objectivo é realizar uma análise comparativa dos resultados obtidos em cada mina, no domínio dos componentes ambientais ar, água e rocha, visando obter conclusões que constituam contribuições para o desenvolvimento de novos projectos, relacionados com o ambiente subterrâneo. 10.2. Localização e Informações Gerais Das Três Minas A localização e as características gerais das minas de Neves Corvo, Panasqueira e San Rafael, em que foram realizados estudos de aplicação, estão apresentadas na Tabela 10.1. 10.3. Impacte Ambiental Térmico 10.3.1. Temperatura exterior A variação da temperatura ambiental exterior proveniente dos registos meteorológicos em cada mina (fig. 10.1) mostram que nas minas de Neves Corvo e da Panasqueira existe uma tendência aproximadamente similar e com uma forte variação ao longo do ano (15 ºC), não existindo uma marcada diferença nestas minas apesar de estarem localizadas em diferentes regiões de Portugal e existir uma diferença de altitude da ordem de 600 metros. Tabela 10.1 – Resumo de informações sobre as minas estudadas 425 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 10.1 (cont.) – Resumo de informações sobre as minas estudadas A variação da temperatura exterior média mensal da mina peruana de San Rafael não é grande ao longo do ano (4 ºC), constituindo uma característica típica dos Andes peruanos. Entretanto, existe uma forte variação nas minas portuguesas, sendo este facto devido a que as minas de Neves Corvo e Panasqueira estão localizadas na Latitude Norte e altitudes de 200 e 700 m, respectivamente, e a mina de San Rafael na Latitude Sul a uma altitude próxima de 5000 m, embora, durante os meses de Novembro, Dezembro, Janeiro e Fevereiro nas três minas se registem temperaturas médias meansais com escassa diferença (8 a 10 ºC) que correspondem as mínimas em minas portuguesas e máximas na 26 mina peruana. 24 Neves Corvo San Rafael Panasqueira 22 Figura 10.1 – Variação da temperatura média mensal nas minas de Neves Corvo, Panasqueira e San Rafael Temperatura (ºC) 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Meses do ano com inicio em Janeiro (1) e final em Dezembro (12) 426 11 12 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 30 26 28 24 26 22 24 Temperatura (ºC) 10.3.2. Temperatura no ambiente subterrâneo 10.3.2.1. Correlação da temperatura exterior e da atmosfera subterrânea A tendência das temperaturas registadas no ambiente subterrâneo da mina de Neves Corvo (fig. 10.2 esquerda) e da mina da Panasqueira (fig. 10.2 direita) mostram que existe influência da temperatura exterior na temperatura das frentes de trabalho subterrâneas. Quando no exterior a temperatura é alta no ambiente subterrâneo é também alta e vice-versa, portanto pode existir alguma relação entre as duas temperaturas. Para a análise da correlação entre a temperatura exterior e a temperatura no ambiente subterrâneo são consideradas as duas minas portuguesas, porque é nestas existe uma notória variação da temperatura no ambiente subterrâneo (fig. 10.3). A correlação permite uma conclusão de carácter geral no sentido de a temperatura exterior abixo de 6 ºC não influenciar a do ambiente subterrâneo. 20 Temperatura (ºC) 22 18 20 16 18 14 16 12 14 12 10 10 Temperatura exterior Temperatura no Nível 3 Temperatura no Nível 2 Temperatura no Nível 1 Poly. (Temperatura no Nível 3) 8 8 Temperatura exterior 6 Temperatura nos desmontes 6 4 4 2 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 Meses do ano 6 7 8 9 10 11 12 Meses do ano Figura 10.2 – Influência da temperatura exterior no ambiente subterrâneo da mina de Neves Corvo (esquerda) e na mina de Panasqueira (direita) 6 5 4.5 4 3.5 Variação da temperatura no ambiente subterrâneo (ºC) Variação de temperatura no subsolo (ºC) 6 5.5 Neves Corvo Panasqueira Linear (Neves Corvo) Linear (Panasqueira) y = 0.2765x - 1.5926 R2 = 0.8371 3 2.5 2 1.5 1 y = 0.1095x - 0.7925 R2 = 0.8787 0.5 0 5 4 y = 0.2005x - 1.1305 R2 = 0.6022 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Temperatura Exterior (ºC) Temperatura Exterior (ºC) Figura 10.3 – Correlação entre a temperatura exterior e variação da temperatura na atmosfera subterrânea A análise baseada nestas minas conduz uma expressão geral (equação 10.1) que correlaciona a variação da temperatura da atmosfera subterrânea VTS (ºC) em função da temperatura do ar exterior TE (ºC) para valores desta maiores ou iguais a 6 ºC. Portanto, esta expressão poderá ser útil para minas Portuguesas, Europeias e minas subterrâneas do mundo, localizadas em zonas com variações de temperatura similares às duas minas estudadas e a profundidades similares. VTS = 0.2005TE − 1.1305 , para TE≥6ºC 427 (10.1) Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações No caso da mina de San Rafael a temperatura exterior varia ao longo do ano entre 4 ºC e 9 ºC, pelo que a influência na temperatura da atmosfera subterrânea é praticamente irrelevante. Esta conclusão será aplicável a minas com similares condições. 10.3.2.2. Fontes de calor no ambiente subterrâneo Os estudos realizados para a determinação das fontes de calor foram, na mina de Neves Corvo, no desmonte (CO547GAM) a uma profundidade de 659.30 m, e na mina de San Rafael, na galeria (Nível 3850) a uma profundidade de 683 m, com presença de água termal. A quantificação percentual das fontes de calor na atmosfera subterrânea está na Tabela 10.2. Tabela 10.2 – Resultado comparativo das fontes de calor Fontes de calor Maciço rochoso Detonação do explosivo Equipamentos diesel Água termal Neves Corvo (desmonte) 20.77 ºC 85.1% 1.63 ºC 6.7% 2.0 ºC 8.2% - San Rafael (galeria) 12.66 ºC 90.4% 0.52 ºC 3.8% 0.82 ºC 5.8% 12.0 ºC - 48.6% 3.3% 2.0% 46.1% Os resultados mostram que o maior poluente térmico é a temperatura do maciço rochoso (85% a 90 %), seguido do equipamento diesel (6% a 8%) e finalmente da detonação do explosivo (4% a 7%). Portanto, neste caso o parâmetro mais importante é o grau geotérmico em minas com profundidades da ordem dos 600 m. No caso de Neves Corvo é de 1 ºC/30.3 m e no caso de San Rafael 1 ºC/65 m. 10.3.2.3. Análise comparativa das normas portuguesa e peruana A norma portuguesa tolera um máximo de 31 ºC, 26 ºC e 28 ºC para as temperaturas seca, húmida e efectiva, respectivamente, mas a norma peruana considera apenas a temperatura efectiva com o valor máximo de 30 ºC (fig. 10.4). 32 Temperatura (ºC) 31 Temperatura seca Temperatura húmida Temperatura efectiva 30 29 28 27 26 25 24 23 Portugal Peru Figura 10.4 – Valor máximo permissível de temperatura em Portugal e Peru 428 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A figura 10.4 ilustra uma diferença não só na tolerância máxima, mas também no critério para estabelecer o valor máximo. Estas diferenças obviamente conduzem a tomar referências diferentes para a identificação do impacte ambiental térmico (Tabela 10.3) em cada país. Tabela 10.3 – Matriz base para a avaliação do impacte ambiental térmico Temperaturas (ºC) Portugal Seca (ts) Húmida (th) Efectiva (te) Peru Efectiva (te) Níveis de impacte ambiental Leve ∇ Moderado ⊗ 31<ts≤33 33<ts≤35 26<th≤28 28<th≤30 28<te≤29 29<te≤30 30<te≤31 31<te≤32 Alto ♦ ts>35 th>30 te>30 te>32 10.3.2.4. Medidas correctivas do impacte ambiental térmico A procura das medidas correctivas para reduzir a temperatura do ambiente subterrâneo nos desmontes da mina de Neves Corvo e aberturas subterrâneas com presença de água termal (nível 3850) na mina de San Rafael, permitiram tirar interessantes conclusões relacionados com a obtenção da temperatura de conforto ambiental, cujo resumo está apresentado na Tabela 10.4. Não se considera a mina da Panasqueira, porque não apresenta problemas relacionados com a temperatura. Em termos gerais, para minas subterrâneas a considerável profundidade (~ 600 a 800 m) que usam explosivo e equipamentos diesel, o caudal do ar Q (m3/s) que permita obter a temperatura de conforto ambiental subterrâneo pode-se calcular pela a equação (10.2), onde Te é a temperatura de entrada no ambiente subterrâneo (ºC) e Ts é a temperatura de saída deste ambiente (ºC). Te = Ts + [20.461/(1 + 2.97Q ) ] + 29.025/Q, para Ts < 29 ºC (10.2) É interessante observar que, quando a temperatura de entrada no ambiente subterrâneo ultrapassa os 29 ºC, torna-se impossível conseguir a temperatura de conforto ambiental com a utilização de ar, porque precisa de quantidades exorbitantes de ar (curva assintótica) pelo que, a partir desta situação, é preciso um sistema de refrigeração. 10.4. Impacte Ambiental Dinâmico e Volumétrico no Ar 10.4.1. Ambiente subterrâneo e caudal de ar O ambiente subterrâneo considerado para o estudo abrange perto de 130 km nas três minas, com secções médias que variam de 9 m2 a 20 m2 e profundidades de 210 a 1200 metros (Tabela 10.5). O caudal de ar caracterizado nas aberturas subterrâneas, em relação ao caudal requerido para as condições operacionais de cada mina (Tabela 10.6) é menor em 30 a 35%, ocasionando problemas de impacte ambiental de nível alto em alguns locais. A fig. 10.5 (esquerda) ilustra a relação directa entre o caudal de ar e a produção de minério nas três minas estudadas, ou seja quanto maior produção maior caudal de ar. 429 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 10.4 – Resultados da medida correctiva para a mitigação do impacte ambiental térmico Resumo Resultado de medidas correctivas a) A temperatura na entrada do ar deve ser no máximo de 29 ºC para não ultrapassar o valor limite admissível da norma portuguesa. c) Quanto maior é a temperatura na entrada do ar maior caudal de ar é necessario para o conforto. d) Consoante á última conclusão, os caudais de conforto variam de 9 m3/s até um caudal requerido e/ou viável economicamente. 3 e) A partir de 36 m /s, o aumento do caudal tem uma insignificante redução da temperatura no ambiente subterrâneo. 32 31.5 Temperatura de saída de ar do desmonte (ºC) b) A temperatura na entrada não deve ser superior a 27 ºC para conseguir o conforto ambiental. Neves Corvo 31 VLA Portugal 30.5 30 29.5 29 VLA para conforto ambiental 28.5 28 Caudal de ar de conforto 27.5 Temp. Entrada 25ºC 27 Temp. Entrada 26ºC 26.5 Temp. Entrada 27ºC Temp. Entrada 28ºC 26 Temp. Entrada 29ºC Temp. Entrada 30ºC 25.5 25 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 3 Caudal do ar (m^/s) San Rafael b) A temperatura na entrada para o conforto deve ser menor de 27 ºC. c) O caudal mínimo de ar de conforto é de 10 m3/s. d) A partir de 35 m3/s o aumento do caudal tem uma insignificante redução da temperatura no ambiente subterrâneo. Temperatura de saída do ambiente no nível 3850 (ºC) 32 a) A temperatura na entrada deve ser no máximo 29 ºC para não ultrapassar o valor limite admissível da norma peruana. 31 30 VLA Peru 29 VLA para conforto ambiental 28 27 26 Caudal de conforto 25 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 Caudal do ar (m^3/s) Na realidade, poderá acontecer que para um caudal zero (0) seja impossível obter uma produção de minério, pelo que também a produção seria zero (0). Portanto, a tendência passa pelo ponto de origem tomando uma evolução tal como é ilustrado na fig. 10.5 (direita) cuja equação é a (10.3) com um coeficiente de correlação de R2 de 0.99, onde Q é caudal de ar (m3/s) e P é a produção diária de minério (t/dia). Q = 0.00005P2 + 0.054P - 4.9856, para Q > 4.9856 m3/s (10.3) Esta equação é obtida considerando a quantidade de homens e equipamentos diesel usados nas duas operações e para as normas portuguesa e peruana. 430 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 900 Caudal de ar (m^3/s) Caudal de ar (m^3/s) 900 800 800 y = 0.1567x - 179.52 R2 = 0.9968 Caudal medido (m^3/s) Caudal requerido (m^3/s) Poly. (Caudal requerido (m^3/s)) Poly. (Caudal medido (m^3/s)) 700 600 700 Caudal requerido (m^3/s) Poly. (Caudal requerido (m^3/s)) 600 500 500 2 y = 1E-05x + 0.054x - 4.9856 2 R = 0.9943 400 400 300 300 200 200 100 100 0 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 Produção de minério (t/dia) 6000 700 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Produção de minério (t/dia) Figura 10.5 – Variação do caudal de ar em relação à produção diária Tabela 10.5 – Dimensão e profundidade máxima do ambiente subterrâneo das minas estudadas Mina Neves Corvo San Rafael Panasqueira Variação da secção (m2) 9.16 – 30.48 5.95 – 22.50 2.30 – 20.30 Secção média (m2) 20 16 9 Comprimento total (km) 80 30 20 Profundidade (m) 750 - 770 680 - 1200 210 - 400 Da Tabela 10.6 pode-se exprimir que o volume de ar requerido para produzir uma tonelada de minério na mina de Neves Corvo é 11122 m3/t, na mina de San Rafael 8129 m3/t e na Panasqueira de 4908 m3/t. Estes resultados mostram que, quanto maior é a produção maior o é volume de ar necessário. Tabela 10.6 – Caudal caracterizado, requerido e produção de minério Neves Corvo Caudal de ar Produção Medido Requerido (t/dia) 3 3 (m /s) (m /s) 647.00 836.72 6500 San Rafael Caudal de ar Produção Medido Requerido (t/dia) 3 3 (m /s) (m /s) 154.60 235.22 2500 Panasqueira Caudal de ar Produção Medido Requerido (t/dia) 3 3 (m /s) (m /s) 73.83 113.60 2000 10.4.2. Poeiras e gases Para efeito de análise comparativa (fig. 10.6) consideram-se os estudos realizados na mina da Panasqueira e na mina de Neves Corvo em 1992 e 1996 (Instituto Geológico e Mineiro – IGM), Tabela 10.7, e medições de gases, efectuados nesta última mina pelo seu Departamento de Ventilação, entre os meses de Junho e Julho de 2000, havendo-se identificado uma concentração de NO que varia de 0 a 6 ppm, NO2 de 0 a 0.4 ppm e O2 de 20.3 a 20.9 %. Tabela 10.7 – Concentração de poeiras e sílica livre nos desmontes da mina de Neves Corvo (IGM, 1992 e 1996) Poluente Concentração de poeiras (mg/m3) – Sílica livre (%) Poeira Sílica livre 2.3, 4.9, 3.2, 3.1, 1.2, 0.5, 1.7, 1.0, 2.7, 1.0, 2.2, 1.8, 1.8, 3.1, 1.2, 3.3, 2.8 12.4, 13.4, 12.1, 12.6, 11.9, 0.0, 3.2, 0.0, 3.5, 0.0, 0.0, 13.0, 12.0, 10.0, 0.0, 10.0, 13.0 431 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações O teor de sílica livre no ambiente subterrâneo da mina da Panasqueira é o caracterizado pelo IGM no ano de 1988 (Tabela 10.8). Tabela 10.8 – Concentração de poeiras e sílica livre nas frentes de trabalho e desmontes da mina da Panasqueira (IGM, 1988) Concentração de poeiras (mg/m3) – Sílica livre (%) 4.41, 1.05, 1.93, 2.58, 1.01, 0.48, 0.98, 0.96, 1.87 22.0, 0.0, 0.0, 68.0, 100.0, 0.0, 25.0, 0.0, 25.0 Poluente Poeira Sílica livre Na mina da Panasqueira nota-se uma altíssima concentração de sílica livre em algumas zonas e nomeadamente nas zonas da operação de remoção com equipamentos LHD e na câmara de britagem. Comparativamente, há maior presença de sílica na mina da Panasqueira porque a exploração está orientada a filões de quartzo com disseminações de WO3 encaixados nos xistos, mas na mina de Neves Corvo são corpos mineralizados de cobre (principalmente) em rocha xistosa. Os resultados finais estão apresentados na Tabela 10.9, com os valores mais baixos e mais altos e um valor denominado mais frequente que indica concentrações identificadas com maior frequência. 5.5 100 Panasqueira - Poeira Neves Corvo - Poeiras 90 4.5 Concentração de Sílica Livre (%) Concetração de poeira (mg/m^3) 5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 80 Neves Corvo Panasqueira 70 60 50 40 30 20 10 0.5 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Enumeração de amostras Enumeração de amostras Figura 10.6 – Concentração de poeiras (esquerda) e sílica livre (direita) nas minas de Neves Corvo e Panasqueira Tabela 10.9 – Resultado da concentração de poeiras, sílica livre e gases Nível de concentração Poeira (mg/m3) Sílica Livre (%) Baixa Mais frequente Alta 0.0 2.0 5.0 0.0 12 - 20 13.4 - 100 CO (ppm) 0.0 10 500 CO2 (ppm) 0.0 1000 3000 Gases identificados NO NO2 (ppm) (ppm) 0.0 0.0 2.0 4.0 6.0 12 O2 (%) 19.2 19.4 - 20.5 20.9 10.4.3. Análise comparativa das normas portuguesa e peruana Entre a norma portuguesa (Decreto Lei n.º 162/90) e a peruana (Reglamento de Seguridad e Higiene) existe marcada diferença (fig. 10.7 e fig. 10.8). A velocidade mínima admissível em Portugal é de 0.20 m/s e no Peru é de 0.33 m/s, sendo máxima de 432 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 8 m/s em Portugal e de 4.17 m/s em Peru. O caudal mínimo de ar por cada HP de potência de motor diesel em Portugal é de 0.035 m3/s no Peru de 0.05 m3/s. O caudal mínimo para cada homem no Peru varia em relação à altura acima do nível do mar. Em relação aos gases a Norma Portuguesa não especifica os limites máximos permissíveis e a Norma Peruana considera 19.5% para O2, 0.5% (5000 ppm) para CO2, 0.005% (50 ppm) para o CO, 0.0005% (5 ppm) para o NOx, 0.002% (2 ppm) para o SO2, 0.5% (5000 ppm) para CH4 e 0.5% (5000 ppm) para H2. Em relação a gases e poeiras para o ambiente subterrâneo, a regulamentação portuguesa define os valores limites permissíveis para poeiras mas não para gases, e a peruana define para ambos poluentes, portanto também neste domínio existem algumas divergências. 9 0.35 8 Velocidade de ar (m/s) Velocidade de ar (m/s) 0.3 Velocidade mínima 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 7 Velocidade máxima 6 5 4 3 2 1 0 Portugal 0 Peru Portugal Peru Figura 10.7 – Valores da velocidade de ar mínima (esquerda) e máxima (direita) permissíveis pela norma portuguesa e peruana 0.06 0.05 0.1 0.08 Caudal de ar (m^3/s) Caudal de ar (m^3/s) 0.12 Caudal mínimo por homem 0.06 0.04 0.02 Cauda de ar por hp diesel 0.04 0.03 0.02 0.01 0 0 <1500m Peru e Portugal 1500-3000m 3000-4000m >4000m Portugal Peru Peru Figura 10.8 – Valores do caudal de ar mínimo admissível por cada homem (esquerda) e por cada hp de potência de motor diesel (direita) pela norma portuguesa e peruana 10.4.4. Caudais de ar para condições críticas de operação O caudal mínimo admissível nas minas de Neves Corvo e Panasqueira (Portugal) são menores do que na mina de San Rafael (Peru), pelo facto que a norma peruana considerar o caudal mínimo admissível em função da altitude, e estando esta acima de 4000 m, o caudal é praticamente o dobro do requerido nas minas portuguesas. De igual forma o caudal mínimo admissível para a mina peruana é maior, porque a norma peruana 433 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações considera um caudal maior que a portuguesa por cada hp de motor diesel (Tabela 10.10 e fig. 10.9). Tabela 10.10 – Caudal mínimo admissível nas minas de Neves Corvo e Panasqueira de Portugal na mina de San Rafael do Peru Mina Panasqueira Neves Corvo San Rafael Pot. Caudal mínimo q (m3/s Homens diesel Total (hp) Homens Máq. Local Desmontes totais L2 e L3 do Poço Extracção e rampas Rampa L2/L3 e L3.P(-5) Câm.Queb. e Cabeça de correia. Desmontes Oficinas de manutenção Nível de rolagem Galerias e rampas Rampa 523 Zapata - Frentes San Rafael- Frentes Desmontes 30 10 15 03 03 12 04 15 47 10 10 4 364 44 182 0 224 224 706 136 1925 325 325 740 1.50 0.50 0.75 0.15 0.15 0.60 0.20 0.75 4.70 1.00 1.00 0.40 12.74 1.54 6.37 0 10.52 11.60 18.40 4.76 96.25 16.25 16.25 37.00 14.24 2.04 7.12 0.15 10.67 11.12 18.60 5.51 100.95 17.25 17.25 37.40 Em condições extremas, o caudal mínimo requerido para cada trabalhador representa apenas uns 4.5% do requerido pela utilização de equipamentos diesel. Portanto, a importância do caudal mínimo de ar para os homens é fundamentalmente quando não há presença de equipamentos com motor diesel. A grande diferença da potência de motor diesel utilizada na mina de San Rafael é porque o sistema de transporte principal é realizado mediante camiões com motor diesel até o exterior, ou seja, o sistema utilizado é quase em 100% trackless mining, mas nas minas de Neves Corvo e Panasqueira é por sistema de extracção em poços verticais e inclinados. 100 5 y = 0.05x 90 Caudal mínimo admissível de ar (m^3/s) Caudal mínimo de ar admissível (m^3/s) y = 0.1x 4.5 Neves Corvo e Panasqueira 4 80 San Rafael Neves Corvo e Panasqueira San Rafael 70 3.5 60 3 50 2.5 40 2 y = 0.05x 30 1.5 20 1 0.5 10 0 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 y = 0.035x 0 150 300 450 600 750 900 1050 1200 1350 1500 1650 1800 1950 Potência motor diesel (HP) Quantidade de homens Figura 10.9 – Caudal mínimo admissível para homens (esquerda) e potência de motor diesel (direita) em minas portuguesas e peruanas 434 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 10.4.5. Medidas correctivas do impacte dinâmico e volumétrico A fig. 10.10 mostra que as minas de Neves Corvo e San Rafael apresentam impacte ambiental para velocidades até 1 m/s e caudal até 16 m3/s, mas na mina da Panasqueira este problema ambiental acontece para velocidades até 0.5 m/s e caudais até 7 m3/s. As medidas correctivas aplicadas estão compreendidas desde aproximadamente 0.20 m/s para Panasqueira e Neves Corvo, e desde 1.0 m/s para a mina de San Rafael, reflectindo estes resultados a diferença de normas e condições em cada país. O declive das tendências confirmam a influência da secção das aberturas subterrâneas, ou seja, a menor secção corresponde a maior pendente e vice-versa. Os resultados comparativos permitem exprimir que a velocidade mínima de ar para obter uma boa qualidade está entre 0.5 a 0.8 m/s (velocidade crítica). 7 1.25 6.5 6 Velocidade de ar (m/s) Velocidade de ar (m/s) Neves Corvo Panasqueira San Rafael 1 0.75 0.5 5.5 Neves Corvo Panasqueira San Rafael 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 0.25 1.5 1 0.5 0 0 2 4 6 8 10 12 Caudal de ar (m3/s) 14 16 18 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Caudal de ar (m3/s) Figura 10.10 – Velocidade e caudal de impacte ambiental negativo identificados (esquerda) e da medida correctiva aplicada (direita) 10.4.6. Análise comparativa de custos Os custos relacionados com o estudo de impacte ambiental na atmosfera subterrânea são analisados nas três minas, considerando os custos na caracterização inicial (situação de referência) e os custos da medida correctiva adoptada. A Tabela 10.11 compara os resultados. A análise dos resultados apresentada na tabela, indica que os custos por m3 de ar na atmosfera subterrânea na mina de San Rafael são 3.5 vezes e 14 vezes maiores que em Neves Corvo e Panasqueira, respectivamente, e os custos em Neves Corvo são 4 vezes maiores que na Panasqueira. 435 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 10.11 – Custos de ar subterrâneo nas minas de Neves Corvo, Panasqueira e San Rafael Neves Corvo Situação de Medida Ref. Correct. Parâmetro Potência (kW) Caudal (m3/s) Custo (€/m3) Panasqueira Situação Medida de Ref. Correct. San Rafael Situação Medida de Ref. Correct. 2046 2563 120 120 1492 1702 647 0.0000791 837 0.0000766 74 0.0000292 114 0.0000190 155 0.0003655 235 0.0002612 Estas diferenças de custos estão relacionadas basicamente com o sistema de ventilação (natural, forçado ou misto), com a secção e comprimento total das aberturas subterrâneas, com a potência dos motores diesel utilizados e altitude em relação ao nível do mar (Tabela 10.12). Tabela 10.12 – Condições de operação nas minas de Neves Corvo, Panasqueira e San Rafael Minas Neves Corvo Panasqueira San Rafael Tipo de ventilação Forçado Misto Misto Secção média 20 16 09 Comprimento total (km) 80 30 20 Pot. motor diesel (hp) 1290 590 3315 Altitude (m) 200 750 4530 10.5. Impacte Ambiental Acústico O estudo de impacte ambiental acústico foi realizado com detalhe na mina da Panasqueira e para efeito de comparação consideram-se os estudos realizados na mina de Neves Corvo pelo IGM em 1992 (Tabela 10.13). Tabela 10.13 – Nível sonoro contínuo equivalente máximo de ruído registado no ambiente subterrâneo da mina de Neves Corvo (IGM, 1992) No. Posto de trabalho Equipamento Exposição efectiva (h) Leq dB (A) N.º de trabalh. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Desmonte Graça 09 Desmonte 816F22 J.F.11 Rampa acesso Graça Galeria muro Sul 7407B Rolagem 700 Desmonte CO752G401 Desmonte CO7362B Galeria 900GAM Galeria 900GAM Cabina Câmara Quebragem LHD Jumbo Ventilador Ventilador LHD Jumbo LHD LHD Jumbo - 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 96 105 97 90 91 93 91 95 103 73 1 1 Vários Vários 2 2 1 1 2 1 436 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Os resultados não incluem a especificação do tipo ou tamanho dos equipamentos que produzem poluição acústica, nem a distância até à qual existe a influência do impacte acústico negativo. 10.5.1. Análise da tendência do ruído no ambiente subterrâneo O nível sonoro contínuo equivalente Leq máximo caracterizado na mina da Panasqueira (Tabela 4.14) varia desde 92 dB (A) até 120 dB (A) e correspondem à fonte dos ruídos. Comparativamente com os registos das medições em Neves Corvo o nível sonoro contínuo equivalente no ambiente subterrâneo da Panasqueira é maior. Por exemplo, no caso do LHD diesel na Panasqueira é maior em 6 dB (A), nos jumbos de perfuração é maior em 15 dB (A) e nos ventiladores é maior em 14 dB (A). Esta diferença poderá ser provocada pela menor secção da escavação subterrânea e a distância onde foi medida. O impacte ambiental sonoro não é só na fonte, mas atenua-se à medida que se afasta dela, pelo que a seguir se analisa este aspecto. Tabela 10.14 – Nível sonoro continuo equivalente máximo de ruído registado no ambiente subterrâneo da mina da Panasqueira No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Posto de trabalho Desmontes Desmontes Desmontes GalP-5, ramp L2/L3 Gal., ramp, Desmon Poço extracção Galeria D23:L2 Galeria D23.L2 Desmontes Câmara quebragem Cabeça de correia Virador de mineral Equipamento LHD Wagner Diesel ST-3.5 LHD eléctrico EST-2D Jumbo Tamrock H107 Dumper Wagner MT 412 Tractor AGRIA Sistema Jaula - Vagões 2 Ventiladores de 80 hp 1 Ventilador de 80 hp 1 Ventilador de 7.5 kW Britagem primário Tela transp.torvas Descarga vagões Exposição efectiva (h/dia) 6.3 5.2 5.6 6.5 Eventual 6.5 Eventual Eventual Eventual 2.05 2.05 Eventual Leq dB (A) N.º de homens 102 93 120 104 97 89 111 102 92 103 97 93 2 2 2 1 13 8 variável Variável Variável 1 1 1 A caracterização acústica das operações de extracção pelo poço entre o nível 3 e 2 foi feita com registos do ruído na galeria D15, com presença de homens. A secção da galeria D15 no nível 3 é de 9.60 m2 e no nível 2 de 9.70 m2 com uma média de 9.65 m2 escavadas com explosivo em xisto. As operações de extracção incluem duas partes bem distintas, a entrada de vagões na jaula (vazias no nível 2 e carregadas no nível 3) e saída de estes vagões da jaula (vazias no nível 3 e carregadas no nível 2) accionadas de forma automática, sendo este processo que produz o ruído. Nas medições registaram-se com o valor máximo de 89 dB (A) na estação próximo do poço, a partir do qual existe uma atenuação em função da distância (fig. 437 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 90 Saída de vagões da jaula Entrada de vagões à jaula Linear (Saída de vagões da jaula) Linear (Entrada de vagões à jaula) 85 y = -0.2116x + 88.914 2 R = 0.7898 y = -0.2818x + 88.559 R2 = 0.9829 80 Nível sonoro continuo equivalente Leq dB(A) Nível sonoro continuo equivalente Leq dB(A) 10.11), que para este se aplicam as equações indicadas na Tabela 10.15, onde LeqD é o Leq à distância D (m) e Leqmáx é o Leq caracterizado na fonte. LeqD = Leqmáx - 0.2369D (10.4) 90 89 88 y = -0.2369x + 88.778 R2 = 0.8223 87 86 85 84 83 82 81 80 79 75 0 5 10 15 20 25 30 35 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 Distância ao poço de extracção (m) Distância ao poço de extracção (m) Figura 10.11 – Atenuação do ruído na galeria D15 em ambos lados do poço (esquerda) e geral (direita) no poço de extracção da mina da Panasqueira Em termos gerais e para ambos os trechos da galeria de 9.65 m2 escavada em xisto, resulta a equação (10.4) representando a atenuação pela distância. Como já foi dito, o método de exploração na mina da Panasqueira é de câmaras e pilares com câmaras de 5.0 m de largura e 2.2 m de altura (11.10 m2) e pilares de 3.0 m a 11.0 m. No sentido da orientação destas câmaras a atenuação do ruído devido à distância é ligeiramente diferente que no sentido lateral (fig. 10.12). Tabela 10.15 – Equações de atenuação do ruído pela operação no poço de extracção e na galeria de 9.65 m2 de secção (Mina da Panasqueira) Trecho da galeria Entrada de vagões à jaula Saída de vagões da jaula Ambiente próximo ao Poço de Extracção (fig. 4.7 esquerda) y = -0.2818x + 88.559 R2 = 0.9829 y = -0.2116x + 88.914 R2 = 0.7898 438 Geral para galeria de 9.65 m2 de secção escavado em xisto LeqD = -0.2818D + Leqmáx LeqD = -0.2116D + Leqmáx Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Escala: 1:1000 2(119.9) Rocha : Xisto 1(105.4) Filão: Quartzo com WO3 • • 110 • Jumbo 95 • • LEGENDA 3(104.3) 80 90 • 4(95.8) Sentido de atenuação em câmara lateral 6(79.0) • 7(90.3) Sentido de atenuação em câmara recta 115 110 2 ventiladores de 80 HP 1 ventilador de 80 HP 1 ventilador de 7.5 kW Linear (1 ventilador de 7.5 kW) Linear (1 ventilador de 80 HP) Linear (2 ventiladores de 80 HP) y = -0.2869x + 109.26 2 R = 0.9497 105 115 Nível sonoro continuo equivalente Leq dB(A) Nível sonoro continuo equivalente Leq dB(A) Figura 10.12 – Sentido da propagação das ondas sonoras nos desmontes de câmaras e pilares A atenuação do ruído em função da distância à fonte fixa, como é o caso dos ventiladores (fig. 10.13) é expressa pela equação (10.5) quer no sentido das câmaras quer no sentido lateral. LeqD = Leqmáx - 0.49454D (10.5) A atenuação para o caso do jumbo Tamrock H107 e LHD Diesel Wagner ST-3.5 de Atlas Coco (fig. 10.14) está expresso na equação (10.6) quer no sentido paralelo quer lateral das câmaras. LeqD = Leqmáx - 0.8056D (10.6) 110 105 100 2 ventiladores de 80 HP 1 ventilador de 7.5 kW Linear (2 ventiladores de 80 HP) Linear (01 ventilador de 7.5 kW) y = -0.4606x + 109.31 R2 = 0.8751 100 95 90 85 y = -0.5323x + 103.11 R2 = 0.997 80 y = -0.4046x + 93.655 R2 = 0.9547 75 70 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Distância aos ventilador (m) 95 90 85 y = -0.7017x + 92.681 R2 = 0.9387 80 75 70 0 5 10 15 20 25 30 35 40 4 5 50 55 60 Distância aos ventiladores (m) Figura 10.13 – Atenuação do ruído produzidos pelos ventiladores nos desmontes de câmaras e pilares 439 65 125 120 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 125 Nível sonoro continuo equivalente Leq dB(A) Nível sonoro continuo equivalente Leq dB(A) Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 120 115 110 105 y = -0.8035x + 109.17 R2 = 0.8832 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 y = -0.8077x + 110.27 100 50 R2 = 0.8999 95 90 85 80 75 70 65 60 55 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Distância à fonte de ruído (m) Distância à fonte de ruído (m) Figura 10.14 – Atenuação do ruído produzido pelo Jumbo Tamrock H107 e LHD Disel ST-3.5 nos desmontes de câmaras e pilares Nível sonoro contínuo equivalente e Leq dB(A) 10.5.2. Medidas correctivas do impacte ambiental No domínio de norma relacionada com o ruído também existem certas diferenças no tratamento do problema ambiental. Em relação às medidas correctivas do impacte ambiental sonoro as mais recomendáveis são as medidas de protecção colectiva, medidas de organização do trabalho e medidas de protecção individual. As medidas de protecção colectiva são formas de intervenção ao nível estrutural tais como: actuação sobre a fonte produtora de ruído e actuação sobre as vias de propagação, como é o caso do isolamento anti-vibratório, tratamento acústico das superfícies e cabinas. A medida de organização é relacionada com a diminuição do tempo de exposição do homem, que é possível conseguir, por exemplo, com a rotação do pessoal. 140 120 100 80 60 y = -0 ,4 3 4 5x + 9 8,5 1 7 40 20 0 0 10 20 30 40 50 60 D istância à fonte d o ruído (m ) Figura 10.15 – Tendência da atenuação do ruído pela distância no ambiente subterrâneo da mina da Panasqueira Em termos gerais a atenuação do ruído está ilustrada na fig. 10.15 que corresponde à equação (10.7). LeqD = Leqmáx - 0.4345D (10.7) 440 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 10.6. Água Subterrânea e Impacte Ambiental 10.6.1. Análise das características quantitativas e qualitativas Estudos sobre o problema ambiental no domínio ambiental água no ambiente subterrâneo também foi realizado na mina da Panasqueira, portanto a análise é baseada fundamentalmente nestes resultados, mas considera-se importante referir o resultado de estudos realizados na mina de Neves Corvo ( Fernandez Rubio , et al., 1990). Em Neves Corvo foram identificados três tipos de água subterrânea: água salgada fóssil confinada no complexo mineralizado, água em descontinuidades sub-verticais no complexo intermédio e água de infiltração produto da chuva e ribeira de Oeiras. Intensos estudos realizados na etapa de sondagens e construção da rampa de Castro, poço de extracção e chaminés, permitiram determinar as características físico-químicas (Tabela 10.16) das águas. Tabela 10.16 – Características físico-químicas de águas subterrâneas da mina de Neves Corvo (Fernandez Rubio, et al., 1990) Parâmetro Caudal (l/s) Quantidade >72.00 Iões Variação de temperatura 1 ºC/30.3 m Aumento da condutividade Aumento da concentração cada 100 m prof. (µΩ/cm/m prof.) 4.00 Cl : 150 mg/l, Na: 141 mg/l K : 130 mg/l, Li : 0.1 mg/l Cl-, SO4-2, HCO3-, CO3-2, NO3-1, Mg2+, Ca2+, Na+, K+, NH4+, Li+, B, P2O5 , SiO2 A litologia e mineralogia das áreas de exploração de Neves Corvo e Panasqueira (Tabela 10.17) têm alguma semelhança e marcada diferença no tipo da jazida. O caudal de água subterrânea medido na mina da Panasqueira foi de 810.22 l/s (Janeiro de 2001), que corresponde à epoca de maior precipitação pluvial. A grande diferença de caudal de água subterrânea entre ambas minas permitem indicar que obedecem às condições hidrogeológicas e operacionais de cada mina (Tabela 10.18). Tabela 10.17 – Características litológicas e mineralógicas das minas de Neves Corvo e Panasqueira Mina Litologia Jazida mineral Mineralogia Vulcano-sedimentár negros Neves Corvo Xistos argilosos e carbonosos, quartzitos e siltitos Corpos mineralizados com sulfureto massivo de cobre, chumbo, zinco e estanho principalmente Pirite, Calcopirite, Esfalerite, Tetraedrite, Galena, Cassiterite. Como Acessório: Arsenopirite, Bornite, Cobaltite, etc. Xistos com diferentes graus de metamorfismo por intrusão granítica Filões quartzosos, sub-horizontais, com impregnações de Volframite Volframite, Pirite, Cassiterite, Calcopirite, Blenda, Topázio, Apatite, Fluorite, Mica e Marcassite. Panasqueira 441 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Como os estudos realizados na mina da Panasqueira foram com amostragem na etapa da operação, é notório que a água é ácida e com altas concentrações de metais (fig. 8.54), e ao ser descarregado na ribeira de Bodelhão provoca uma marcada alteração das suas condições naturais (fig. 8.55). Tabela 10.18 – Condições que explicam a diferença de caudais de água subterrânea nas minas de Neves Corvo e Panasqueira Mina Condições hidrogeológicas Neves Corvo Processo vulcano marinho, descontinuidades, falhas Impermeabilização do leito da e localização da ribeira de Oeiras na parte superior ribeira de Oeiras e bombagem das aberturas subterrâneas Medidas de controlo Panasqueira Fundamentalmente presença de falhas que Drenagem por delimitam blocos que ao produzir vazios com as bombagem explorações provocaram subsidência e a directa infiltração de água superficial gravidade e Comparando os resultados da caracterização química da mina da Panasqueira (Tabela 10.19) e as informações obtidas da mina de Neves Corvo é possível indicar que as marcadas presenças de metais nas águas subterrâneas da mina da Panasqueira são devida às águas ácidas, produto da exposição de grandes superfícies rochosas criadas pela exploração e consequente intensa iteracção ar/água/rocha, gerando problemas de contaminação ambiental das águas da ribeira de Bodelhão (Tabela 10.20). Tabela 10.19 – Nível de concentração de poluentes nas águas do ambiente subterrâneo da mina da Panasqueira Nível pH Cu (ppm) Zn(ppm) Fe(ppm) Mn(ppm) As(ppm) Mínimo Médio Máximo 3.49 5.16 7.43 0.02 1.08 3.16 0.15 6.45 21.80 0.16 6.15 23.20 0.05 7.10 30.40 0.000 0.023 0.100 Contrariamente, nas águas da mina de Neves Corvo não foram registados estes iões metálicos, devido ao facto de os estudos realizados terem ocorrido na etapa de sondagens e construção de aberturas subterrâneas iniciais, portanto correspondendo à composição química da água ainda não alterada pela exploração. Tabela 10.20 – Concentração de poluentes caracterizados nas águas da ribeira de Bodelhão Poluentes PH Cu Zn Fe Mn As Local Montante da descarga Montante da descarga da galeria Jusante da descarga da da galeria de Fonte do Fonte do Masso e jusante da galeria de Salgueira Masso descarga da galeria de Salgueira 5.27 5.16 4.18 0.04 0.15 3.11 0.52 1.04 15.80 0.13 0.03 2.91 0.09 0.87 8.20 0.00 0.00 0.026 442 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 10.6.2. Análise da norma portuguesa e peruana No Peru existem normas de nível nacional que é o Decreto-lei no. 613 - Código del médio Ambiente e Ley General de Minería aprovado pelo Decreto Supremo no. 01492-EM, cuja norma específica sectorial e mediante a Resolução Ministerial no. 01196/EM/VMM do 13 de Janeiro de 1996 que define os níveis máximos permissíveis para efluentes das actividades mineiro - metalúrgicas (Tabela 10.21). Tabela 10.21 – Nível máximo permissível para efluentes das actividades mineiro metalúrgicas Poluente Sólidos em suspensão (mg/l) Chumbo (mg/l) Cobre (mg/l) Zinco (mg/l) Ferro (mg/l) Arsénio (mg/l) Cianeto total (mg/l) pH Valor em qualquer momento 100 1 2 6 5 1 2 6-9 Valor médio anual 50 0.5 1 3 2 0.5 1 6-9 No caso de Portugal, a norma que trata da qualidade das águas é o Decreto-lei n.º 236/98 do 1 de Agosto que, em relação aos poluentes considerados pela norma peruana, específica para consumo humano, piscícola e rega (Tabela 10.22) com variação de valores em função do tipo de tratamento físico ou químico no caso de água para consumo humano. Também nas normas portuguesas e peruanas existem diferenças, quanto à forma de especificação e valores limite. Tabela 10.22 – Valor máximo admissível pela Norma Portuguesa (Decreto Lei n.º 236/98 do 1 de Agosto, Portugal) Poluente Sólidos em suspensão (mg/l) Chumbo (mg/l) Cobre (mg/l) Zinco (mg/l) Ferro (mg/l) Arsénio (mg/l) Cianeto total (mg/l) pH Consumo humano 10 0.05 0.02 - 1.0 0.5 - 5 0.1 - 0.3 0.01 - 0.05 ---5.5 a 9.0 Piscicultura 25.0 ----0.3 - 1.0 ------6.0 a 9.0 Rega 60 20.0 5.0 10.0 5.0 10.0 --4.5 a 9.0 Para a determinação do nível do impacte ambiental consideram-se como base os valores limite admissíveis das normas, que para o caso estão indicados nas Tabelas 4.16 e 4.17. 10.6.3. Medidas correctivas do impacte ambiental A medida correctiva para mitigar o impacte ambiental devido ao caudal de água subterrânea é geralmente um sistema misto de bombagem, drenagem por gravidade e 443 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações impermeabilização, ou outras técnicas. No caso da mina de Neves Corvo são usadas por gravidade, bombagem e impermeabilização do leito da ribeira de Oeiras. A medida correctiva para a mitigação do impacte ambiental pela presença de metais e o pH podem ser processos químicos e/ou biológicos, onde os últimos apresentam menores custos. 10.7. Instabilidade e desabamento de rochas 10.7.1. Caracterização geotécnica do maciço rochoso As rochas presentes nas áreas de estudo na mina de Neves Corvo são observados na rampa CRAM03 e desmontes Bench and Fill da área Neves Norte e são principalmente do grupo filito – quartzito (PQ) e complexo vulcano -sedimentar (CVS). Tabela 10.23 – Características geotécnicas gerais do maciço rochoso (Laboratório Nacional de Engenharia Civil L.N.E.C em 1987, C. Dinis da Gama 1992 e cálculos realizados) Parâmetro Resistência à compressão uni axial RCU (Mpa) Densidade (t/m3) Rock Mass Ratio (RMR) Tunneling Quality Index (Q) Coeficiente de Poisson Múdulo de Young (Mpa) Neves Corvo Rochas grupo PQ 70 – 100 Rochas grupo CVS 160 - 200 3.20 70 14.5** 0.15 – 0.30 31.60 – 40.00 Panasqueira Xisto 75 - 125 2.70 81* 40** 62 *** Determinados aplicando as equações: * (5.7); **(5.5); *** (5.21) Na mina da Panasqueira o maciço rochoso é constituído, fundamentalmente, por xistos, os quais apresentam diferentes graus de metamorfismo, originado por uma intrusão granítica subjacente e pelos filões quartzosos. Na Tabela 10.23 apresentam-se as características geotécnicas gerais do maciço rochoso em estudo das minas de Neves Corvo e Panasqueira. As características geotécnicas do maciço rochoso das áreas de estudo na mina de Neves Corvo são resumidas na Tabela 10.24 para a área da rampa CRAM03 e na Tabela 10.25 da área do desmonte Bench and Fill Neves Norte. Tabela 10.24 – Índices geotécnicos do maciço rochoso hospedeiro da rampa CRAM03 na mina de Neves Corvo Grupo de rocha PQ CVS RQD 28 – 90 30 - 85 Q RMR 7 – 22.5 66.2 – 74.7 2.5 – 7.1 51.6 – 62.6 ECU 50 – 170 70 - 100 RMS 66.8 – 96.4 30.5 – 45.4 Os tipos de rochas hospedeiras das aberturas nos desmontes de Neves Norte são principalmente dois: tufos vulcânicos com mineral fissural e sulfuretos (Mf) e sulfuretos maciços (Sm). As rochas Sm caracterizadas estão localizadas em cotas de 790 a 810 e o maciço do tipo Mf 760 a 790. 444 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 10.25 – Características geotécnicas do maciço rochoso hospedeiro do desmonte Bench and Fill Neves Norte da mina de Neves Corvo Minério Sm Mf Largura L(m) 3 – 10 2 - 10 Altura H(m) 5 5 - 18 L/H 0.6 – 2.0 0.2 – 2.0 Carga/ ECU 0.24 – 0.58 0.10 – 0.58 ECU (Mpa) 200 160 Resit Pilar FS (Mpa) 47 – 117 1.3 – 3.3 17 - 94 0.5 – 3.3 10.7.2. Metodologia de avaliação do impacte ambiental subterrâneo No caso da avaliação do impacte ambiental subterrâneo devido ao desprendimento e instabilidade das rochas, pela sua natureza extremamente complexa, não existe uma norma, e portanto a forma mais recomendável de realizar esta avaliação é procurando padronizar os parâmetros geotécnicos do maciço num local determinado. No caso da mina de neves Corvo na área da rampa CRAM03 foram identificadas zonas sem impacte ambiental e outras áreas de leve a moderado, com presença dum só trecho com alto impacte ambiental. 10.7.3. Medidas correctivas As medidas correctivas adoptadas foram com base na metodologia proposta por Barton e Grimstad. Para o impacte ambiental de nível alto identificado na rampa CRAM03, considerou-se recomendável aplicar pregagens ou cabos de 20 a 25 mm de diâmetro e 3.7 m de comprimento, espaçados a 2.5 m, com uso ocasional de malha e betão projectado de 3 cm de espessura. A análise dos resultados da aplicação da metodologia de estudo ambiental subterrâneo proposta no capítulo 2 da parte 1, permite obter as conclusões seguintes: a) Os resultados mostraram a plena aplicabilidade da metodologia de estudos de impacte ambiental existentes no ambiente subterrâneo. Esta metodologia considerou para minas em operação os passos principais seguintes: o Definição do âmbito de acção; o Caracterização da situação do ambiente; o Identificação dos níveis de impacte ambiental: o Procura e aplicação da medida correctiva; o Monitorização e controle. b) A aplicação desta metodologia não só é para ambientes de minas subterrâneas, podendo ser também aplicada à túneis e aberturas subterrâneas para qualquer fim. c) As normas existentes para o ambiente subterrâneo são fundamentalmente relativas à segurança e higiene no trabalho e não de carácter ambiental. Existindo importantes diferenças entre os dois países, este facto é um indicativo da existência de abordagens diferentes na definição de valores limites admissíveis de um país a outro. d) Se esta metodologia é aplicável a projectos mineiros em construção e/ou em operação, também é possível a sua aplicação na elaboração de novos projectos mineiros. 445 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Capítulo 11 APLICAÇÃO A NOVOS PROJECTOS 11.1. Introdução O estado do ambiente depende das influências conjuntas da atmosfera, clima, processos químicos e biológicos, terrenos e cobertura vegetal, fauna e seres humanos. Estes últimos actuam, com intensidade crescente, nos processos geológicos, geofísicos, químicos e bioquímicos que têm lugar nos solos, nas rochas, nas águas superficiais e subterrâneas e o ar, por vezes pondo em causa a sua integridade e, assim, colocando em risco a qualidade de vida, actual e das futuras gerações. Esses efeitos nocivos possuem características no espaço e no tempo, que Ehrlich (1995) quantificou pela relação: I = PAT em que I representa a magnitude desses impactes numa dada região da Terra, P a população nela existente, A o consumo médio de recursos por indivíduo e T o correspondente uso de tecnologia prejudicial, não limpa. No passado, era aceitável projectar obras de engenharia, incluindo a exploração de georrecursos, apenas com base em critérios técnicos e económicos, sem fazer intervir a consequências ambientais daí resultantes. Tal postura modifica-se a cada dia e os próprios critérios de tomada de decisões, como a relação beneficio custo, passam a integrar variáveis e parâmetros antes considerados intangíveis, como os de tipo ambiental, estabelecendo assim um novo paradigma, que vai ganhando cada vez mais aceitação na opinião pública e, por consequência no poder político (Dinis da Gama, C., 2000). É pois inevitável a sua influência nas metodologias e práticas que caracterizam os muitos ramos da ciência e da tecnologia, e a exploração de jazigos minerais mediante métodos subterrânea não parece ser excepção. As normas ambientais existentes consideram que um estudo de impacte ambiental, ocasionado pela realização dum projecto, obra ou actividade, deve compreender a determinação dos aspectos sobre a vida humana, a fauna, a flora, o solo, o geoambiente, a água, o ar, o clima, a paisagem e a estrutura ou função dos ecossistemas presentes na área previsivelmente afectada. O estudo deve também considerar a acção do projecto, obra ou actividade sobre o património histórico, sobre as relações sociais e as condições da tranquilidade pública, tais como ruído, vibrações, cheiros e emissões luminosas e de qualquer outra incidência ambiental derivada da sua realização. Portanto, os objectivos estudo de impacte ambiental são diagnosticar e avaliar as consequências que a realização das ditas actividades possam ocasionar no contexto ou meio. 447 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Pretende-se também, que a identificação e avaliação dos impactes sirvam para indicar as possíveis medidas correctivas ou de atenuação de seus efeitos (já que é praticamente impossível erradicar completamente um impacte negativo). Toda a avaliação dos impactes ambientais deve-se adaptar às normas legais existentes, que englobam leis de nível geral (comunitárias, no caso da União Europeia), nacionais (países) e regionais. No caso de não existirem normas legais relacionados a algum descritor ou domínio ambiental, como para o geoambiente (rochas), é recomendável tomar como referência padrões que ofereçam rigor, qualidade e fiabilidade. O estudo de impacte ambiental subterrâneo (EIAS) deve, assim, compreender as possíveis alterações no ambiente subterrâneo ocasionadas pela realização do projecto de exploração mineira, determinando-se os limites dos valores das variáveis que entram em jogo, quer de forma qualitativa, quer de forma quantitativa (Figura 11.1). O estudo deverá contemplar uma informação dos impactes sobre o ambiente subterrâneo, para aplicar modelos matemáticos de avaliação, com a finalidade de procurar uma diminuição ou atenuação dos efeitos negativos, conseguindo desta forma uma integração harmoniosa do projecto no meio ambiente. Assim, o estudo dos impactes no ambiente subterrâneo (EIAS) é um processo de análise para identificar, predizer, interpretar, valorar e comunicar o efeito de um plano ou projecto de exploração subterrânea, interpretado em termos de saúde e bem-estar humano. Impacto ambiental Subterrâneo Nível de manifestação Sinal Positivo + Negativo Indeterminado X Qualitativa Grau de incidência Intensidade Caracterização Quantitativa Quantidade Nível Área, tempo de manifestação, persistência, reversibilidade, sinergia, acumulação, efeito, periodicidade, reuperabilidade Figura 11.1 – Indicadores que caracterizam o impacte ambiental subterrâneo 11.2. Metodologia Proposta A metodologia de estudo para projectos novos é baseada na engenharia ambiental subterrânea proposta no Capítulo 2 da Primeira Parte, desenvolvida na Terceira Parte desse livro e nos resultados obtidos na aplicação em duas minas portuguesas e uma peruana, já que mostrou uma excelente aplicabilidade e resultados satisfatórios. Como o EIAS deve estar destinado a predizer, valorizar e corrigir, as consequências ou efeitos ambientais que certas acções humanas podem ocasionar; este 448 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 2. Definição da envolvente do projecto À PRIMEIRA PARTE (Capítulo 2) 4 5. Predição do nível do impacto ambiental 6. Relatório final e decisão do órgão competente Existe risco de impacto ambiental? Sim 2 Não 3 À PRIMEIRA PARTE (Capítulo 2) Da PRIMEIRA PARTE (Capítulo 2) 1 3. Previsão dos efeitos do projecto 4. Caracterização do ambiente subterrâneo 1. Análise do projecto À PRIMEIRA PARTE (Capítulo 2) constitui um documento que deve identificar o titular do projecto e na base do qual seja possível obter uma declaração ou avaliação do impacte ambiental. Portanto, o estudo deve identificar, descrever e valorizar de forma apropriada e em função das particularidades de cada caso concreto, os efeitos notáveis previsíveis que a realização do projecto de exploração subterrânea produziria sobre os distintos domínios ambientais. A figura 11.2 ilustra a proposta da estrutura geral da metodologia e estudo do EIAS para novos projectos de exploração subterrânea e compreende as seguintes etapas: Figura 11.2 – Estrutura geral da EAS aplicadoa a novos projectos, integrada na figura 2.14 a) Análise do projecto de exploração subterrânea, com o objectivo de conhecer em profundidade os detalhes relacionados com a geologia, a mineralogia, as aberturas subterrâneas para operações auxiliares (serviços, extracção, transporte, britagem primário, manutenção de equipamentos, etc.), de desenvolvimento, traçagem, preparação e exploração (rampas, poços, chaminés, galerias, travessas, acessos, métodos de exploração e equipamentos); b) Definição do âmbito de acção, que considera a delimitação da envolvente do projecto no meio subterrâneo e exterior, que tenham relação com os factores ambientais, devendo-se nesta fase obter informação necessária e suficiente para compreender o funcionamento do meio,e sua evolução previsível sem a realização do projecto; c) Previsões dos efeitos que o projecto gerará sobre a qualidade de vida, saúde e bem-estar humano, que consiste na determinação dos efeitos causados pela alteração das condições naturais da atmosfera subterrânea, água subterrânea e maciço rochoso; d) Caracterização ambiental, etapa que compreende a identificação das acções do projecto potencialmente impactantes (uso de equipamentos com motor diesel, perfuração e disparo, escavações em rocha e alteração das condições naturais do maciço rochosos e água subterrânea), identificação dos factores potencialmente impactados (atmosfera subterrânea, água subterrânea e maciço rochoso) e identificação de relações causa – efeito entre acções e factores do projecto; e) Predição da dimensão quantitativa do Impacte Ambiental Subterrâneo (IAS), esta fase contempla a predição dos possíveis níveis de impacte ambiental que a realização 449 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações do projecto ocasionam nos diferentes factores, baseadas nas normas ou padrões existentes; f) Definição das medidas correctivas, consiste na procura dos procedimentos tecnológicos mais adequados para atenuação dos impactes ambientais preditos que sejam economicamente factíveis de aplicar; g) Monitorização e controle, são as etapas que permitirão a sistemática avaliação de possíveis alterações ambientais e a efectividade da aplicação da medida correctiva; h) Emissão do relatório final e decisão do órgão competente. i) Elaboração de relatório não ténico destinado ao público e às entidades oficiais. 11.3. Análise do Projecto de Exploração Subterrânea 11.3.1. Estrutura política, legal e administrativa Nesta secção devem-se incluir os aspectos políticos, legais e administrativos relacionados com as normas aplicáveis ao projecto. Também será de interesse indicar a situação legal do projecto mineiro, os direitos de água e de superfície aplicáveis e explicar o processo de obtenção da autorização para a sua realização. Avaliação de reservas Desenvolvimento, traçagem e preparação Investigação geológica Prospecção e descoberta PRODUÇÃO ANUAL (t/ano) 11.3.2. Projecto de exploração subterrânea Neste ponto se desenvolverá uma visão genérica do projecto, relacionando-o interactivamente com o ambiente e portanto, em termos da sua utilização racional, os efeitos sobre o meio. O projecto de exploração subterrânea de jazigos minerais inica-se desde a prospecção e descoberta, passando pela investigação e determinação de reservas, desenvolvimento, traçagem, preparação, exploração (produção), abandono e terminando com o fecho da mina (fig. 11.3). O presente estudo abrange as etapas de desenvolvimento, traçagem, preparação e exploração, porquanto são actividades que têm relação com as escavações subterrâneas. Produção normal Minério (Mineral + Estéril) ou Produto útil + estéril Abandono e fecho da mina EXPLORAÇÃO SUBTERRÂNEA TEMPO (Vida da mina em anos) Figura 11.3 – Etapas de um projecto mineiro de exploração subterrânea (baseado em Lacy, W.C., 1992) 450 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A vida da mina começa com uma mínima produção (desenvolvimento, traçagem e preparação), para depois expandir a produção até aos valores normais, até finalmente declinar e fechar a mina. Assim, é útil e importante detalhar os acontecimentos operacionais durante a vida da mina, porquanto permite realizar uma análise detalhada das alterações do envolvente ambiental em cada fase do projecto, de modo que sirva para estabelecer medidas correctivas preventivas, aplicar e efectuar a sua monitorização e controle. É conveniente incluir de forma resumida o historial da empresa ou entidade promotora, indicando as actividades a que se dedica e o produto que se pretende obter. Esta descrição deve envolver as empresas empreiteiras e subempreiteiras que realizarão o projecto. Também deverá incluir uma definição de áreas afectadas, tanto negativa como positivamente, as alternativas consideradas para a selecção do método de exploração, localização geográfica, processo produtivo (ciclo operacional, extracção e/ou transporte), nível de produção (toneladas ou m3 por dia, mês ou ano), custos (desenvolvimento, traçagem, preparação e exploração), programa de realização (curto, médio e longo prazo), criação de postos de trabalho nas diferentes etapas e o nível de aceitação pública. É importante incorporar a cartografia detalhada da localização do projecto indicando pessoas e populações, recursos vegetais e biológicos existentes nas área próximas, vias de acesso, serviços de energia eléctrica e meios de comunicação do envolvente potencialmente afectável. É de muita importância também inscrever o tipo de mineral e produto a obter, os tipos de materiais e equipamentos a utilizar, tanto para a etapa de desenvolvimento, traçagem e preparação, como para a etapa de exploração, assim como os riscos de acidentes, de contaminação e outros parâmetros de interesse. Esta parte deve incluir estudos sobre os níveis de consumo de água, de matériasprimas, consumíveis, etc., e a sua relação como a zona, principalmente quanto à procedência e geração de efeitos colaterais: produtos intermédios finais e subprodutos assim como o seu provável destino; tipo e quantidade de emissões e resíduos; e também previsões de ampliação/redução a médio e longo prazo, e finalmente o abandono e fecho de mina. 11.3.3. Operações e autorizações existentes No caso de o projecto ser uma ampliação ou extensão de uma operação existente, então deve-se incluir uma descrição das instalações actuais, assim como o historial das operações e das autorizações aplicáveis na actualidade e as autorizações legais para a operação futura. A descrição deve considerar dois aspectos fundamentais: a) Estabelecer o aspecto legal que existia quando a operação do projecto começou; b) Estabelecer claramente os requerimentos legais para autorização das novas actividades provocadas pela ampliação da produção. 451 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 11.4. Definição do âmbito de acção do projecto Em superfície compreende as zonas próximas dos acessos principais ao ambiente subterrâneo e as zonas de descarga dos poluentes ambientais como a drenagem de água ácida, ar poluído e a subsidência ou desabamento do maciço rochoso que poderá atingir a superfície. Em Superfície (Atmosfera, litosfera, hidrosfera e biosfera) Lavaria Exploração a céu aberto Âmbito de acção do ambiente subterrâneo Chaminé de ventilação Travessa Subnível 1 Frente de exploração Subnível 2 Poço de extracção ATMOSFERA SUBTERRÂNEA Rampa (Ar) Nível principal 1 “Ore pass” Filão LITOSFERA (Rocha) “Waste pass” HIDROSFERA Tecto (Água subterrânea) Nível principal 2 Câmara de britagem primário Muro Pendor Furos de prospecção Poço interior Câmara de água Estação de bomabgem Skip BIOSFERA (Homem) Sistema de carregamento do skip Galeria de prospecção Figura 11.4 – Âmbito de acção do estudo de impacte ambiental subterrâneo (baseado em O Llanque, V. Navarro, et al 1999 e Dinis da Gama, C., 2000) No ambiente subterrâneo a envolvente do projecto de exploração(fig. 11.4) abarca os domínios da atmosfera subterrânea (ar por ventilação natural ou artificial), a litosfera (maciço rochoso), a hidrosfera (água subterrânea) e a biosfera (homem principalmente). 11.5. Caracterização do Ambiente Subterrâneo A descrição geral do meio tem a finalidade de definir o estado de referência ou condição pré-operacional que permita determinar as potenciais alterações que provocará a realização do projecto e serve como base de dados inicial. Portanto, deve incluir o meio físico tanto inerte (ar, clima, água superficial e subterrânea e maciço rochoso), como biológico(fundamentalmente o homem), mas deve-se incluir o ecossistema biológico exterior que poderá ser afectado pela descarga de águas ácidas de mina, escombros ou subsidência. 452 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Com base nestes dados será possível determinar a capacidade do meio ambiente para suportar as actuações que nele terão lugar, em consequência da realização do projecto de exploração subterrânea. FONTE . Instituições geográficas e militares . Departamento de topografia . Cadastro 11.5.1. Ambiente físico A descrição do meio físico do âmbito de acção do projecto deve ser em termos de: a) Localização e topografia superficial: deve-se considerar informação necessária e suficiente (fig. 11.5) para localizar o projecto e definir a possível influência da topografia nos factores do ambiente subterrâneo e a possível influência das alterações dos factores ambientais do meio subterrâneo no ambiente exterior próximo. b) Clima e meteorologia: as informações do clima e meteorologia da área do projecto são importantes para a avaliação do impacte ambiental subterrâneo na parte relacionada ao meio físico, ar presente na atmosfera subterrânea, devido a que factores tem influência na sua temperatura, velocidade e caudal (fig. 11.6). Estes dados serão úteis como condição de referência, para definir a carga hídrica, o efeito de condições críticas ou extremas, para identificar o impacte ambiental subterrâneo e procurar medidas correctivas. INFORMAÇÕES Localização em superfície: . Latitude, longitude e altitude . Limites do couto mineiro . Centros povoados . Vias de acesso . Topografia regional . Rios, lagos, pântanos ou mar . Áreas naturais protegidas . Áreas agrícolas reservadas . Áreas agrícolas cultivadas PROPÓSITOS Mapa topográfico: . Escala 1:500 ou 1:1000 . Níveis altimétricos . Delimitação do couto mineiro . Uso de solos dentro e fora do couto mineiro . Instalações industriais . Instalações de infra-estrutura . Barragen de rejeitado e/ ou escombreira . Zonas impermeabilizadas . Localizar o projecto em superfície . Caracterizar a influência da topografia nos factores do ambiente subterrâneo . Caracterizar a influência do impacto ambiental subterrâneo no ambiente exterior Estação meteorológica FONTE Figura 11.5 – Informação da localização e topografia superficial do projecto INFORMAÇÕES Precipitação PROPÓSITOS Estimação da água subterrânea Evaporação Humidade relativa do ar e conforto Temperatura Condições mais desfavoráveis Condições críticas Figura 11.6 – Informações do clima e meteorologia da área do projecto 453 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações FONTE . Estação de climatologia . Amostragem e análise de pó . Amostragem e análise de gases c) Qualidade do ar: as informações sobre a qualidade do ar (fig. 11.7) serão relacionados com possíveis partículas transportadas pelo ar, como por exemplo erosão eólica e emissões gasosas provenientes de alguma fonte (viaturas com motor diesel, refinaria existente, etc.). No caso de projectos de ampliação, as partículas transportadas pelo vento poderão ter origem em escavações, disparos com explosivo, remoção, transporte, transferência do material e as emissões gasosas produto da combustão de equipamentos diesel. Para projectos novos, serão necessárias amostragens e análise respectiva, mas para projectos de ampliação é provável que já existam as informações pretendidas. INFORMAÇÕES Concentração de partículas sólidas Concentração de Sílica Concentração de gases CO, CO2, NOx, etc. PROPÓSITOS Nível de poluição com poeira Nível de poluição com gases Figura 11.7 – Informações para a caracterização de referência do ar na zona das entradas de ar ao ambiente subterrâneo d) Geologia e aspectos sísmicos: em relação à geologia, o EIAS deve incluir a geologia regional, geologia local, geotecnia e geomecânica do maciço rochoso e jazigo mineral além das informações relacionadas com o depósito mineral (fig. 11.8). Deve conter mapa geológico regional, mapa geológico local com detalhes relacionados com o maciço rochoso, jazida mineral e geologia estrutural. e) Água superficial e subterrânea: a água constitui um domínio ambiental complexo e dinâmico pelo que, para estabelecer as condições de referência requer ter informação da superfície e do meio subterrâneo, tanto no aspecto quantitativo como qualitativo (fig. 11.9). A água subterrânea pode estar localizada a pouca profundidade e neste caso existirá uma significativa interacção com a água superficial, mas quando está localizada a maior profundidade poderá acontecer uma mínima ou nenhuma interacção. Os problemas de impacte ambiental devidos à água estão relacionados com o potencial de inundações e contaminação de águas superficiais, pela descarga da drenagem ácida. Tanto no caso de águas superficiais como subterrâneas, os parâmetros potenciais da qualidade da água a caracterizar (Tabela 11.1) estão relacionados com as características físicas e químicas. 454 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações PROPÓSITOS FONTE . Departamento de Geologia . Departamento de Mecânica das rochas INFORMAÇÕES Geologia local . Formação histórica e extensão . Litologia e mineralogia . Espessura das unidades rochosas . Falhas, anticlinais e sinclinais . Tipos de maciço rochoso . Litologia, petrologia e mineralogia . Falhas, dobras e grau geotérmico . Descontinuidades (fissuras e fracturas) Depósito mineral . Tipo de jazida . Génesis e sequência de deposição . Características geométricas . Mineralogia, teor e reservas Geotecnia do maciço rochoso e da jazida mineral . Características de resistências, etc. . Índices de qualidade Geologia regional Influência da geologia em: . Contaminação do ar com poeira . Contaminação com calor do maciço . Drenagem ácida de água . Caudal de água . Instabilidade das aberturas . Procura de medidas correctivas . Registo de estações de hidrologia . Mapas topográficos e hidrográficos . Estudos de quantidade e qualidade da água da linha base e linhas secundárias . Modelos hidrólogos FONTE Figura 11.8 – Informações para a determinação das condições de referência do maciço rochoso As informações necessárias relacionadas com águas subterrâneas (fig. 11.10) para a definição da situação de referência são orientadas fundamentalmente a quantidade e qualidade. INFORMAÇÕES Padrões de drenagem . Escoamento definido pela topografia . Padrão de escoamento e leito Dimensões . Largura, profundidade e velocidade das correntes de água (caudal). . Desnivel topográfico e extensão Estruturas hidráulicas e uso . Derivação e barragens . Consumo humano, agricultura e piscicultura Qualidade da água superficial . pH, temperatura, sólidos suspensos . Sedimentos, salinidade, metais, etc. PROPÓSITOS Determinar: . Se o escoamento externo ocasiona escoamento interno . Potencial de inundação . Potencial de diluição . Quantidade e qualidade da água existente . Efeito da realização do projecto de exploração subterrânea Figura 11.9 – Informações para caracterização das condições de referência da água superficial Tabela 11.1 – Parâmetros potenciais na caracterização da qualidade da água Constituinte principal PH Sódio (Na) Potássio (K) Sólidos totais dissolvidos Cloreto (Cl) Cheiro Sulfato (SO4-2) Alcalinidade Fluoreto (F) Cálcio (Ca) Nitrato (NO3-) Fosfato (PO4-3) Magnésio (Mg) Cianeto (CN-) Metais (totais e dissolvidos) Alumínio (Al) Manganés (Mn) Antimónio (Sb) Mercúrio (Hg) Arsénio (As) Níquel (Ni) Bário (Ba) Selénio (Se) Prata (Ag) Cádmio (Cd) Cobre (Cu) Tálio (Tl) Ferro (Fe) Zinco (Zn) Chumbo (Pb) 455 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações FONTE . Instituições de água ou hidrologia . Geofísica em furos e em superfície . Provas de injecção e bombeio em furos . Instalação de furos e piezómetros . Cálculos analíticos da velocidade e caudal . Simulações com métodos numéricos . Análise de amostras de furos de geofísica INFORMAÇÕES Presença . Localização e limite dos aquíferos . Transmissibilidade dos aquíferos Dinâmica . Sentido do escoamento . Velocidade e caudal Carga/descarga e uso . Localização de áreas de carga/descarga . Água potável ou industrial Qualidade . pH, sólido total dissolvido, salinidade, concentração de metais PROPÓSITOS Determinar: . Profundidade das águas subterrâneas . Limites e grau de confinamento do escoamento . Velocidade e caudal potencial . Localização de possíveis impactos . Qualidade da água existente . Estudo de detalhe do projecto de exploração subterrânea FONTE Figura 11.10 – Informações para a caracterização da situação de referência de água subterrânea f) Características das escavações subterrâneas: a abertura de espaços vazios no maciço rochoso é a causa principal que provoca a alteração dos domínios ambientais no meio subterrâneo. Os espaços abertos serão produto da abertura de poços, chaminés, rampas, galerias, travessas, acessos e desmontes para a exploração do depósito mineral, pelo que tem que ver com o método de exploração a utilizar. Portanto é sumamente importante detalhar as características geométricas e físicas de estas aberturas, considerando também as comunicações entre elas e a sua localização (fig. 11.11). INFORMAÇÕES Geometria . Forma, comprimento e secção PROPÓSITOS Tipo de superfície das aberturas . Tipo de rochas e tipo de suporte . Escavação mecânica ou com explosivo Circuitos e mudanças . Sistema de comunicação entre aberturas (redes) . Sinuosidade, mudanças de secção e de direcção . Condição de referência da dimensão das aberturas subterrâneas . Correlações com os domínios ambientais ar, água e rocha . Localização de possíveis impactos. Figura 11.11 – Informações para a caracterização das aberturas subterrâneas 11.5.2. Ambiente biológico O domínio biológico principal presente no ambiente subterrâneo, será o homem, quando proceda à realização do projecto de exploração subterrânea, portanto é sumamente importante considerar o programa de distribuição do pessoal mas frentes de trabalho, para todas as etapas do projecto e as actividades que o pessoal realizará e assim como o tempo de permanência (fig. 11.12). 456 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações ETAPAS DO PROJECTO Calendário (inicio, final e tempo total) Construção (infra-estrutura) Quantidade de pessoas Frente ou local de trabalho Ambiente Subterrâneo Actividades que realizarão Produção (exploração) Quantidade de horas por dia Figura 11.12 – Condições de referência do homem no ambiente subterrâneo Os domínios ambientais físicos no ambiente subterrâneo que são: o ar, a água e a rocha; poderão alterar o ecossistema do ambiente exterior em zonas próximas da descarga (ar poluído e água ácida) e na área superior superficial do maciço rochoso (subsidência). Portanto é essencial caracterizar o ecossistema terrestre e aquático (fig. 11.13). ECOSSISTEMA TERRESTRE . Vegetação nativa e cultivada . Áreas agrícolas não cultivadas . Áreas agrícolas cultivadas . Reservas e parques naturais . Animais de caça e interditados . Aves residentes e migratórias . Espécies raras e em perigo de extinção . Espécies comerciais ECOSSISTEMA AQUATICO CARACTERIZA ÇÃO DO AMBIENTE EXTERIOR . Vegetação natural . Espécie de peixes . Aves aquáticas . Espécies raras e em extinção . Espécies de importância comercial Figura 11.13 – Condições de referência do ambiente exterior próximo à descarga dos domínios ambientais poluídos e áreas superficiais por acima dos trabalhos subterrâneos 11.5.3. Matriz de impactes 11.5.3.1. Identificação das acções que podem causar impactes O âmbito do projecto de exploração subterrânea, é constituído por elementos e processos interrelacionados, que pertencem ao sistema físico (ar na atmosfera subterrânea, água subterrânea e maciço rochoso) e biológico (homem). No meio biológico também se devem considerar os animais e plantas na zona de descarga dos domínios ambientais poluídos (água ácida, ar poluído, subsidência). As acções e efeitos serão determinados pela sua intensidade, a sua extensão, a sua persistência, a sua reversibilidade, a sua recuperabilidade e o momento em que participam no processo. De entre as muitas acções susceptíveis de produzir impactes (Figuras 11.14, 11.15, 11.16 e 11.17), devem-se estabelecer duas relações definitivas, uma para cada etapa do projecto, ou seja acções que podem provocar impactes na etapa da construção ou instalação e acções que podem provocar impactes durante a etapa da exploração ou produção. Para a avaliação do impacte de alguns domínios ambientais como o caso da 457 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações drenagem ácida será indispensável considerar uma relação correspondente à etapa de abandono e fecho de mina. ACÇÕES QUE PROVOCAM IMPACTE AR NA ATMOSFERA SUBTERRÂNEA A1: Aprofundamento das aberturas E1: Aumento da temperatura A2: Aumento das aberturas E2: Diminuição da veloc. e caudal A3: Perfuração e disparos com explosivo E3: Contaminação com poeiras, ruído e gases A4: Remoção A5: Extracção/Transporte A6: Ventilação E4: Poluição com ruído A7: Britagem primária subterrânea E5: Poluição com poeira e ruído A8: Exposição das áreas da jazida E6: Gases, explosão, radiação A9: Abertura em subsolo E7: Iluminação Figura 11.14 – Acções que provocam o impacte ambiental no ar da atmosfera subterrânea Nas figuras apresentam as acções que provocam o impacte e os efeitos ambientais a seguir quer para o domínio físico do ambiente quer para o domínio biológico no meio subterrâneo (homem) ou quer para o domínio biológico no meio exterior (homem, animais e áreas agrícolas). Como se poderá ver existem várias acções que podem provocar só um efeito ou uma acção que pode provocar vários efeitos no meio físico ou biológico, ou então uma acção provocar um impacte ambiental quer no meio físico quer no meio biológico. ACÇÕES QUE PROVOCAM IMPACTE ÁGUA SUBTERRÂNEA E1: Mudança do nível freático A10: Abertura no maciço rochoso E2: Escoamento no sentido das aberturas escavadas A11: Aberturas com gradiente negativo E3: Risco de inundações A12: Exposição de rochas e minerais E4: Drenagem ácida A13: Uso de equipamentos E5: Poluição com gorduras, óleo, etc. A14: Diversas operações, etc. E6: Concentração de sólidos Figura 11.15 – Acções que provocam impacte ambiental na água subterrânea 458 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações ACÇÕES QUE PROVOCAM IMPACTO MACIÇO ROCHOSO E1: Alteração das condições geotécnicas e geomecânicas “ in situ” A15: Escavação (abertura) E2: Subsidência até a superfície E3: Risco de desprendimento e queda de rochas ou desabamentos E4: Danos do maciço à volta da escavação (EDZ) A16: Escavação mecânica ou com explosivo E5: Dano superficial do túnel (DTW) E6: Danos nas estruturas em superfície e efeitos ambientais por vibrações do maciço rochoso Figura 11.16 – Acções que provocam impacte ambiental no maciço rochoso O estabelecimento das acções e efeitos permitirá elaborar uma matriz de impactes ambientais e baseados nesta matriz quantificar o nível do possível impacte ambiental esperado. ACÇÕES QUE PROVOCAM IMPACTO COMPONENTE BIOLÓGICO A17: Escavação (abertura) A18: Contaminação da qualidade do ar na atmosfera subterrânea E1: Risco na saúde e vida do homem A19: Caudal de água subterrânea A20: Drenagem ácida de rochas E2: Potencial risco do homem (saúde), animais e áreas agrícolas Figura 11.17 – Acções que provocam impacte ambiental no domínio biológico 11.5.3.2. Matriz de impactes ambientais A matriz de impactes é do tipo causa/efeito que é uma tabela de dupla entrada, com as acções que provocam impactes nas colunas e dispostos em linhas os factores susceptíveis de receber impactes (Tabela 11.2). A matriz permitirá identificar, prevenir e comunicar os efeitos do projecto no ambiente subterrâneo, para depois obter seus valores correspondentes. Uma vez identificados os factores do ambiente susceptíveis de serem receber impactes é conveniente conhecer seu estado actual, antes de se realizar o projecto, ou seja, a qualidade ambiental que pode vir a ser alterada. As medidas dessa qualidade ambiental são conhecidas como valor ambiental. 459 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A avaliação dos efeitos num instante considerado (antes e depois do impacte) fornece uma ideia do grau de nível que apresenta o ambiente, quer qualitativa quer quantitativamente. Os efeitos dos factores ambientais avaliam-se com base na sua possibilidade de medição e classificam-se conforme a Tabela 11.3. Tabela 11.2 – Matriz para a identificação do impacte ambiental subterrâneo para as etapas de construção ou instalação e produção ou exploração AT.SUBT.(Ar) ÁGUA SUBT. * BIO. ** BIO. ROCHA COMPONENTE FÍSICO FACTORES IMPACTADOS (j) E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E1 E2 (i) ACÇÕES QUE PROVOCAM IMPACTE AMBIENTAL SUBTERRÂNEO (*) A 1 ⊗ A 2 A 3 A 4 A 5 ⊗ ⊗ ⊗ A 6 A 7 A 8 A 9 A 10 A 11 A 12 A 13 A 14 A 15 A 16 A 17 A 18 A 19 ⊗ ⊗ ⊗ A 20 ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ ⊗ Identificação da causa e efeito, BIO. = Componente biológico, * Acções identificadas no item 11.5.3.1 QUANTIFICÁVEL QUALITATIVOS DESPREZÁVEL Directamente Mediante um índice ou modelo Critérios objectivos de Escalas proporcionais quantificação Escalas jerárquicas Escala de preferências Critérios subjectivos Outros critérios subjectivos Estritamente qualitativos Parte não medível MEDÍVEIS EFEITOS SOBRE FACTORES DO MEIO Tabela 11.3 – Classificação dos efeitos sobre os factores do meio com base na sua possibilidade de serem medidos Na quantificação directa, a avaliação não oferece problemas, mas mediante um índice ou indicador precisa de um processo que oferece alguma dificuldade na determinação da unidade de medida (Tabela 11.4). Para a quantificação dos parâmetros 460 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações nos domínios ambientais do meio subterrâneo existem no mercado instrumentos de medição de alta precisão. Tabela 11.4 – Avaliação quantitativa dos parâmetros do ambiente subterrâneo Maciço rochoso Água subterrânea Atmosfera subterrânea Domínio ambiental Parâmetros ambientais Velocidade do ar Temperatura seca e húmida Humidade relativa Concentração de poeira Gases (% ou ppm) m/s ºC % mg/m3 %, ppm, µg/m3 Ruído dB(A) Explosão Incêndio Radiação Iluminação Velocidade Concentração de sólidos Acidez Alcalinidade Condutividade Concentração de metais Tensão in situ Resistência a compressão Resistência à tracção Deformação in situ Velocidade sísmica Qualidade da rocha Densidade Velocidade crítica vibratória pCi/m2s Lux (lm/m2) m/s mg/m3 pH µSiemens/cm ppm, µg/m3 σ1, σ2, σ3 (Mpa) MPa MPa GPa (m/s) Kg/m3 m/s Directamente Mediante um índice Índice de conforto Índice da qualidade do ar Índice da qualidade do ar Nível sonoro contínuos equivalente Índice de risco Índice de risco WL (Working Level) Índice de alcalinidade Módulo de Young RQD, Q, RMR, RMS, - Com base em medições quer in situ quer no laboratório, é possível quantificar directamente o parâmetro desejado ou mediante esta informação, utilizando algum modelo matemático. A quantificação é uma forma mais recomendável de avaliar os efeitos dos factores ambientais. Na avaliação qualitativa usam-se critérios objectivos e subjectivos baseado no grau de manifestação qualitativa do efeito que é denominado importância do impacte. Este aspecto pode ser representado mediante uma relação que expresse qualitativamente o impacte ambiental em função do nível de incidência ou intensidade da alteração produzida além da caracterização do efeito, que corresponde a uma série de atributos de tipo qualitativo como: tipo de efeito; tempo de manifestação; persistência; reversibilidade; recuperabilidade; sinergia; acumulação e periodicidade, cuja interpretação deve ser em termos de saúde e bem-estar humano. 461 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Outra forma de avaliação é com base em unidades de importância (UIP) que considera um valor predeterminado de 1000 unidades para as condições de referência do ambiente. A importância do impacte ambiental (IIA) toma valores entre 13 a 100 e permite estabelecer níveis qualitativos (Tabela 11.5). Tabela 11.5 – Níveis de impacte ambiental subterrâneo com base na importância Importância do impacte ambiental IIA Níveis de impacte ambiental Compatíveis ou baixos IIA <25 Moderados 25 ≤ IIA ≤ 50 Severos 50 <IIA ≤ 70 Críticos IIA> 70 Os atributos considerados para determinar a importância do impacte ambiental (Tabela 11.6) correspondem a normas relacionadas com a avaliação do impacte ambiental exterior. 11.6. Predição do Impacto Ambiental Nesta parte do EIAS deve-se identificar todos os impactes ambientais potenciais associados com as actividades do projecto, expressando-o em escalas ou níveis de impacte relativamente em cada domínio ambiental. Tabela 11.6 – Importância do impacte ambiental (baseado em Conesa, V., 1997) NATUREZA INTENSIDADE (INT) (Grau de destruição) . Impacte favorável . Impacte prejudicial + - . Baixa . Média . Alta . Muito alta . Total MOMENTO (MOM) (Prazo de manifestação) . Longo prazo . Médio prazo . Curto prazo . Crítico EXTENSÃO (EXT) (Área de influência) . Pontual . Parcial . Extenso . Total . Crítica 1 2 4 8 (+4) PERSISTÊNCIA (PER) (Permanência do efeito) . Fugaz . Temporal . Permanente 1 2 4 SINERGIA (SIN) (Regularidade da manifestação) . Semsinergismo (simples) . Sinérgico . Muito sinérgico 1 2 4 1 2 4 8 12 1 2 4 (+4) REVERSIBILIDADE (REV) (Reconstrução do factor afectado) . Curto prazo . Médio prazo . Irreversível CUMULAÇÃO (ACM) (Aumento progressivo) . Simples . Cumulativo 462 1 2 4 1 4 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 11.6 (cont.)– Importância do impacte ambiental (baseado em Conesa, V., 1997) EFEITO (EFE) (relação causa – efeito) . Indirecto (secundário) . Directo PERIODICIDADE (PER) (Regularidade da manifestação) . Irregular ou descontínuo . Periódico . Contínuo IMPORTÂNCIA DO IMPACTE AMBIENTAL (IIA) 1 4 RECUPERABILIDADE (REC) (Reconstrução por meios humanos) . Recuperável de forma imediata 1 . Recuperável aprazo médio 2 . Mitigável 4 . Irrecuperável 8 1 2 4 IIA = ± (3INT + 2EXT + PER + SIN + EFE + REC + MOM + REV + ACM +PER) O impacte do projecto sobre o ambiente é a diferença entre a situação do meio futuro modificado e a situação de referência, em consequência da realização do projecto. Mas não basta conhecer a possível modificação, o mais importante é determinar a margem de tolerância desta alteração ambiental, determinando o grau ou nível de impacte provocado, que definirá o risco a provocar-se para a saúde e bem-estar humanos. Portanto, é imprescindível ter um marco de referência dos valores máximos permissíveis que são constituídos pelas normas legais em vigor e padrões existentes. Os padrões deverão ter um suporte técnico/científico que ofereça confiança, podendo para alguns parâmetros ambientais ter carácter internacional. 11.6.1. Predição do impacte ambiental na atmosfera subterrânea 11.6.1.1. Impacte ambiental térmico A predição do impacte ambiental térmico está relacionada com as temperaturas exterior, de autocompressão, o grau geotérmico do maciço rochoso, a emissão do calor de equipamentos diesel, a detonação de explosivos e as das águas termais e de calor do metabolismo humano. É necessário realizar esta avaliação quando existe uma das situações seguintes: em minas pouco profundas com presença de água termal que eleve a temperatura da atmosfera subterrânea a níveis não admissíveis e em minas profundas com ou sem a presença de água termal. Do ponto de vista térmico, as minas pouco profundas e profundas podem ser definidas segundo se mostra na Tabela 11.7, que se baseia na temperatura máxima de conforto humano que (29 ºC na Tabela 3. 9), resultados obtidos na mina de Neves Corvo e San Rafael (Tabela 10.4) e grau geométrico de diversas minas de mundo (Tabela 3.1) incluíndo o de Neves Corvo (3.3 ºC/100 m) e San Rafael (1.53 ºC/100 m). Nos estudos realizados foi possível quantificar que a influência do grau geotérmico na temperatura da atmosfera subterrânea varia de 85.1% a 90.4% (Tabela 10.2) para as minas estudadas, podendo-se classificá-las como minas pouco profundas. 463 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Na proposta de classificação das minas, as profundidades variam de uma mina a outra pelo facto da variação do grau geotérmico de cada zona. Tabela 11.7 – Tipificação da profundidade duma mina segundo a temperatura da atmosfera subterrânea influenciada pelas propriedades térmicas do maciço rochoso Tipo de mina Temp. seca (Ts)* Pouco profunda Profunda Ts < 29ºC Ts ≥ 29ºC Profundidade (m) Rochas Rocha + eq. diesel + outro <850 a 1600 m ou mais <750/1500 m > 850 a 1600 m ou mais >750/1500 m * A temperatura seca do ambiente de ar com velocidade crítica (0.5 a 0.8 m/s). Em relação à temperatura exterior, baseados nos estudos experimentais realizados, pode-se definir no sentido seguinte: a) Para minas localizadas em zonas onde a temperatura média mensal é ≤ 6 ºC não é necessário considerar este parâmetro, porque a sua influência no ambiente subterrâneo é nula ou insignificante; b) Para minas localizadas em zonas onde a temperatura média mensal é> 6 ºC deve-se considerar este parâmetro na predição do impacte ambiental térmico usando a equação 10.1, que se baseia na temperatura seca. Para o cálculo da temperatura total no ambiente subterrâneo no item 3.1 do Capitulo 3 da segunda parte do presente estudo foi desenvolvido o modelo matemático correspondente, cujas equações finais permitem determinar o acréscimo da temperatura por diversas fontes ( Tabela 11.8). Nesta parte do estudo, também foi desenvolvido o modelo matemático para determinar a temperatura em diversas condições de redes de ar nas aberturas subterrâneas (Tabela 11.8 e Tabela 11.9). Para maior detalhe dos parâmetros intervenientes recomenda-se ver no item 3.1 do capítulo 3. As equações mostram uma alta complexidade no processo de cálculo, que mediante procedimento convencional torna-se tedioso, portanto, precisa-se desenvolver um programa de computador que facilite o cálculo. Neste programa é recomendável incluir não só a predição do impacte ambiental térmico mas também as medidas correctivas, monitorização e controle. O objectivo do presente trabalho de investigação não é exactamente este, mas na fig. 11.18 propõe-se o diagrama base. 464 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Monitorização e controle Medidas correctivas de restrição horária, etc. INPUT BASE DE DADOS . Comprimento, secção, perímetro, inclinação das aberturas subterrâneas. . Altura da capa neutral térmica . Cota inicial e final das aberturas . Grau geotérmico do maciço . Coeficiente de transferência de calor “λ” .Densidade e calor específico do ar . Caudal do ar . Factor combinado de conversão a energia mecânica e de utilização do equipamento . Energia equivalente liberado por óleo diesel . Potência do equipamento . Calor liberado por explosivo . Quantidade de explosivo utilizado . Calor libera por cada homem e número de homens . Temperatura de água termal . Temperatura inicial do ar de entrada . Coeficientes de fricção e comprimento equivalente Medida correctiva de refrigeração Medida correctiva com acréscimo do caudal de ar Sim Não Temperatura seca > 30 ºC? PROGRAMA . Análise da rede do ar no ambiente subterrâneo . Temperatura seca, húmida e humidade relativa OUTPUT Temperatura seca, temperatura húmida e humidade relativa, nos locais do ambiente subterrâneo Não Não Existe impacto ambiental? Sim Impacto ambiental moderado a alto? Sim Figura 11.18 – Diagrama geral do programa para a previsão do impacte ambiental térmico, medidas correctivas, monitorização e controle Uma vez estimada a temperatura do ar da atmosfera subterrânea, precisa-se predizer o possível nível de impacte ambiental térmico, sendo para esta tarefa usada a matriz base desenvolvida e apresentada na Tabela 3.10, com alguma modificação consoante a norma ou padrão a utilizar. Tabela 11.8 – Equações que permitem calcular o acréscimo (alteração) da temperatura no ambiente subterrâneo Fonte de calor Temperatura exterior Autocompressão Grau geotérmico da rocha virgem Equação VTS = 0.2005TE − 1.1305 , para TE ≥ 6 ºC ∆t ha = 0.0098.L.senα ∆t r = t 2 − t1 = 465 λ.P.L.(h1 − htcn ± L.senα ) g g (λ .P.L + 2000.ρ a .C e .Q) Número 10.1 3.1 3.6 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 11.8 (cont.) – Equações que permitem calcular o acréscimo (alteração) da temperatura no ambiente subterrâneo Fonte de calor Equação Equipamentos com motor diesel f m . f t .q d . p d ρ a .C e .Q 3.10 ce .eu 86400.ρ a .C e .Q 3.11 q h .n ρ a .C e .Q 3.12 ∆t ed = ∆t ex = Detonação do explosivo ∆t he = Metabolismo humano Água termal Acréscimo total Número Medição in situ 3.15 ∆t total = ∆t ha + ∆t r + ∆t ed + ∆t ex + ∆t he + ∆t t 11.6.1.2. Impacte ambiental volumétrico e dinâmico A predição deste impacte está relacionada com o caudal e velocidade do ar na da atmosfera subterrânea. O caudal total mínimo de ar requerido para a realização dum projecto de exploração subterrânea deve ser calculado considerando o caudal mínimo em cada local de trabalho (fig. 11.19). O caudal mínimo deverá ser calculado aplicando a equação (3.73) (consoante a norma em vigor) ou aplicando a equação (3.58) segundo a padrões de qualidade do ar. Qa1 = VLAh(N1 + N2 +....+ Nn) + VLAd(P1 + P2 +....+ Pn) Acesso à Área 1 Q1 Q2 Q Qn Area 1 Qa2 = VLAh(Nx + Ny +....+ Nw) + VLAd(Px + Py +....+ Pw) Acesso à Área 2 Qx Qy Qw Area 2 Saída de ar da Área 1 Saída de ar da Área 2 Figura 11.19 – Caudal mínimo total de ar e caudais mínimos nos distintos locais do ambiente subterrâneo Tabela 11.9 – Equações para calcular a temperatura nas redes de ar do ambiente subterrâneo Tipo de aberturas Junção Equação tf = ( Req Ri − f ) 0.5 (t i + ∆t i − f ) + ( Ri1− f ) 0.5 (t i1 + ∆t i1− f ) t f = t i + ∆t i − f Recto Disjunção Número Req t f = t i − ∆t i − f 1 ( Ri − f Ri − f 1 ) 0.5 e t f 1 = t i − ∆t i − f ( 466 3.14 3.16 Ri − f 1 Ri − f ) 0 .5 3.18 e 3.19 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Para o modelo genérico considera-se a aplicação da equação (3.73), portanto, na rede de ar Qa1 é o caudal mínimo total necessário para a área de trabalho 1 e Qa2 para a área de trabalho 2, VLAh é a quantidade mínima de ar para cada homem definido pela norma legal (m3/s.homem), N1, N2,...Nn, Nx, Ny, ... Nw são o número de homens presente em cada local de trabalho, VLAd é a quantidade mínima de ar por cada hp de motor diesel utilizado, definido também pela norma legal (m3/s.hp) e P1, P2,....Pn, Px, Py,....Pw são as potências (hp) de motor diesel usado em cada local de trabalho. Sendo N o número máximo total de homens requeridos e P o total de HP de potência dos motor diesel a utilizar no projecto, os caudais mínimos requeridos em distintos locais para a realização do projecto podem ser determinados pelas equações indicadas na Tabela 11.10 para o diagrama exemplificado. Os valores dos factores VLAh e VLAd têm certa variação em função da localização do projecto influenciado fundamentalmente pela altitude e também em função da norma legal de pais ou região (Tabela 3.50). A predição do impacte ambiental poderá realizar-se considerando os caudais mínimos calculados mediante as equações indicadas na Tabela 11.10 e as possíveis variações que poderão ocorrer na prática, devido aos seguintes aspectos: o Variação da resistência total nas aberturas subterrâneas para a rede de ar principal e nas mangas de ventilação nos sistemas de ventilação auxiliar. Este parâmetro é função do coeficiente de fricção e dimensões geométricas da abertura subterrânea, sendo directamente proporcional ao comprimento (Equação 3.62). Sabe-se também que a realização do projecto nem sempre é igual ao dimensionado e que as operações mineiras são dinâmicas, portanto existirá acréscimo frequente do comprimento das aberturas por onde circula o ar, resultando um potencial impacte ambiental por este facto; Tabela 11.10 – Equações para o cálculo de caudais mínimos do ar para um projecto de exploração subterrânea para o modelo indicado na fig. 11.19 Caudal mínimo total (m3/s) Caudal mínimo total nos acessos áreas 1 e 2 (m3/s) Acesso à área 1 Qa1 = f(N1 + N2 +....+ Nn) + K(P1 + P2 +....+ Pn) Q = f.N + K.P Acesso à área 2 Qa2 = f(Nx + Ny +....+ Nw) + K(Px + Py +....+ Pw) o o Caudal mínimo para áreas de trabalho 1 e 2 (m3/s) Q1 = f.N1 + k.P1 Q2 = f.N2 + k.P2 ......................... Qn = f.Nn + k.Pn Qx = f.Nx + k.Px Qy = f.Ny + k.Py .......................... Qw = f.Nw + k.Pw Variação da potência total de equipamentos com motores diesel nos locais de trabalho. Este facto poderá acontecer por causa das próprias situações das operações produtivas ou pelas decisões de aumento de produção; Variação na quantidade de homens, pode-se afirmar que nas condições actuais em que todas as minas subterrânesa têm a tendência à mecanização, não será normal um 467 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações aumento significativo de pessoal nas operações mineiras e variações pequenas não têm marcada influência no impacte ambiental, que o homem precisa quantidades pequenas (0.05 m3/s) comparadas com equipamento diesel. Por exemplo um LHD com 180 hp de potência precisa 6.30 m3/s minimamente, ou seja 126 vezes maior que o requerido para um homem (fig. 11.20). 70 60 25 Caudal mínimo total de ar para um projecto com 1000 hp motor disel (m3/s) Caudal mínimo de ar para 3 homens no desmonte (m3/s) 30 Portugal Peru > 4000m 20 15 10 5 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Potência de motor do equipamento diesel (hp) 50 40 30 20 Portugal Peru a > 4000m 10 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Total da quantidade de homens no projecto Figura 11.20 – Influência da quantidade de homens e máquinas com motor diesel no caudal mínimo de ar no ambiente subterrâneo A predição do impacte ambiental dinâmico e volumétrico deve ser expressa em níveis distintos (leve, moderado e alto) utilizando a matriz base elaborada e apresentada na Tabela 3.52, com modificações consoante as normas legais a considerar. Para o cálculo dos caudais e velocidade de referênciais na predição do impacte ambiental é recomendável utilizar programas existentes no mercado para fins de ventilação de minas, como são VnetPC2000 de Ventilation Service Inc. US, VENTSIM 3.4.3 de Austrália, VUMA Shouth África, NIVENA 6.2b de Japão (fig. 11.21), entre outros. Figura 11.21 – Diagrama de blocos, imput & output do programa MIVENA System (http://uws47.mine.akita-u.ac.jp/mivena/index-e.html) 11.6.1.3. Impacte ambiental devido a poeiras e gases Em todos os projectos de exploração subterrânea, nos desmontes e frentes de trabalho que constituem fundo de saco (frentes de avanço de galerias, rampas, travessas, acessos, etc.) existe uma concentração de partículas ou poeiras ( <1 µm de diâmetro) e gases (O, N, CO2, CO, NOx, H2S, SO2, CH4, etc.) que contaminam a atmosfera subterrânea e causam risco para a saúde e bem-estar dos trabalhadores, que devem ser avaliados para a sua prevenção e atenuação a níveis admissíveis. 468 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações No processo da escavação de aberturas subterrâneas nas etapas de construção, preparação e exploração, tem um carácter dinâmico ocasionando a geração de poeiras por duas fontes: fragmentação de rochas e minerais e utilização de equipamentos com motor diesel. A fragmentação de rochas e minerais é efectuada mediante o processo de britagem, corte, abrasão e acção do explosivo, pela utilização de equipamentos (perfuradora; roçadoras; tuneladoras: raise boring; etc.) e pela remoção e transporte. A predição da quantidade de poeiras produzidas no processo de escavações subterrâneas pode-se realizar utilizando a equação (3.49) tendo em conta a quantidade de material rochoso escavado por hora. A quantidade de partículas emitidas pelos equipamentos movidos com motor diesel pode ser estimada pelas equações (3.50) e (3.51). A predição da concentração dos gases tóxicos pode ser quantificada dependendo das fontes. Para gases gerados por uso de explosivos podem-se utilizar as equações (3.35) e (3.36); para emissão de gases por equipamentos diesel a equação (3.37). Seguidamente, é necessário predizer o nível do possível impacte ambiental que se espera pelas poeiras e gases, tarefa que deve ser feita baseada na quantificação da emissão de poeiras e gases e a matriz base que está na Tabela 3.25 (gases) e Tabela 3.43 (poeiras). 11.6.1.4. Impacte ambiental acústico No processo da realização do projecto vai ser necessário utilizar metodologias de trabalho nas actividades cíclicas unitárias (perfuração, desmonte com explosivo/corte, suporte, remoção, transporte),serviços auxiliares (ventilação, drenagem, ar comprimido, entibação, enchimento), operações de extracção, britagem etc. Todas estas actividades precisam da utilização de ferramentas e equipamentos ou maquinas, que no momento da operar produzem ruído, o que altera as condições ambientais da atmosfera subterrânea. Para predizer o nível acústico das operações, é conveniente elaborar uma lista de equipamentos ou máquinas (marca, tipo, tamanho, operações a realizar e nível de ruído fornecido pelo fabricante) relacionadas com os locais de trabalho (secções) e as actividades operacionais ou de serviços auxiliares, com base em estudo de detalhe do projecto. A predição da magnitude da geração do ruído, deve ser quantificada utilizando a equação (3.124) para martelos pneumáticos, as equações (3.125) e (3.126) para equipamentos com motor diesel, e as equações (3.127), (3.128), e (3.129) para ventiladores. Podem também usar-se informações fornecidas pelos fabricantes dos equipamentos. As informações relacionadas com o nível de ruído produzido pelos equipamentos, devem ser as referidas à fonte inicial ou à posição do operador. Como exemplo são os resultados obtidos nos estudos de aplicação (Tabela 11.11). 469 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 11.11 – Nível sonoro contínuo equivalente máximo (fonte) registados na mina da Panasqueira (baseado na Tabela 7.15) Ambiente de trabalho Desmontes Desmontes Desmontes GalP-5, rampa L2/L3 Gal., ramp. Desm. P. extr.(Gal. D15 ) Galeria D23:L2 Galeria D23.L2 Desmontes Câmara quebragem Cabeça de correia Virador de mineral Secção (mxm) 5 x 2.2 5 x 2.2 5 x 2.2 3.2 x 2.5 5 x 2.2 4 x 2.4 3.2 x 2.5 3.2 x 2.5 5 x 2.2 30 x 20 5 x 2.4 6 x 2.5 Equipamento LHD Wagner Diesel ST-3.5 LHD eléctrico EST-2D Jumbo Tamrock H107 Dumper Wagner MT 412 Tractor AGRIA Sistema Jaula - Vagões 2 Ventiladores de 80 hp 1 Ventilador de 80 hp 1 Ventilador de 7.5 kW Britagem primário Tela transp.Torvas Descarga vagões Expos. (h/dia) 6.3 5.2 5.6 6.5 Eventual 6.5 Eventual Eventual Eventual 2.05 2.05 Eventual Leq dB (A) 102 93 120 104 97 89 111 102 92 103 97 93 No. de homens 2 2 2 1 13 8 variável Variável Variável 1 1 1 A predição do nível acústico a produzir-se no projecto de exploração subterrânea não deve ter só um carácter pontual (ocupacional), mas também de carácter ambiental, para predizer nível sonoro continuo equivalente LAeq,T pode-se usar a equação (3.118), ou as equações experimentais obtidas durante a aplicação á mina da Panasqueira (Tabela 11.12). As equações apresentadas na Tabela 11.12 são aplicáveis para aberturas subterrâneas com secção de 8 a 15 m2 (média de 11 m2) escavadas com explosivo em rocha xisto, onde o impacte ambiental sonoro atinge uma distância D (m) desde a fonte de emissão que é a máxima (Leqmáx) expresso em dB (A). Tabela 11.12 – Equações para determinar a distância máxima (D) desde a fonte para um valor máximo permissível de Leq de 85 dB(A) Equipamentos Extracção com jaula e vagões Ventiladores Jumbos e LHDs (diesel e eléctricos) Para qualquer fonte Equação D = 4.2212Leqmáx - 358.801 D = 2.0221Leqmáx - 171.877 D =1.2413Leqmáx - 105.511 D = 2.3015Leqmáx -195.627 Equação base 10.4 10.5 10.6 10.7 A tipificação do nível de impacte ambiental acústico no projecto de exploração subterrânea, pode ser realizada com base na quantificação da magnitude da emissão acústica para cada equipamento ou actividade a realizar e com a matriz base elaborada (Tabela 3.90). Com a metodologia proposta para a predição do impacte ambiental ocasionado pela alteração da temperatura, da concentração de gases e poeiras, variação da velocidade e caudal de ar e emissão de ruído, é possível predizer o nível do impacte ambiental subterrâneo para outros poluentes ambientais, como são a iluminação (item 3.5), radiação (item 3.5), explosão e incêndio (item 3.6). 470 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 11.6.2. Predição do impacte ambiental pela alteração da água subterrânea 11.6.2.1. Quantidade de água subterrânea Tal como foi analisado no Capítulo 3 da segunda parte do presente estudo, as alterações das condições naturais das águas subterrâneas são expressas na sua quantidade (caudal) e na sua qualidade. Portanto, para a predição do impacte ambiental na água subterrânea deve-se caracterizar estes aspectos nas condições naturais, de modo que sirvam de referência para a predição das possíveis alterações ambientais quando da realização do projecto. Para estimar a quantidade de água subterrânea na área da realização do projecto de exploração pode-se utilizar a equação (4.5). O caudal de água subterrânea varia ao longo do ano em relação directa com a precipitação pluvial (estação meteorológica), e o risco ambiental poderá ser também proporcional a esta variação. É óbvio que um maior caudal de água gerará um maior risco ambiental relacionado com potencial de inundação e influência no comportamento geomecânico do maciço rochoso. A previsão do nível de impacte ambiental relacionado com a possível inundação das aberturas subterrâneas poderá variar dentro do âmbito de acção do projecto de uma a zona a outra dependendo da precipitação pluvial, das condições da localização das aberturas no maciço rochoso e acessos à superfície, como também das suas condições geológicas. Tais condições poderão definir a distribuição deste caudal de água determinado, de modo que se pode estimar o caudal da água que eventualmente poderia drenar por gravidade e o caudal de água que será preciso controlar mediante técnicas conhecidas, como por exemplo bombagem. Para predizer o tipo de nível de impacte ambiental devido ao caudal de água subterrânea deve-se usar o caudal quantificado e relacionar com a matriz elaborada(Tabela 4.11). As medidas de prevenção e atenuação para o controle do risco ambiental relacionado com o caudal de águas subterrâneas, utilizam-se técnicas de impermeabilização ou bombagem. A engenharia relacionada ao controle mediante o sistema de bombagem está descrita no item 4.6.1 do Capitulo 4 da segunda parte do presente trabalho de investigação. Por exemplo na mina de Neves Corvo foi utilizada a técnica de impermeabilização do leito do rio e bombagem em 100% do caudal da água presente no ambiente subterrâneo, e no caso das minas da Panasqueira e San Rafael usa-se o sistema misto, ou seja, drenagem por gravidade e bombagem. 11.6.2.2. Qualidade da água subterrânea O impacte ambiental provocado pela drenagem ácida de minas subterrâneas está relacionado fundamentalmente como a alteração da qualidade da água superficial ao receber a descarga da água poluída que se reflectem geralmente nos aspectos a seguir: 471 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações propriedades térmicas; pH; cor; sabor; cheiro; concentração de sólidos e de metais. Portanto, as predições devem estar orientadas a estes aspectos. A descarga da drenagem ácida ocasiona a diminuição do pH, incremento das concentrações de metais, alteração da temperatura e turvação das águas superficiais que comprometem a biodiversidade existente, sendo uma séria ameaça para o domínio biológico do ecossistema. A predição da drenagem ácida tem dois objectivos: 1) Determinar o potencial de produção de ácido dum certo volume de exploração; e 2) Predizer a qualidade da drenagem baseada na taxa da formação ácida medida. Há dois pontos importantes que devem ser considerados ao avaliar o potencial ácido da geração do material da rocha. O primeiro, é de como colectar amostras do campo para o uso em teste analítico e o segundo é de qual o método analítico do teste que deve ser usado. Os métodos usados para predizer o potencial ácido da geração são dois: estáticos e cinéticos. Os factores que afectam a selecção do regime da amostragem e do método analítico incluem um conhecimento existente da geologia, dos custos, e do tempo disponível para o teste. a). Método estático: existem vários métodos estáticos e os mais conhecidos são: Neutralization potencial USEPA standard; a Alkaline production potential; relação de sulfureto (APP/S); net acid production (NAP) acid-base accounting (ABA) e net acid generation (NAG) hydrogem peroxide (Mitchell, P., 2000). Os testes estáticos predizem a qualidade da drenagem comparando o potencial de produção ácida máxima da amostra AP (kg H2SO4/t) com seu potencial máximo de neutralização NP (kg H2SO4/t), que podem ser determinados pelas equações (11.1) e (11.2). NP = %S  kgS  1  kmolS   kmolH 2 SO4   kgH 2 SO4   kgamostra 98 1000  kmolS   kmolH 2 SO4  t   1.0 100  kgamostra 32  kgS   AP =  Kg   eq  VH 2 SO 4 [Litros ]M   0.049  L  eq    t W [g ]10 −6   g (11.1) e (11.2) O ponto final de titulação acontece quando o pH é 4. Sob forma simplificada AP = 31.25 S, e S é o total de enxofre do sulfureto na amostra (%). NP é uma medida do material carbonatado disponível para neutralizar o ácido, cujo valor é determinado pela titulação directa ácida da amostra, sendo o pH é geralmente 3.5, o que possibilita determinar quantidade de ácido consumido (Ferguson, K.D., et al., 1991, Lapakko 1993). O potencial líquido da neutralização (NNP) ou o valor ácido/base (ABA) são determinados pela equação (11.3). NNP = NP – AP (11.3) Um NNP de 0 é equivalente a uma relação de NP/AP de 1. Os resultados do teste estático (AP, NP, e NNP) são expressas tipicamente em unidades de massa (quilograma, 472 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações tonelada métrica, etc.) de carboneto de cálcio (CaCO3) por 1000 toneladas métricas da rocha (Ferguson, K.D., et al., 1991). A relação NP/AP é a mais usada para a predição da geração de drenagem ácida, com a incorporação dum factor de segurança para reduzir os riscos resultantes dos parâmetros desconhecidos (Exemplo, Placer Dome. Inc, Tabela 11.13). Tabela 11.13 – Relação de NP/AP usado por Placer Dome Inc. (Mitchell, P., 2000) Relação NP/AP <1 1-2 >2 Potencial de Geração Ácida (ARD) Gera ARD a menos que os sulfuretos sejam não reactivos Possível geração do ARD se o mineral é neutralizado, coberto ou não reactivado de outra maneira Pouco provável geração de ARD Se a diferença entre NP e AP for negativa, existe potencial de produção ácida da rocha ensaiada. Se for positivo, então existe um menor risco. A predição do potencial da produção ácida é mais difícil quando o NNP está entre -20 e 20. Uma relação entre o potencial de neutralização duma amostra e o potencial de produção ácida de 3:1 indica uma menor probabilidade de gerar ácido, mas uma relação de 1:1 ou menos, indicam maior probabilidade de gerar ácido (Brodie et al. 1991). b) Método cinético: os testes cinéticos são distintos dos testes estáticos e fundamentam-se na imitação das reacções naturais de oxidação. Os testes usam tipicamente um volume de amostra maior e requerem um tempo também maior para a conclusão do teste, comparativamente com os testes estáticos. Estes testes fornecem a informação da taxa da oxidação mineral de sulfureto e consequentemente da produção ácida. Existem muitos métodos tais como: humidity cells, sohclet extraction, column tests, bc research confirmation , batch reactor e field tests (Tabela 11.14). Tabela 11.14 – Métodos de testes cinéticos Humidity cells (Sobek et al., 1978). . Tamanho de partícula 200 g de – 2.38 mm da rocha. . Exposição de 3 dias ao ar seco, 3 dias ao ar húmido e enxaguado com 200 ml no dia sete . Custo: US$ 425-850 Sohelet extraction (Singleton, G.A., et al. e 1978; Sullivan, P.J., et al., 1982) . Não apresentada do tamanho de partícula T=70ºC (Singleton e Lavkulich, 1978) T=25 ºC (Sullivan e Sobek, 1982) . Custo: US$ 212-425 BC research confirmation (Duncan and Walden, 1975) . 400 mesh o tamanho de partícula . Adição de 15/30 g de solução bacteriana activa . Se o pH 2.2 a 2.5, T = 35 ºC . Se o pH aumenta a amostra é não produtora de ácido . Se o pH diminui, 1/2 da massa da amostra original é adicionada em cada um de dois aumentos . Custos: US$ 170-340 A concentração de metais na água subterrânea proveniente das operações mineiras, está relacionada com o tipo de mineral presente no maciço rochoso e a propriedade da lixiviação pela acção da água. A predição do nível de concentração de metais pesados deve ser feita para cada caso particular. Finalmente, para predizer o nível do impacte ambiental pode ser usada a matriz base elaborada para este fim (Tabela 4.16 e 4.17). 473 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 11.6.3. Predição do impacte ambiental no maciço rochoso Para a predição do impacte ambiental pela instabilidade e desprendimento das rochas propõe-se utilizar o Índice de Qualidade Q (equação 5.2) e a relação da dimensão equivalente (equação 5.3) de Barton, relacionados mediante a equação (5.37). Esta equação representa um padrão de referência na predição da possível existência ou não do risco ambiental geotécnico (Tabela 11.15) estabelecendo uma comparação entre a dimensão equivalente crítica Dec (Dec = 2.821Q0.3838 ) e do projecto Dep . No caso da possibilidade da existência do risco ambiental, a predição do nível do impacte ambiental pode ser feita utilizando a matriz base da Tabela 5.19 e relacionando valores determinados com resultantes dos ensaios in situ e de laboratório, utilizando a técnica desenvolvida no Capitulo 3 da Segunda Parte do presente trabalho. Tabela 11.15 – Tabela para predição da presença do risco ambiental ou não pela instabilidade e desprendimento das rochas Risco de impacte ambiental Sim Não x x Dimensão Equivalente Dep ≥ Der Dep < Der Outra forma de predizer o impacte ambiental no maciço rochoso pode ser mediante a quantificação da velocidade vibratória crítica vc (m/s) provocadas pela detonação do explosivo. O nível de dano provocado pode ser previsto mediante as equações 5.30 e 5.34 que determinam a sobre escavação e a distância de dano provocado à volta de uma abertura subterrânea, respectivamente. Em geral, vibrações menores a 0.51 m/s não provocam nenhum dano no maciço rochoso, e os possíveis efeitos esperados em diferentes níveis de rocha estão indicados na Tabela 11.16.4 Tabela 11.16 – Efeitos da velocidade vibratória crítica provocados pela detonação do explosivo (Persson, et al., 1993) Velocidade pico de partículas vc (m/s) <0.254 0.254 - 0.381 0.635 - 2.54 >2.54 Efeitos no maciço rochoso Não existe facturação Pode ocorrer desplacamentos e algumas quedas de rocha Forte presença de fracturas de tensão e fracturas radiais Rotura completa 11.6.4. Predição do impacte ambiental no ambiente biológico exterior Os impactes ambientais biológicos se apresentarão quando realizam-se actividades que mudam as funções naturais do ecossistema. As alterações podem afectar a situação da saúde humana e a função do ecossistema terrestre e aquático no ambiente exterior em áreas de influência da descarga de poluentes desde o ambiente subterrâneo, pelo que é indispensável avaliá-las no EIAS. Em áreas não agrícolas, o grau de impacte ambiental está definido em relação à quantidade de emissões, ao período de exposição, toxicidade, captação e bio-acumulação 474 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações de metais pesados e outros elementos. Além disso, pode gerar impacte nos animais através da cadeia alimentícia. Outro aspecto importante é a degradação do ecossistema provocada pela subsidência (paisagem). Em áreas agrícolas, deverão ser avaliados os impactes adversos aos cultivos, solos (degradação) e recursos de água que podem comprometer a saúde humana e animal. A descarga de poluentes provenientes do ambiente subterrâneo pode destruir o habitat e provocar imigração de animais silvestres ou induzir mudanças fisiológicas e aumentar a susceptibilidade às doenças e ainda influenciar na saúde do homem pela cadeia alimentícia. Para a predição do impacte ambiental relacionado a estes aspectos os indicadores podem ser: a) Para a cobertura vegetal, a percentagem de superfície coberta (PSC), ponderada em função do índice de interesse das espécies existentes k (Tabela 11.17), determinado pela equação 11.4 cuja função de transformação está na figura 11.22. Nesta equação St é a superfície total considerada e Sz é a superfície coberta por cada espécie ou tipo de vegetação presente. PSC = 100 St z ∑S z (11.4) .K 1 A metodologia para avaliar o impacte paisagístico pode ser baseada no valor relativo do percentual da paisagem Vr (%) expresso pela equação (11.5), onde o valor absoluto é Va (espectacular 16 a 25, soberbo 8 a 16, distinto 4 a 8, agradável 2 a 4, vulgar de 1 a 2 e feio 0 a 1), tamanho médio das populações próximas é P (quantidade de habitantes na Tabela 11.18), distância média às populações próximas d (km na Tabela 11.18), acessibilidade aos pontos de observação Ac (imediata 4, boa 3, regular 2 má 1 e inacessível 0), superfície de observação S (muito grande 4, grande 3, pequena 2 e muito pequena 1). Vr = 1.125 P . Ac .S  d    1/ 4 (11.5) .Va Espécies K Endemismo Rara Pouco comum Frequente Comum Muito comum 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0.1 Qualidade ambiental Tabela 11.17 – Valores do índice de interesse das espécies existentes K 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 20 40 60 80 100 Percentagem de superfície coberta (PSC) Figura 11.22 – Função de transformação para paisagem, cobertura vegetal e fauna (Conesa, V., 1997) 475 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 11.18 - Indicadores P e d (Conesa, V., 1997) No. Habitantes 1-1000 1000-2000 2000-4000 4000-8000 8000-16000 16000-50000 50000-100000 100000-500000 500000-1000000 >1000000 P 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Distância (km) 0–1 1-2 2-4 4-6 6-8 8-10 10-15 15-25 25-50 >50 d 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 b) Para a fauna, considera-se como indicador do impacte o valor ecológico VE determinável com a equação (11.6), que mede o valor do biótipo mediante a sua qualidade e abundância expressas mediante os coeficientes a, b, c, d, e, f, g (Tabela 11.19) e a função de transformação da figura 11.22. VE = a.b + c + 3d + 10( f + g ) e (11.6) Para a predição do nível do impacte ambiental os valores inferiores a 0.5 são considerados inadmissíveis pelas normas em vigor. 11.7. Medidas de prevenção e correcção para o impacte ambiental Prevenir, atenuar ou corrigir o impacte ambiental significa introduzir medidas preventivas e/ou correctivas com o fim de: a) Explorar em maior grau as oportunidades que nos oerece o ambiente para melhor desempenho ambiental do projecto; b) Evitar anular, atenuar, corrigir ou compensar os efeitos negativos das acções derivadas do projecto sobre o ambiente; e c) Aumentar, melhorar e potencial os efeitos positivos que possam existir. Tabela 11.19 – Valores dos coeficientes da qualidade e abundância (Conesa, V., 1997) Razão Abundância de espécies Diversidade da espécie Espécies protegidas Diversidade de biótipo Abundância de biótipo Escassez de biótipo Endemismos Coef a b c d e f g Quantificação Muito abundante 5, Abundante 4, Médio 3, Pouco 2, Muito pouco 1. Excepcional 5, Alta 4, Aceitável 3, Baixa 2, Uniforme 1. De 1 a 10 Igual à quantificação de b Igual à quantificação de a Muito raro 5, Raro 4, Relativamente raro 3, Comum 2 e Muito comum 0 Sim 5, não 0 Será necessário estudar em profundidade as medidas a introduzir no projecto, podendo adaptar-se as seguintes: o Medidas preventivas, que evitam a presença do efeito modificando os elementos definidos no projecto (tecnologia, dimensionamento, traslado, tamanho, matérias primas, consumíveis, etc.); 476 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações o Medidas correctivas, os impactes recuperáveis, orientadas a anular, atenuar, corrigir ou modificar as acções e efeitos sobre processo produtivo (técnicas, etc.), condições de funcionamento (filtros, redutores acústicos, normas de segurança, etc.), factores do meio como agente transmissor (diluição, etc.), factores do meio como agente receptor (aumento de caudal, oxigenação das águas, etc.); o Medidas compensadoras de impactes irrecuperáveis e inevitáveis, que não anulam o efeito, nem anulam ou atenuam, mas compensa de alguma maneira a alteração do factor (ideminização por contaminação, criação de áreas verdes, etc.). Em função do nível do impacte ambiental e o tipo de medidas correctivas se consideram: • Possível, quando tendem à correcção de impactes recuperáveis; • Obrigatórias, que corrigem impactes recuperáveis, não inadmissíveis no sentido ambiental, até atingirem padrões adoptados ou legalmente estabelecidos; • Convenientes, para atenuar impactes recuperáveis, admissíveis no aspecto ambiental; • Impossíveis, quando se trata de impactes irrecuperáveis, não admissível no aspecto ambiental. 11.7.1. Medidas de prevenção e correcção para o impacte ambiental na atmosfera subterrânea As medidas de prevenção e correcção dos impactes ambientais produzidos na atmosfera subterrânea são de tipo térmico, dinâmico, volumétrico, poeira, gases, ruído, radiação, explosão e incêndio. A procura das alternativas têm relação com os factores as fontes de poluição ou alteração do ambiente da atmosfera subterrânea (fig. 11.23). Factores Naturais Factores Operacionais Profundidade Método de exploração Clima exterior Layout da mina Geologia Características físicas e químicas Fragmentação da rocha Método de trabalho Presença de gases Tipo e tamanho do equipamento Água subterrânea Tráfico de veículos Tamanho das aberturas Armazenagem de materiais Poluentes Poeira Emissão de gases Calor e humidade Controle Auxiliar Controle com Ar Mitigação de gás Ventiladores principais Drenagem de gás Sistema de refrigeração Explosões e incêndios Sistema de monitorização Radiação e ruído Ventiladores auxiliares Ventilação natural Sistema de controlo de ar com portas, etc. Número, tamanho e layout de aberturas Figura 11.23 – Factores e sistema de controle do impacte ambiental na atmosfera subterrânea 477 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A ferramenta tecnológica para a prevenção e correcção foi desenvolvida no Capitulo 1 da segunda parte de presente trabalho de investigação. As expressões matemáticas para obter uma caudal de ar mínimo para conseguir uma qualidade de ar da atmosfera subterrânea admissível pelas normas (padrões) em vigor, resumem-se na Tabela 11.20, cujo detalhe pode-se observar na parte referida neste parágrafo. É recomendável ter em referência sobre a velocidade crítica do ar, que é a mínima velocidade que permite manter o ar do ambiente subterrâneo em condições saudáveis para os trabalhadores (homens). Os estudos de aplicação nas minas de Neves Corvo, Panasqueira e San Rafael permitem exprimir que esta velocidade é de 0.5 a 0.8 m/s. Outro procedimento na determinação do caudal mínimo de ar requerido para a atmosfera subterrânea é aplicando a equação (3.58), que considera o caudal mínimo de ar para todos os contaminantes ambientais. As condições que permitem adoptar o caudal de ar de medida correctiva para todos os poluentes estão indicadas na Tabela 11.21. Tabela 11.20 – Equações que permitem calcular o caudal mínimo do ar que evitam o impacte ambiental do ar da atmosfera subterrânea Tipo de impacte Equação Térmico Equação q (t i − t f + ∆t i − f ) Junção QQi1− f = Linear Qi − f = Qm = Vm .S i − f 3.24 t f − t i1 3.29 Se ∆ ti-f> ∆ ti-f1: (para ∆t = ∆ttotal);Se ∆ ti-f1> ∆ ti-f : (2.32) Disjunção Gases Q go = IQAg q ge Pe , Q Poeiras Qp = e Qt .VLA p .P , 60C p Qp = Ep Geral q = VLAh N + VLAd Pm Explosão e incêndio Qsb = ESδ (iluminação), ϕµ  WL Q2 = Q1  1  WL2 3.43 3.44 3.45 3.54 3.55 60(VLA p − C ep ) q = VLAh N * Ql = 3.32 , L.S  C e  S =  (L + 120 ) Qe = Ln  t t  VLA  Homens Iluminação e radiação 3.31    Qi − f 1  e q   t f = t i − ∆t i − f 1  t f 1 = t i − ∆t i − f    q V . S    m i− f 1  3.73    3.73 1 1.85 (radiação) GAM (incêndios) LHD p ρ pi (explosões), MSI = GTAM Ppi N b 3.94 3.96 3.110 3.113 * Sem considerar caudal para equipamentos diesel Tabela 11.21 – Condições para adoptar o caudal de medida correctiva conjunta (térmica, dinâmica, volumétrica, devido a poeiras e gases) Condição Se Qmt > Q Se Qmt < Q Caudal a adoptar Qmt Q 478 Condição Se q > Q Se q < Q Caudal a adoptar q Q Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações O procedimento técnico para obter o caudal de ar requerido é mediante sistema de ventilação principal, ventilação auxiliar ou ventilação natural. Para o impacte ambiental sonoro é possível optar medidas de controle detalhados no item 3.7.6 do capitulo 3 segunda parte. 11.7.2. Medidas de prevenção e correcção para o impacte ambiental no domínio ambiental da água A procura de alternativas para a prevenção e correcção do impacte ambiental devido ao caudal da água subterrânea é relacionada com as técnicas de impermeabilização, drenagem por gravidade e bombagem. Entre estas técnicas a mais económica é a drenagem por gravidade e depois a bombagem quando aquela já não é possível drenar. O detalhe do processo de dimensionamento do sistema de bombagem está no item 4.6.1 do Capitulo 4 da Segunda Parte do presente estudo, expresso mediante equações 4.11 a 4.17. Para a prevenção e correcção do impacte ambiental devido à qualidade da água de mina (pH, metais pesados, concentração de sólidos, etc.) existem dois processos: tratamento activo e passivo, desenvolvidos no item 4.5.2. do Capitulo 4 da Segunda Parte. O tratamento químico activo das águas ácidas de mina (AMD) para remover os metais e a acidez é frequentemente um processo caro, mas os sistemas passivos podem ser executados como uma solução permanente para muitos tipos de águas ácidas de minas a um custo muito mais baixo (Faulkner, B.B. et al., 1994). A tecnologia passiva inclui: os charcos, os drenos anoxicos de pedra calcária (ALD), os sistemas de produção sucessiva de alcalinidade (SAPS), as lagoas da pedra calcária, e as valetas da pedra calcária (OLC). A selecção dum sistema passivo apropriado está baseado na química da água, taxa de escoamento, topografia local e características locais (Hyman, D.M. et al., 1995) precisando contínuas melhoras. A figura 11.30 (adaptado de Hedin, R.S., et al. 1994) resume o processo actual na selecção do tipo apropriado de sistema passivo para várias condições. Em geral, águas alcalinas podem ser tratadas por charcos aeróbio; os ALDs podem tratar água com baixo Al, Fe3+,O2; e os SAPS, charcos de anaeróbio e os OLCs podem tratar água ácida com alto conteúdo de Al, Fe3+, e O2. 479 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Determinação do caudal Análise química da água Cálculo da carga Água ácida Determinação do O 2 na água Relação Ião Ferroso/Férrico O 2 < 2 mg/l Fe+3 < 10% Al+3< 25 mg/l O 2 = 2-5 mg/l Fe+3 < 10-25% DRENAGEM ANÓXICA DO CALCÁRIO CHARCO AERÓBIO OU ANAERÓBIO, OU SAPS Água alcalina Água ácida O 2 > 5 mg/l Fe+3 >25% Baixo caudal < 200 l/min VALAS COM CALCÁRIO Pouco O 2, +3 precipitado de Fe pH > 4.5 Arejar BACIA DE DECANTAÇÃO pH < 4.5 BACIA DE DECANTAÇÃO BACIA DE DECANTAÇÃO CHARCO AERÓBIO Alto caudal ≥ 200 l/min CHARCO ANAERÓBIO OU SAPS As águas contêm efluentes dentro do valor limite? SIM NÃO Tratamento químico ou reciclagem ALD, SAPS, OLC, wetlands, etc. Rejeito Figura 11.30 – Diagrama para a selecção do método de tratamento passivo de Drenagem Ácida de Minas baseado em química e caudal de água (Hedin, R.S. et al., 1994) 11.7.3. Medidas de prevenção e correcção para o impacte ambiental no domínio ambiental rocha Entre as medidas de prevenção e correcção utilizadas amplamente em escavações subterrâneas estão as relacionadas com a instrumentação e com os sistemas de suporte, cuja tecnologia de selecção e dimensionamento para diferentes condições do meio rochoso e aberturas subterrâneas se tem desenvolvido no item 3.7.6 do Capitulo 3 da Segunda Parte do livro. 11.8. Programa de monitorização e controle As normas legais de nível geral (União Europeia) ou de nível de país (Portugal, etc.) contemplam a necessidade de que os estudos de impactes ambientais incluam um programa de monitorização e controle denominado também como programa de vigilância ambiental. 480 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Este programa deve estabelecer um sistema que garanta o cumprimento das medidas de prevenção e correcção contidas no estudo de impacte ambiental. Ou seja, levanta-se a questão de saber se as medidas de prevenção e correcção introduzidas como consequência dos EIAS (Estudo de Impacte Ambiental Subterrâneo) responderão positivamente nos termos supostos no momento da sua incorporação no processo de realização do projecto. Partindo da situação actual de referência, sem projecto, e com base no acompanhamento previsto, será possível efectuar uma avaliação futura, em instante determinado, e verificar em que medida orami cumprida as previsões dos impactes e as medidas correctivas e decidir sobre a necessidade ou não de adoptar novas medidas. O programa de monitorização e controle (programa de vigilância ambiental) deve ser elaborado pela equipa projectista, na sua primeira fase (sem projecto) e pela equipa auditora posteriormente (com projecto em realização). Além do programa de monitorização e controle ser útil na melhoria do sistema de gestão ambiental, serve também para informar ao sector administrativo responsável do aspecto ambiental da actividade que contemplará os factores e indicadores que sejam possíveis medir, estabelecidos no EIAS. Os aspectos objecto do programa de monitorização e controle são: ƒ Introdução correcta e garantir o nível de eficiência das medidas preventivas, protectoras, correctoras ou compensadoras; ƒ Medida dos impactes residuais cuja total correcção não seja possível, comparando com observações durante a realização do projecto e com os previstos no EIAS; ƒ Medida de outros impactes não previstos e de posterior aparição durante realização do projecto sejam ou não consequência das medidas correctivas. No processo da realização do programa de monitorização e controle será necessário utilizar procedimentos técnicos fiáveis e padronizados. Para a atmosfera subterrânea existem padrões e normas legais em distintos países do mundo, mas com carácter de Segurança, Higiene e Saúde. Portanto convêm rever e dar um carácter ambiental a esses padrões e normas. Em relação à água subterrânea pode-se aplicar os padrões e normas legais existentes para águas e em particular para drenagem ácida de minas. A parte ambiental rocha constitui um domínio muito complexo, pelo que existe uma dificuldade de legislar, portanto, é recomendável utilizar padrões de referência existentes para condições similares obtidos das experiências ins situ e de laboratório. 11.9. Informe final A síntese do processo, a comunicação de todos os aspectos estudados, analisados e avaliados, apresenta-se no informe final. O informe final deve ter uma qualidade técnica, ser compreensível, de fácil leitura, de estrutura não complexa e progressiva; de modo que o público em geral e a 481 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações administração ambiental possa julgar e decidir sobre a admissibilidade ambiental do projecto. Em relação ao conteúdo deverá ser similar ao determinado pelas normas existentes para estudos de impacte ambiental exterior. A seguir propõe-se uma adaptação do EPA dos Estados Unidos da América: ƒ Introdução e discussão da acção projectada; ƒ Estudo ambiental na situação pré-operacional; ƒ Descrição do projecto (Dimensionamento, realização, funcionamento, abandono); ƒ Acções que podem actuar sobre o ambiente nas distintas fases do projecto; ƒ Factores susceptíveis de receber impacte; ƒ Prováveis impactes sobre o ambiente; ƒ Alternativas da acção projectada; ƒ Maiores impactes e medidas para minimizar; ƒ Impactes negativos que não são possíveis de evitar ou são de alto custo; ƒ Relação entre a utilização dos recursos ambientais a curto prazo com a produtividade a longo prazo; ƒ Usos irreversíveis ou insubstituíveis dos recursos; ƒ Comentários recebidos durante o processo da investigação ou da realização do EIAS; ƒ Discussão dos resultados obtidos na avaliação quantitativa e qualitativa e em relação ao impacte residual; ƒ Proposta de estudos complementares e de detalhe quando necessários; ƒ Conclusões; ƒ Programa de monitorização e controle. 482 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Capítulo 12 SISTEMAS DE GESTÃO PARA O AMBIENTE SUBTERRÂNEO 12.2. Sistema de gestão ambiental (ems) /iso 14001 12.2.1. Aplicação do sistema ao ambiente subterrâneo Os problemas de contaminação e desequilíbrio ambiental produzidos pelo homem no ambiente subterrâneo (atmosfera subterrânea, água subterrânea, rocha em interacção com o homem) devem ser tratados com base em normas legais e administração da segurança e saúde do trabalho (fig. 12.1). Tratamento com base em NORMAS LEGAIS e sistemas de administração de Segurança e Saúde Projecto de exploração subterrânea Acção do homem no ambiente subterrâneo Desequilíbrio das condições naturais . Contaminação do ar e água subterrânea . Desequilíbrio e instabilidade do maciço rochoso . Acidentes e perda humana Danos no homem e no ambiente Figura 12.1 – Tratamento actual dos acidentes ambientais no ambiente subterrâneo Os acidentes consideráveis que ocorrem diariamente nos trabalhos subterrâneos, provocam consideráveis danos no homem e no ambiente, demostrando que a só aplicação das normas legais não é suficiente para evitar ou reduzir este grave problema, e portanto existe uma grande necessidade de procurar procedimentos proactivos. A norma ISO 14000, mediante a série 14001 considera precisamente este procedimento (proactivo) desafiando a organização a caracterizar seus aspectos ambientais, a estabelecer suas próprias metas e objectivos, a comprometer-se para adoptar processos efectivos e confiáveis para uma melhoria constante e fazer que os empregados e directores pratiquem um sistema de percepção, ilustração e responsabilidade compartida, onde o cumprimento das normas legais é mais que um elemento a considerar. A ISO 14001 foi preparada para a aplicação em organizações de qualquer tipo e tamanho e para adequar-se a diversas condições geográficas, sociais e culturais, mesmo que a tecnologia não constitua requisito em nenhuma parte da norma. O único requisito tecnológico é a obrigação de considerar o uso de processos, práticas, materiais ou produtos que evitem, reduzam ou controlem a poluição, mediante o reciclado, o tratamento, as mudanças no processo, os mecanismos de controle, o uso eficiente de recursos e a substituição de materiais (Cascio, J. et al., 1996). Sendo uma norma de muita importância na prevenção e cumprimento dos compromissos ambientais duma organização e não existindo restrições de nenhum tipo e sendo que pode-se adequar a diversas condições geográficas, como no ambiente subterrâneo existem sérios problemas de tipo ambiental, considera-se altamente positiva a aplicação da norma ISO 14001 na gestão do ambiente subterrâneo, sendo as normas 483 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações legais um elemento que participa em conformidade com os padrões de qualidade do ambiente subterrâneo (fig. 12.2). ISO 14001 / Sistema proactivo de protecção ambiental Projecto de exploração subterrânea Acção do homem no ambiente subterrâneo Desequilíbrio das condições naturais . NORMAS LEGAIS de segurança e saúde . PADRÕES DE QUALIDADE do ambiente subterrâneo . Contaminação do ar e água subterrânea . Desequilíbrio e instabilidade do maciço rochoso . Acidentes e perda humana Redução de danos ao homem e melhoria das condições ambientais Figura 12.2 – A ISO 14001 na gestão do ambiente subterrâneo Como um aspecto adicional, a ISO 14001 considera que os benefícios potenciais da prevenção da contaminação ambiental incluem a redução dos impactes ambientais adversos, eficiência melhorada e redução de custos, obrigando aos funcionários da organização, considerar estas opções ainda que a solução escolhida permita controlar a contaminação. Este requerimento contempla o aspecto de viabilidade económica das alternativas das medidas correctivas a utilizar, sendo esta questão muito importante em todo projecto de engenharia. 12.2.2. Gestão ambiental estratégica e melhoria contínua com a ISO 14001 Quando uma empresa mineira decide obter a certificação da norma ISO 14001 deve seguir uma rota ilustrada na fig. 12.3 e Tabela 12.1 que mostram a sequência de acções a realizar para a aplicação do EMS, a que compreende 5 secções principais com um total de 17 elementos. (1) Alta direcção estabelece política ambiental (Compromisso com a prevenção da contaminação e melhoria contínua) (2) Planificação (Aspectos ambientais, Leis etc., metas e objectivos, programas) (3) Implementação e operação (Estrutura, responsabilidade, capacitação, comunicação, controle, resposta) (4) Verificação e acções correctivas (Monitorização, medição, prevenção, correcção, registos, auditoria) (5) Revisão administrativa (Relatório de problemas/revisão da gestão/solução de problemas) Protecção ambiental (Melhora contínua, poupança nos custos aumento de imagem da empresa mineira) Figura 12.3 – Elementos sequenciais na implementação estratégica do ISO 14001(Martin, R., 1998) 484 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Não é recomendável elaborar um procedimento muito complicado, é conveniente abordar só aquilo que está relacionado com a intenção da norma. Um procedimento funcional pode ser: o Assegurar a colaboração de todas as partes responsáveis do sistema. A direcção da empresa deve fomentar a participação total dos trabalhadores relacionados com o processo. Tabela 12.1 – Secções e elementos da norma ISO 14001 (Davis, P., 1998, NSF International, 1996) Secções (5) 4.1 Política ambiental 4.2 Planificação 4.3 Implementação e operação 4.4 Verificação e acções correctivas 4.5 Revisão administrativa Elementos (17) 4.1. Política ambiental 4.2.1 Aspectos ambientais 4.2.2 Legal e outros requerimentos 4.2.3 Metas e objectivos 4.2.4 Programa (s) de administração ambiental 4.3.1 Estrutura e responsabilidade 4.3.2 Capacitação, consciência e competência 4.3.3 Comunicação 4.3.4 Documentação do EMS 4.3.5 Controle de documentos 4.3.6 Controle operacional 4.3.7 Preparação e resposta a emergências 4.4.1 Monitorização e medição 4.4.2 Inconformidade e acção correctiva e preventiva 4.4.3 Registos 4.4.4 Auditoria de sistemas de administração ambiental 4.5 Revisão administrativa Simplificar o processo recomendado pelos participantes com método de redução sucessiva até conseguir diferenciar entre temas de formação e temas operacionais. o Pôr em circulação o processo com carácter provisório e período de prova e pedir a opinião dos participantes, de cujo resultado eliminar ou aumentar segundo seja necessário. Logo de este período oficializar o documento e revisar em forma periódica para garantir a melhora contínua. Como é ilustrada na fig. 12.3 os elementos dos níveis iniciais são os mais críticos do sistema que servem de apoio aos superiores, no nível 1 está o elemento base que é o compromisso da alta direcção e a política ambiental, no nível 2 estão as metas e objectivos ambientais e no nível 3 o programa de controle ambiental integrado pelos processos, práticas, procedimentos e linhas de responsabilidade. Uma informação importante alimentada ao processo por revisão administrativa é a que provem das auditorias EMS que compreende o nível 4. O fim desta auditoria é assegurar que o EMS funcione como é esperado. A efectividade e avanços conseguidos pela EMS são avaliados periodicamente mediante a revisão administrativa localizada no nível 5. No último nível está a meta final que é o objectivo final que consiste em atingir uma melhoria constante com o fim de o 485 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações assegurar que a organização cumpra de forma consistente e fiável suas obrigações ambientais e de protecção. A National Center for Environmental Decision-Making Research (NCEDR) da University of Tennesse e considera 5 fases ou passos a seguir na aplicação da norma ISO 14001 até a obtenção da certificação (fig. 12.4). Auditoria externa e certificação FASE I: Comité de Gestão FASE II: Revisão inicial 5 Fase conforme a prioridades 2 Política FASE III: Planificação 3 Plano de 4 Implementação melhoria 1 5 FASE V MANUAL DA GESTÃO AMBIENTAL Revisão da administração Procedimento de mudança efectiva Revisão EMS Auditoria 2 3 FASE IV Implementação 4 Monitorização Figura 12.4 – Fases do sistema de gestão ambiental ISO 14001 na obtenção da certificação (Martin, R., 1998) Algumas institucionais dedicadas à aplicação da ISO 14001 consideram 3 fases com 24 passos como ISOTOP (http://www.isotop.net/11a.asp) e outros consideram 10 passos como a LEHDER (http://www.lehder.com/factsheets/ehs/ehs_factsheet_iso.html). 12.2.3. Revisão inicial Tomada a decisão de obter a certificação mediante a norma ISO 14001 e conformado o comité, o passo inicial consiste em determinar o estado actual dos programas ambientais da empresa mineira. No caso do ambiente subterrâneo de minas em operação deve-se caracterizar o programa de segurança e saúde existente. Cada especificação da norma deve ser revista, inclusive a política, exigências legais, capacitação, objectivos e metas, sistemas de controle operacionais, documentação, monitorização e controle, revisão da administração e acção correctiva. Deve ser considerada a condição operacional, incluindo possíveis incidentes e situações de emergência que podem ser encontradas, assim como a habilidade de fornecedores e subempreiteiros para concordar com a empresa o programa EMS e a norma legal aplicável. 486 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações A revisão inicial considera a contabilidade, a computarização da informação, as aquisições, a utilização de energia e programas de administração. O fim é para alcançar a eficiência operacional que assegure melhorias ambientais e minimizem o custo da protecção ambiental. A análise inicial permite uma rápida determinação do sistema de gestão ambiental e procedimentos para comparar com as exigências da norma. O modelo pode ser um questionário A revisão inicial deve avaliar as normas internas actuais da empresa relacionadas com o ambiente, saúde e segurança, como práticas operacionais e directrizes, além de normas externas e regulamentações. 12.2.4. Política ambiental da empresa mineira (4.1) A empresa mineira deve definir uma declaração das suas intenções e princípios em relação com seu desempenho ambiental que proporcione um marco de acção e para o estabelecimento de seus objectivos e metas ambientais. Para obter resultados satisfatórios do EMS é indispensável o compromisso de todos os níveis da estrutura orgânica, sendo o compromisso da alta direcção de máxima importância. Tabela 12.2 – Modelo do estabelecimento da política ambiental duma empresa mineira Política ambiental de uma empresa mineira a) Compromisso de melhoria constante e prevenção da contaminação: o Realizar prática de tecnologia limpa e de elementos não poluentes que permita uma melhoria contínua e um desenvolvimento sustentável; o Restaurar os recursos naturais onde seja possível; o Prevenir a contaminação e realizar um processo produtivo de forma que reduza as emissões ao ambiente a níveis permissíveis; o Aplicar procedimentos e metodologia adequadas durante o ciclo de vida, que permita proteger o ambiente; o Desenvolver consciência ambiental no pessoal de todo nível no sentido de que a interacção com as instalações, equipamentos outros recursos conduzam a redução dos riscos ambientais. b) Cumprimento das normas legais em vigor e uso de tecnologia adequada: o Cumprir com todos os dispositivos legais, regulamentos, padrões e outros dispositivos em vigor aplicáveis as operações mineiras; o Adoptar soluções tecnológicas ambientalmente aplicáveis, práticas, eficientes e viáveis economicamente; o Assumir a responsabilidade ambiental ante o pessoal da empresa e a comunidade. c) Estabelecimento e revisão de objectivos ambientais: o Dimensionar e adoptar equipamentos, processos, metodologias e técnicas com consciência ambiental de modo a reduzir o consumo de recursos, incluindo químicos e energéticos; o Comunicar ao pessoal de todos os níveis (da empresa, empreiteiros, subempreiteiros e fornecedores) para tomada de consciência e contribuição no processo do sistema ambiental; o Manter o centro de trabalho seguro e saudável para todo o pessoal. 487 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tal facto exige que a organização defina sua política ambiental (Tabela 12.2), garantindo a satisfação das seguintes condições: o A política ambiental da empresa deve ser relevante á natureza, ao nível de impactes ambientais das suas actividades de exploração subterrânea, seus produtos e outras actividades conexas, ou seja a política deve ser concordante a suas próprias necessidades e realidade. o Deve incluir um compromisso a favor da melhoria contínua, a prevenção da contaminação, o acatamento da legislação e regulamentação ambiental aplicável e outras que a organização subscreva. o O anterior compromisso, deve ser apoiado com uma serie de objectivos e metas concretas e muito bem definidas, ou seja quantificadas para permitirem medir a eficácia e avanços na consecução dos objectivos. o A política ambiental da empresa deve estar documentada, implantada, actualizada, comunicada a os empregados e estar a disposição do público. 12.2.5. Planificação ambiental (4.2) Depois do estabelecimento da política ambiental a ISO 14001 requer que a empresa desenvolva um plano para cumprir essa política, e por conseguinte a organização deve considerar: a) Aspectos ambientais (4.2.1): a norma define aspectos ambientais como qualquer elemento das actividades, produtos e serviços que podem interagir com o ambiente, considerando com um aspecto muito ambiental aquilo que tem ou pode ter um impacte ambiental significativo. No caso do ambiente subterrâneo o meio na que a empresa opera é a interacção do ar da atmosfera subterrânea, água subterrânea, maciço rochoso, o homem (no meio subterrâneo e exterior) e a biodiversidade no meio exterior (pela descarga de águas subterrâneas, subsidência, escombros e rejeitados), os que ao sofrer uma alteração da suas condições naturais ocasionadas pela exploração subterrânea provocam impacte ambiental negativo (Tabela 12.3). O pessoal encarregado dos registos deverá catalogar e categorizar os elementos ambientais em relação a seu impacte e dos que considere importante. b) Aspectos legais e outros requerimentos (4.2.2): a empresa deve identificar e catalogar os requerimentos de tipo legal ou outro tipo que a empresa haja adoptado para as suas operações. No caso de que o produto seja destinado ao mercado de outros países, como é o caso das minas metálicas, é essencial considerar as leis ambientais aplicáveis do país de origem e destino. No modelo apresentado na Tabela 12.4 considera-se a denominação de leis em muitos países, mas pode variar dum pais a outro. 488 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 12.3 – Modelos de aspectos e impactes ambientais o o o o o o o o o o o o o o Aspectos ambientais Baixa quantidade e velocidade alta/baixa do ar Emissões de gases de motores diesel Emissões de partículas de motores diesel Emissão de gases de detonação de explosivos Emissão de partículas de rocha e metais Emissão de gases e partículas explosivas Emissão acústica e radiação Escoamento de água subterrânea Drenagem ácida de água subterrânea Descarga de águas ácidas e poluídas Instabilidade do maciço rochoso Danos do maciço rochoso Operação com uso de energia eléctrica Geração e disposição de material estéril o o o o o o o o o o Impactes ambientais Níveis de gases tóxicos e cancerígenos Níveis de pó Níveis de gases tóxicos Níveis de sílica, etc., metais e pó Níveis de explosão e incêndios Níveis de radiação Níveis de influência na rocha e inundações Impactes na flora, fauna, diversidade e habitat, terras agrícolas e florestais Impacte, no maciço rochoso, flora, fauna e terras agrícolas e florestais Níveis de uso de energia, impacte visual, etc. c) Objectivos e metas (4.2.3): a norma define como objectivo ambiental a que surge da política ambiental que uma empresa estabelece para conseguir realizá-la podendo-se quantificar quando é prático, e como meta ambiental, os requerimentos de desempenho detalhados, quantificados quando seja prático, aplicáveis á empresa, ou parte dela, que surgem dos objectivos e precisam ser estabelecidos e realizados para conseguir esses objectivos (Tabela 12.5). Os fins e metas devem concordar com a política ambiental. d) Programa de gestão ambiental (4.2.4): proporciona elementos necessários para conseguir as políticas da empresa, para garantir a protecção ambiental e permitir uma melhoria constante. Está influenciado pelas políticas, seu aspecto ambiental, leis e normas. O programa consta de passos de acção, recursos e responsabilidades estabelecidas. Tabela 12.4 – Modelo de identificação e catalogação das normas Leis e normas relacionadas a aspectos ambientais a) A nível geral o Leis de segurança, higiene e saúde o Lei de ambiental, ar limpo, do ruído o Leis de águas superficiais e subterrâneas o Lei de poluentes e de protecção ambiental o Lei de estudo, avaliação e gestão ambiental o Lei de controle e reclamação de mineração superficial e/ou subterrânea o Lei de conservação e recuperação de recursos o Lei para controle de substâncias perigosas para a saúde e ambiente o Lei de planificação de substâncias perigosas o Lei de fecho de minas o Lei de protecção ambiental da flora, fauna, terras agrícolas e florestais o Lei de salubridade pública o Lei de zona de protecção ambiental o Lei de danos ambientais o Lei de disposição de escombros e impacte visual o Regulamentos internos de ambiente, segurança, higiene e saúde . 489 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 12.4 (cont.) – Modelo de identificação e catalogação das normas Leis e normas relacionadas a aspectos ambientais b) Em Portugal o Decreto-lei Nro.162/90 do 22 de maio de 1990, Regulamento geral de Segurança e Higiene no trabalho nas Minas e Pedreiras o Decreto-lei n.o 270/2001 de 6 de Outubro de 2001, Exploração de massas minerais – pedreiras o Decreto Regulamentar n.º 09/92 do 28 de Abril, Regulamentação sobre ruído o Decreto-lei n.o 292/2000 de 14 de Novembro de 2000, Regulamento geral do ruído o Decreto-lei n.o 236/98 de 1 de Agosto de 1998, Lei de Águas, etc. c) Em Peru o D.S. No 014-92-EM de 04 de Julho de 1992, Texto Único Ordenado de la Ley General de Minería o D.L.No. 613-90-PE de 07 de Setembro 1990, Código del Medio Ambiente y Recursos Naturales o Ley No. 26786 del 12 de Maio de 1997, Ley de Evaluación de Impacte Ambiental para Obras y Actividades o D.S. No. 016-93-EM de 28 de Abril de 1993, Reglamento para la protección Ambiental en la actividad minero – metalúrgica D.S. No 023-92-EM de 09 de outubro de 1992, Reglamento de Seguridad e Higiene Minera, etc As ferramentas para pôr em prática o programa de controle ambiental são: processo de documentos; práticas; procedimentos; capacitação e consciencialização do pessoal; e plano de emergência. Como aspecto importante, o programa de controle ambiental deve designar responsabilidades para cumprir com os objectivos e metas estabelecendo o tempo requerido. O organograma proposto é para uma mina subterrânea com produção considerada grande (≥ 2500 t/dia), que para o caso de empresas menores ou com sistema de exploração não complexa a estrutura orgânica pode ser simplificado (fig.12.5). 12.2.6. Implementação e operação (4.3) A implantação prática de um EMS adequado numa organização pode facilitar a identificação de impactes e riscos ambientais actuais e potenciais, além permitir estabelecer objectivos e metas incluindo desenvolvimento de estratégias eficientes para minimizar os riscos ambientais nas operações. Na implantação e operação do EMS serão avaliados os elementos indicados na Tabela 12.6. Presidente ou Director Geral Director planeamento Director de geologia Director de mina Director de EMS Director de lavaria Engenheiro Ambiente subterrâneo Engenheiro Ambiente exterior Técnicos do ambiente subterrâneo Técnicos do ambiente exterior Director vendas/aquisições Figura 12.5 – Proposta dum modelo da estrutura orgânica duma empresa mineira que explora pelo método subterrâneo, com detalhe do departamento de EMS 490 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 12.5 – Modelo de definição de objectivos e metas para a gestão do ambiente subterrâneo de uma mina em operação Objectivos e metas para o ambiente subterrâneo da empresa mineira a) Objectivo: Prevenir e reduzir as emissões de poeiras e gases Metas: o Avaliar e pôr em prática acções para dotar de caudal e velocidade de ar adequados Dotar de um caudal de ar maior ao mínimo admissível em 100% do ambiente para 2005 Dotar de ar com velocidade admissível em 100% do ambiente para 2005 o Realizar o estudo do impacte ambiental e pôr em prática para prevenir e reduzir as emissões de poeiras e gases de equipamentos com motor diesel – gases da detonação de explosivos Dotar de sistemas de filtro e catalisador de gases ao 100% dos equipamentos diesel para 20004 Reduzir a concentração e poeiras ao nível permissível em 50% dos desmontes para 2004 Reduzir a concentração e poeiras ao nível permissível em 100% dos desmontes para 2005 o Realizar o estudo de impacte ambiental e pôr em prática para prevenir e reduzir as emissões de poeiras de rochas, minerais e metais Reduzir a níveis permissíveis a concentração da sílica livre em 60% dos desmontes para 2004 Reduzir a níveis permissíveis a concentração da sílica livre em 100% dos desmontes para 2006 Reduzir a níveis permissíveis a concentração de metais tóxicos em 90% dos desmontes para 2005 o Avaliar e pôr em prática acções para reduzir o risco de explosões e incêndios Reduzir a níveis permissíveis a emissão do metano em 90% dos desmontes para 2005 Reduzir a níveis aceitáveis a concentração do pó de carvão em 100% dos desmontes para 2006 b) Objectivo: Prevenir e reduzir as emissões acústicas e radiação Meta: o Avaliar o impacte ambiental acústico e de radiação e pôr em prática acções de redução e de protecção Dotar de sistemas de protecção do ouvido adequados ao 100% do pessoal afectado para 2004 Capacitar sobre as causas e consequências do ruído e radiação ao 100% do pessoal para 2006 Dotar de sistemas de protecção para a radiação ao 100% do pessoal afectado para 20034 c) Objectivo: Prevenir e reduzir as descargas de água subterrânea Metas: o Avaliar o impacte ambiental devido á presença do caudal de água nos frentes de trabalho Sistema de bombagem adequado para controle de água que precisam controle por esgoto, Novembro 2004 Sistema de valetas para controle de água em zonas de drenagem por gravidade, Novembro 2004 o Avaliar o impacte ambiental devido a descarga de água de minas Obtenção do pH da água de níveis permissíveis para Julho de 2004 Reduzir a níveis permissíveis a concentração de metais para Fevereiro de 2004 d) Objectivo: Prevenir e reduzir o risco ambiental por instabilidade e desprendimento de rochas Metas: o Avaliar todos os processos de escavação ou abertura em rochas para reduzir em 40% de acidentes para 2004, 65% para 2005 e 100% para 2006 o Avaliar o comportamento geotécnico do maciço rochoso na parte superior da zona dos desmontes para prevenir o risco de subsidência para 2005 o Iniciar com a mudança do método de exploração subterrânea mais adequado a partir do primeiro trimestre de 2006 a) Estrutura e responsabilidade (4.3.1): da organização duma empresa é expressa num organograma que reflecte a estrutura administrativa, responsabilidades, organização e autoridade, sendo importante o apoio da presidência ou direcção geral, a gerência de linha e os empregados (fig. 12.5). 491 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 12.6 – Modelo de elementos típicos do programa de gestão ambiental o o o o o o o o Elementos típicos de um programa de gestão ambiental Estrutura administrativa, responsabilidades, organização e autoridade (organograma, fig. 4.54) Processo de controles ambientais em todas as actividades do processo operacional Recursos (pessoal adequado, recursos financeiros, equipamentos, materiais, energia, etc.) Processo para estabelecer objectivos e metas para conseguir as políticas ambientais Procedimentos e controles operativos a serem utilizados Capacitação Sistema de medição e auditoria Revisão administrativa e panorama geral A empresa que se comprometa a um EMS efectivo, deverá cumprir com as leis e normas e a prevenção ambiental estará no caminho do progresso ambiental, mas uma empresa que não pratique efectivamente não poderá obter benefícios ambientais. A responsabilidade ambiental deve ser distribuída desde níveis superiores até os empregados, aspecto que permitirá proporcionar uma retroalimentação regular aos directivos e empregados sobre o cumprimento do SEM, seus avanços, etc. que permitam atingir os objectivos e metas e a política ambiental da empresa. b) Capacitação, conscientização e competência (4.3.2): a empresa deve especificar os tipos de capacitação que deverão ser proporcionados tais como: treinamento para a consciencialização geral; e competência para os empregados realizar com uma acção de terminada (Tabela 12.7). É provável seja necessário capacitar, também, a os empreiteiros e fornecedores cujas acções poderiam gerar impacte ambientais na empresa. Tabela 12.7 – Capacitação, toma de consciencialização e competência (Martin, R., 1998) Tipo de capacitação Elevada consciência sobre a estratégica importância do EMS Audiência Directores e gerentes de alto nível Elevada consciência ambiental Todos o empregados Desenvolvimento de habilidades Complacência Empregados com responsabilidade ambiental Empregados cujas acções possam afectar complacência Propósito Compromisso com a política ambiental e melhoria contínua Compromisso com a política, objectivos, metas e responsabilidade ambiental Melhor desempenho em áreas específicas, operações e engenharia Assegurar que as normas e exigências internas sejam de conhecimento Todo o pessoal relacionado com assuntos ambientais deverá conhecer o impacte actual ou potencial de suas actividades laborais, papel que desempenham e a sua responsabilidade, e as consequências que poderia ocasionar a falta de seguimento do procedimento (Tabela 12.8). 492 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 12.8 – Modelo de capacitação para empregados de uma empresa mineira Tipos de capacitação a). Capacitação sobre emissões perigosas, água subterrânea e instabilidade de rochas o Capacitação sobre poeiras e gases tóxicos e explosivos perigosos o Capacitação sobre a acção das inundações e águas ácidas e poluídas o Capacitação sobre os riscos da instabilidade e desprendimento de rochas o Capacitação sobre a acção no caso de situações de emergência o Capacitação de percepção geral, funções e segurança em actividades de risco ambiental b). Capacitação em prevenção, preparação e resposta a emergências o Capacitação para o controle e segurança de acções em condições de risco ambiental o Capacitação de resposta a emergências ambientais c) Outras capacitações o Capacitação de operadores do sistema ambiental com um mínimo impacte o Capacitação sobre consciência ambiental para cumprir com a política e procedimentos ambientais e requerimentos do EMS. O controle da capacitação do pessoal de empresas empreiteiro deve ser: estabelecido quando se dão identificações de segurança, mediante manuais de procedimentos antes do início de actividades, seminários de capacitação obrigatórias para empreiteiros com periodicidade, vídeos e inspecções sobre a conformidade no cumprimento. Caso seja de ser detectada violação das normas e procedimentos, outorgar capacitação adicional. c). Comunicação (4.3.3): a empresa deve estabelecer procedimentos para: a) Manter comunicação interna entre diversas funções e níveis da organização; e b) Receber, documentar e responder as comunicações importantes de interessados externos em relação a aspectos ambientais e o SEM (Tabela 12.9). Tabela 12.9– Modelo de comunicação interna e externa o o o o o Comunicação interna e externa Apresentações periódicas da equipa de gestão e empregados sobre aspectos ambientais Reuniões abertas para famílias de empregados, a comunidade que rodeia e funções públicas Capacitação em percepção ambiental para empregados, empreiteiros e fornecedores Comunicação escrita em forma de publicação periódica ou informe anual Uso de um número telefónico livre para retroalimentação de público em geral Portanto, a comunicação com os empregados, com os vizinhos e com outros membros do público interessados e os clientes é a chave para o bom controle ambiental. d) Documentação do sistema de gestão ambiental EMS e controle de documentos (4.3.4 e 4.3.5): a empresa deve assegurar que o oficial de registo encontre uma compatibilidade entre o processo documentado e o que na realidade se pratica, que pode ser escrito sobre papel ou em suporte informático. O suporte informático permite organizar e distribuir a informação com muita facilidade. A documentação deve conter data de elaboração, revisão e actualização. È importante aplicar o ditado: “comunique o que faz e faça o que diz”. Deve-se estabelecer um procedimento para definir a maneira como serão controlados os documentos relacionados com o sistema de gestão ambiental, conservando-se arquivos organizados e de fácil identificação. Os elementos de controle de documentos são: data de 493 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações emissão e de revisão (assinatura); identificação do documento; número de cópia e referências. e) Controle operacional (4.3.6): a nível geral a empresa deve identificar aquelas operações e actividades associados com aspectos ambientais importantes em concordância a sua política, objectivos e metas e assegurar a sua realização (Tabela 12.10). Tabela 12.10 – Modelo de procedimentos para controle operacional Controle operacional a) Geral o O estabelecimento e mantimento de procedimentos documentados que cubram situações nas que sua ausência poderia produzir as mudanças da política ambiental e seus objectivos e metas o Estabelecimento de critérios de operação nos procedimentos o Estabelecimento e mantimento de procedimentos relacionados com aspectos ambientais importantes de bens e serviços utilizados pela organização e comunicar sobre procedimentos e requisitos importantes para fornecedores e empreiteiros b) Fornecedores o Pedir informação a fornecedores ou empreiteiros sobre actividades, materiais a usar, possíveis descargas ambientais e impactes experimentados por eles o Exigir que os fornecedores e empreiteiros tenham seu próprio EMS registado o Supervisar as instalações dos fornecedores e empreiteiros para garantir o cumprimento do EMS A empresa deve estar segura de que os fornecedores e empreiteiros compreendam e estejam conscientes sobre o EMS da empresa, de modo que não cometam falhas no seu cumprimento. O processo de controle das operações devem-se realizar antes, durante e depois do processo operacional, de forma que seja possível tomar medidas correctivas oportunas (fig. 12.6). f) Preparação e resposta a emergências (4.3.7): os procedimentos de controle operacional estão à frente da linha de defesa para qualquer necessidade de resposta de emergência. Mas, a necessidade de estar preparado para uma emergência é parte crítica do EMS. No caso de surgir uma emergência, uma resposta organizada e competente ajudará a minimizar qualquer dano à saúde humana e ao ambiente, pelo que é necessário ter um plano de emergência (Tabela 12.11). Requerimentos Monitorização Entrada Verificação Processo de operação Acções correctivas Saída Figura 12.6 – Processo de controle operacional no EMS 494 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações As técnicas podem incluir capacitação do pessoal, certificação de operadores de equipamentos e sistemas, participação em grupos de planificação de emergência da comunidade, desenvolvimento de grupos de investigação de acidentes e incidentes, participação em investigações e conferências, desenvolvimento de programas de segurança e saúde. 12.2.7. Verificação e acções correctivas (4.4) Consiste na verificação ou vigilância de actividades relacionadas com o EMS, assim como aos meios e métodos para tomar as medidas correctivas, no caso de detectarem deficiências. a) Monitorização e medição (4.4.1): consiste na colecção constante de dados e um rasteio continuo de parâmetros especificados, para avaliar o avanço do EMS e cumprimento dos objectivos e metas ambientais estabelecidos (Tabela 12.12). Um sistema de monitorização e medição deve compreender: . Procedimentos para a monitorização e medição dos aspectos chave das operações e actividades que podem ter impacte significativo; . Mecanismo para registar a informação que rasteie o desempenho e controle das operações importantes; . Procedimento para calibração dos equipamentos, a fim de garantir que os registos sejam representativos e fiáveis (Tabela 12.13); . Procedimento para avaliar periodicamente o cumprimento das leis e regulamentos ambientais. A ISO 14001 exige que a empresa estabeleça e mantenha um procedimento documentado de leis normas ambientais para avaliar periodicamente o cumprimento destas leis e normas (Tabela 12.14). Tabela 12.11 – Modelo de desenvolvimento dum plano de emergência Elementos a considerar num plano de emergência a) Elementos de planificação o Identificação e descrição de áreas de armazenagem e uso de substâncias perigosas (paiol, reactivos químicos, etc.) o Identificação de áreas sensíveis que podem ser afectados pelas emissões perigosas (escolas, hospitais, habitat silvestre, etc.) o Documentação de métodos usados para determinar a ocorrência da emissão duma substância perigosa o Descrição de métodos para avaliar áreas susceptíveis a uma emissão constante o Instruções para uso do plano e registar a listagem das organizações e pessoas que recebem este plano b) Operações, direcção e controle o Designar um coordenador de emergência que determinará quando pôr em prática o plano o Designar pessoal capacitado em resposta a emergências (especialistas em materiais perigosos, médicos, de segurança e enlace de comunicações) o Descrever os métodos de comunicação a usar entre os participantes 495 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 12.11 (cont.) – Modelo de desenvolvimento dum plano de emergência Elementos a considerar num plano de emergência Descrever procedimentos de entrada e saída dos participantes da área do incidente, envolvendo precauções do segurança, vigilância médica e equipa protector do pessoal o Descrição de procedimento ante uma emissão de substância perigosa o Identificar assistência exterior como: bombeiros, polícia e assistência médica o Números telefónicos de emergência e listas de nomes e números de organizações e agencias a serem notificados em caso de emergência c) Administração de recursos o Descrição da equipa de emergência e equipa auxiliar na comunidade o Lista de recursos e pessoal disponível para caso de emergências o Descrição do programa de capacitação para pessoal das instalações d) Medidas de protecção do pessoal e procedimentos de evacuação o Descrição dos planos de evacuação das instalações Informação sobre evacuações precautórias especiais e sobre instalações que proporcionem alimentação, abrigo e atenção médica da população deslocada o b) Inconformidade e acção correctiva e preventiva (4.4.2): inconformidade é o desvio entre o EMS e os requerimentos da ISO 14001 e não se deve confundir com o incumprimento. Podendo incluir a política, objectivos e metas, estrutura e responsabilidade, planos de capacitação, requerimentos operacionais, programa de calibração de equipamentos, registos, controle de documentos, preparação para emergências e procedimentos de resposta, monitorização e medição de planos, auditorias EMS e revisão de documentação administrativa e implantação das melhoras do EMS (Tabela 12.15). Tabela 12.12 – Modelo de monitorização e método de medição Métodos de monitorização e medição Características chave Métodos de monitorização e medição a). Caudal, velocidade e temperatura do ar . Sistemas de medição com anemómetros . Pouco caudal de ar em alguns locais . Velocidade e temperatura alta/baixa em . Sistemas de medição com termómetros alguns locais b). Emissões ao ar . Inventário de emissões tóxicas . Sistema de medição com detectores de gás . Concentração de poeira, sílica livre, etc. . Amostras de poeira com bombas pessoais e de alto volume . Metano e poeira de carvão . Sistemas de medição do nível de ruído e radiação . Ruído e radiação de elementos radioactivos c). Caudal e drenagem ácida . Caudal de água nas frentes de trabalho . Sistemas de medição de água conhecidos . Concentração de sólidos e metais . Amostragem da descarga na boca da mina . Baixo pH pela drenagem ácida . Amostragem da água superficial a montante e jusante . Gorduras e óleo gerados pela operação 496 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 12.12 – Modelo de monitorização e método de medição Métodos de monitorização e medição Características chave Métodos de monitorização e medição d). Instabilidade e desabamento de rochas . Amostragem e ensaios em laboratório de mecânica das . Parâmetros geotécnicos/geomecânicos rochas rochas . Ensaios in situ para determinar as tensões e parâmetros . Parâmetros dinâmicos do maciço rochoso dinâmicos . Dimensão de aberturas e planos de fogo . Facturas de energia eléctrica e). Uso de energia . Inventário (potência) de equipamentos eléctricos e tempo . Energia consumida de funcionamento Nota: O inventário de emissões tóxicas, concentração de sólidos e metais e outros poluentes no ar e água devem ser os indicados nas normas legais ou padrões internacionais. Os sistemas de medição devem ser os segundo aceites pelos organismos de qualidade de cada pais ou instituções internacionais como EPA, MSHA, ISO, ISRM, etc. Tabela 12.13 – Modelo de matriz de calibração de equipamentos Equipamento Frequência Equipamento Frequência Anemómetros Mensal Sensor de pH Diária Detector de gás Antes de cada uso Espectómetro Diária Colector de poeiras Antes de cada uso Sensor de temperatura Trimestral Detector de chama Semanal Ensaios compressão uni- axial Antes do ensaio Termómetro Antes de cada uso Ensaios compressão triaxial Antes do ensaio Alarme alta concentração Mensal Ensaios de resistência á tracção Antes do ensaio Sonómetro Antes de cada uso Ensaios dinâmicos, etc. Antes do ensaio Medidor de radiação Antes de cada uso Medidor de fluxo Semanal Nota: A frequência de calibração dos equipamentos a serem utilizados deve ser concordante com as exigências das normas legais e entidades de normas de qualidade como EPA, MSHA, ISO, ISRM, etc. Tabela 12.14 – Modelo de procedimento para cumprimento de leis e normas Cumprimento de leis e normas o o o o o Revisão de documentação legal sobre o volume, velocidade e a temperatura do ar, relatório governamental requerido, plano e notificações de restrições, registos de capacitação, inspecções, registos de medições, estudos e medidas correctivas aplicadas e outras informações. Revisão de documentos legais de emissões de poeiras e gases de motores diesel, concentração de poeiras, sílica, metais, metano, pó de carvão, etc., autorizações de uso de equipamentos, relatórios, monitorização e medições, horas de operação, registos de eficiência do sistema de controle, registos de consumo de gasóleo, inventário de emissões, etc. Revisão de documentação legal sobre caudal e descarga de água subterrânea, incluindo dados de relatórios de medições e monitorização na descarga, a montante e a jusante da descarga nos rios, plano de controle e resultados, dados e relatórios sobre a acidez e toxicidade do efluente, etc. Revisão de documentação sobre o processo de padronização e controle sobre a instabilidade e desprendimento de rochas, incluindo ensaios in situ e em laboratório, medições e monitorizações de deformações, caracterização geotécnica local, etc., medidas de controle e resultados. Revisão de documentação sobre inspecções para garantir uma gestão eficiente, colocação adequada de avisos sobre riscos e qualidade do ambiente, sinais de advertências, etc. registos sobre inspecção e manutenção adequada de equipamentos de controle ambiental. 497 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 12.15 – Modelo de procedimento para gestão da inconformidade o o o o Aspectos a considerar para a gestão da inconformidade Identificação das causas da inconformidade ou outros métodos Identificação de opções para acção correctiva e preventiva, incluindo modificação ou outros controles Capacitação do pessoal Implementação de um plano para acção de medidas correctivas c) Registos (4.4.3): é fundamental manter os registos ambientais do EMS. Estes registos permitirão que a empresa mostre a conformidade da gestão ambiental com a ISO 14001, assim como avaliar o progresso para atinguir os objectivos e metas ambientais (Tabela 12.16). Tabela 12.16 – Modelo de registos ambientais da empresa o o o o o o o Registos ambientais da empresa Relatórios de incidentes e queixas Informação de empreiteiros e fornecedores, do processo operacional e produto obtido Registo de inconformidade e acção correctiva e preventiva Procedimentos para preparação e resposta a emergências Registos de revisão da direcção, auditoria, inspecção governamental, capacitação e vigilância Registos da inspecção e calibração dos equipamentos Registos relacionados com impactes ambientais e leis ou normas ambientais d). Auditoria de sistemas de administração ambiental (4.4.4): a auditoria EMS deve permitir que a empresa determine se o sistema: o Está consoante ao planificado para o controle ambiental, incluindo requerimentos da ISO 14001; o Foi devidamente aplicado e mantido para a sua realização; o Proporciona informação sobre os resultados da auditoria EMS á direcção, para a sua revisão. Os procedimentos do programa de auditoria devem especificar a frequência das auditorias, o âmbito de acção, metodologias, responsabilidades e requerimentos para o processo e apresentação dos resultados. É conveniente distinguir entre a auditoria EMS exigida pela ISO 14001 e a auditoria de registo feita pelos serviços oficiais, para fins de certificação. A auditoria pode ser conduzida pelo pessoal da empresa ou por uma equipa de auditoria de terceiras partes. No primeiro caso deve haver um mecanismo para assegurar a objectividade. É importante lembrar que esta auditoria é uma auditoria do EMS, mas não do desempenho ambiental da empresa. Portanto os critérios são estabelecidos pela empresa e contra estes critérios é que se pratica a auditoria. O método para a colheita de provas pode incluir: entrevistas ao pessoal; exame dos documentos; observação das actividades; observação das condições; dados de prova; dados de monitorização e outros registos.O relatório da auditoria e as descobertas têm um carácter confidencial e contem informação importantes(Tabela 12.17). 498 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 12.17 – Modelo de temas a considerar no relatório de auditoria EMS Temas a considerar no relatório da auditoria EMS a) Organização e pessoal o Nome da empresa auditada e estrutura da organização o Nomes dos directores e do pessoal que participam na auditoria como auditados o Nomes da equipa de auditoria. Nome da empresa de terceiro auditor (se for o casso) b) Protocolo do auditor o Âmbito, objectivos e plano de auditoria o Critérios de auditoria acordados (deve incluir lista de documentos de referência contra os quais se realiza a auditoria) o Período da auditoria e lista de distribuição do relatório c) Descobrimentos da auditoria o Identificação dos dados confidenciais associados com o conteúdo da auditoria o Resumo do processo da auditoria o Descobrimentos da auditoria e conclusões em relação à conformidade da EMS com os critérios de auditoria SEM o Descobrimentos da auditoria e conclusões em relação se o sistema foi praticado e mantido devidamente. o Descobrimento da auditoria e conclusões em relação ao processo de revisão interna se é capaz de assegurar a qualidade do EMS 12.2.8. Revisão administrativa (4.5) Proporciona a ligação entre a política ambiental da empresa, as suas metas a longo prazo, os resultados ambientais e a melhoria constante. Segundo ISO 14001 devese realizar e documentar a revisão da direcção a intervalos de tempo determinados para assegurar que o EMS seja conveniente, adequado e efectivo. A direcção tem responsabilidades únicas e exclusivas dentro da ISO 14001, que são: política e estratégia ambiental; opinião e acção sobre a revisão do EMS e resultados da auditoria; opinião e acção sobre resultados de desempenho ambiental; acções de melhoria contínua; atribuição do pessoal capacitado; organização adequada; recursos financeiros e tecnológicos. Uma revisão administrativa apropriada deve garantir a informação seguinte: ‚ Revisão administrativa anterior e resultados de auditoria; ‚ Objectivos e metas ambientais frente aos resultados de desempenho; ‚ Nova legislação; ‚ Novas expectativas de grupos interessados; ‚ Mudanças aplicáveis na tecnologia, incluindo processos de trabalho; ‚ Posição financeira e competitiva da organização; ‚ Áreas e actividades do negócio; ‚ Preferências do mercado; ‚ Incidentes ambientais, inconformidade e acção correctiva. O pessoal administrativo ambiental deve assegurar uma revisão administrativa produtiva e efectiva. As suas funções são: salientar problemas actuais e emergentes; coordenar com auditores EMS; supervisar o EMS com os indicadores de processos e 499 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações desempenho que se usam; proporcionar guias sobre medidas de desempenho ambiental a órgãos de linha e de apoio; e colheita, analise e revisão das medidas de desempenho ambiental.Para a revisão administrativa a direcção pode utilizar métodos formais ou informais (Tabela 12.18). Finalmente, é possível a modificação dos objectivos e metas ambientais, no caso de existir uma justificação técnica e económica para a sua realização. Tabela 12.18 – Modelo do procedimento para a revisão administrativa Métodos formais o o o Métodos informais Actualização e revisão regular duma série de indicadores ambientais (representação gráfica) Revisão do programa e processos, mediante: requerimentos, fluxos do processo, procedimentos, dependências de funções, medições, pontos de controle e elementos conexos. Revisão de inconformidade e tempo real revisado o o o o Discussões de funcionários de nível igual e que administram operações similares Revisões não programadas Comunicações telefónicas, Email, etc. Reuniões pessoais 12.3. Sistema de gestão do ambiente, saúde e segurança ocupacional EHSMS 12.3.1. Sistema de gestão de ambiente, saúde e segurança EHS/EHSMS Um sistema de gestão integrado do ambiente, saúde e segurança é conhecido como EHS ou como EHSMS por as suas denominações em língua inglesa Environmental, Health and Safety e Environmental, Health and Safety Management System, respectivamente. Este sistema permite assegurar a boa saúde e segurança no trabalho do pessoal, minimizar qualquer impacte adverso que as suas actividades possam causar ao meio ambiente e contribuir positivamente para a vida da comunidade local. Trata-se dum sistema integrado da gestão ambiental EMS (Environmental Management System) e a gestão de saúde e segurança denominado OHSMS (Occupation Health and Safety Management System). Como já foi referido, o EMS (ISO 14001) é um processo cíclico e de melhora contínua para uma eficiente protecção ambiental (fig.12.7). Cook, Adrian (2001) indica que o OHSMS está estabelecido basicamente por: política; planeamento; implementação; monitorização e correcção; também de carácter cíclico e melhora continua (fig.12.8). O OHSMS permite uma administração da saúde e segurança ocupacional (OHS) integrado na estrutura de gestão empresarial e obter consciência e responsabilidade pelo OHS, realizar as medições da performance do sistema em forma planificada, usar processo de auditoria administrativa apropriado, adoptar um processo de melhoria contínuo e reduzir acidentes, danos e custos. 500 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Inicio Política ambiental Revisão administrativa Melhora contínua Monitorização/Medidas de correcção . Medições e monitorização . Comparação, correcção e prevenção . Registos . Auditorias de EMS EMS Implementação .Estrutura e responsabilidade . Consciência, capacitação .Comunicação . Documentação de SEM . Documentação de controlo . Controle operacional . Plano de resposta a emergências PLANEAMENTO . Aspectos ambientais . Leis e normas . Objectivos e metas . Programa de EMS Figura 12.7 – Processo do sistema de gestão ambiental EMS (Mclean, R. et al., 2000) Início PLANEAMENTO Identificação e avaliação de perigos ou riscos, processos, objectivos e metas, identifique regulamentos MELHORA Corrigindo deficiências, prevenindo ocorrências Política de OHSMS MONITORIZAÇÃO Medições, inspecções, auditorias internas/externas IMPLANTAÇÃO Programas e iniciativas, medições e controlo, planos de capital, capacitação Recursos Figura 12.8 – Processo do sistema de gestão de saúde e segurança OHSMS (Cook, Adrian, 2001) Kloepfer, Robert, (1995) considera que o sistema de gestão integrado EHSMS é composto de 10 passos, sendo a sua implementação: 1. Organização e dotação de pessoal adequado; 2. Políticas e procedimentos; 3. Planeamento; 4. Programas do sistema de gestão; 5. Avaliação e revisão; 6. Gestão dos sistemas de informação; 7. Registo e orçamento; 8. Objectivos e metas; 9. Vigilância legal e regulamentar; 10. Gestão de riscos e perdas. KOGAS também considera 10 elementos principais como requerimentos da política, implementação e operação do EHSMS (fig. 3.55). Comparando o EMS com o OHSMS ilustradas na fig. 12.7 e fig. 12.8 respectivamente, é obvio que têm características semelhantes tanto no processo como na estrutura, portanto um sistema de gestão integrado de gestão do ambiente, saúde e segurança EHSMS em termos gerais compreende quatro aspectos principais: políticas do EHS; planificação; implementação e operações e monitorização/medidas correctivas; composto por 10 elementos (fig. 12.9 e fig. 12.10). 501 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações EHSMS 1 Políticas 2 6 Gestão de saúde 7 Segurança Gestão de acidentes 3 Higiene industrial 8 Capacitação 4 Gestão de risco 5 Ambiente 9 Requerim. legal 10 Relações/ comunidade Figura 12.9 – Requerimentos do EHSMS (Korea GAS Corporation, http://www.kogas.or.kr/english/kogasready/EHS1.pdf) A etapa da planificação compreende: integração de aspectos ambientais, de saúde e segurança; identificação e avaliação de perigos ou riscos; processos; definição de objectivos e metas; identificação de regulamentos leis e normas aplicáveis, definição do programa de EMS e determinação do requerimento económico. Ambiente Inicio Revisão administrativa .Avaliação Auditoria do de riscos EHSMS .Leis e normas Auditoria operacional Políticas EHS Segurança Program as de Objectivos Registos e e metas documenta ção .Programas de . Estrutura e capacitação responsabilidade .Plano de Recursos . Comunicação Saúde Figura 12.10 – Gestão do Ambiente, Segurança e Saúde EHSMS (ALCOA, 1999) A etapa de implementação e operações compreende: definir a estrutura e responsabilidades; capacitação e criação de consciência do pessoal; comunicação; documentação do EHSMS e de controle; controle operacional e plano de resposta a emergências. Finalmente a parte da monitorização e medidas correctivas compreende: medições e monitorização; comparação de resultados de medições com o planificado; correcção e prevenção; registos; auditorias internas e externas e revisão administrativa. 502 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 12.3.2. Políticas Para melhor compreensão das políticas de EHSMS de uma empresa de mineração a seguir se enunciam as políticas adoptadas por algumas conhecidas empresas mineiras. A política de Meio Ambiente, Saúde e Segurança no Trabalho do Grupo Rio Tinto entende que a excelência na gestão das responsabilidades em saúde, segurança e meio ambiente é essencial para o êxito duradouro da empresa. Atravez de práticas de gestão eficazes, o grupo busca assegurar a saúde e segurança no trabalho aos seus empregados, minimizar qualquer impacte adverso que as suas actividades possam causar ao meio ambiente e contribuir positivamente para a vida da comunidade local (http://www.riotinto.com.br/pubc02.htm). Para alcançar estes objectivos o grupo Rio Tinto, propõe-se desenvolver suas actividades sobre uma base sólida de cumprimento das leis, regulamentos e compromissos voluntários de EHS aplicáveis. Procurar o melhoramento contínuo através do estabelecimento e revisão de metas, avaliação e relato do desempenho em EHS e utilização das melhores práticas disponíveis adequadas à situação local. Contribuir para o desenvolvimento de legislação e regulamentos consistentes; promover uma melhor compreensão das questões de EHS pertinentes as suas actividades. Outra referência importante é da Nobalco que faz parte do Grupo Alcan, que é uma empresa Australiana dedicada á exploração do Alumínio,e considera às suas políticas do EHS de maneira detalhada na Tabela 12.19. Adicionalmente, a Nobalco considera políticas ante a comunidade, baseadas no lema seguinte: “Trabalhando com as Pessoas e o Ambiente", dando importância as efectivas relações com as comunidades. As relações com a comunidade estão baseadas na confiança, dignidade e respeito mútuo, assumindo o compromisso para desenvolvimento em longo prazo. A Política ante a comunidade tem vários princípios chave: educação e capacitação; consulta; compreensão e comunicação. Tabela 12.19 – Política de ambiente, saúde e segurança de Nobalco (Grimonnd, D., 2002) Ambiente Nobalco reconhece que a protecção ambiental é parte essencial das suas operações. Seus objectivos são: o Manter uma melhor prática do sistema de gestão ambiental; o Operar de uma maneira ambientalmente responsável; o Monitorização e esforço contínuo na minimização do impacte da suas operações no ambiente natural; o o o o Saúde e Segurança Nobalco acredita que todos os danos e acidentes são evitáveis e que nenhum trabalho é tão urgente que não pode ser feito com segurança. Este é uma boa gestão para prevenir os danos à saúde e doenças. Padrões de saúde profissional e grau de segurança igualmente com outras companhias comparáveis. As obrigações de saúde e segurança de acorde com as normas legais pertinentes em vigor. Nabalco adopta um sistema comum de gestão de saúde profissional e saúde para seu próprio pessoal e dos empreiteiros. 503 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Tabela 12.19 (cont.)– Política de ambiente, saúde e segurança de Nobalco (Grimonnd, D., 2002) Ambiente Assegurar a conformidade no cumprimento de todas as normas legais; o Uso eficiente de matérias-primas; o Manter planos de emergência ante possíveis riscos ambientais; o Assegurar que todos os empregados e pessoal de empresas empreiteiras tenham consciência ambiental; o Incluir protecção ambiental para novos desenvolvimentos; Comunicação efectiva sobre a gestão ambiental á comunidade o Saúde e Segurança O sistema deverá abranger o perigo e análise de risco, informação, instrução e capacitação com o propósito de eliminar danos á saúde, doenças ou perdas. o Competência em saúde profissional e assuntos de segurança é tão importante quanto outras competências de trabalho. o Os desvios a os valores dos padrões de saúde profissional e segurança no processo operacional são inaceitáveis. O pessoal é responsável pela sua própria segurança e dos que trabalham próximo a ele o Estes princípios serão cruciais alcançando no futuro o sucesso para a compreensão. A performance de comunicações e ligações com a comunidade deve ser monitorizado continuamente. A manutenção das efectivas relações é um aspecto fundamental do planeamento empresarial em longo prazo constituindo parte das metas e objectivos. Baseadas nas políticas adoptadas por as duas organizações pode-se definir que a política do SHEMS de uma empresa mineira é buscar assegurar a saúde e segurança no trabalho dos seus empregados, minimizar qualquer impacte adverso que as suas actividades possam causar ao meio ambiente e contribuir positivamente para a vida da comunidade local. 12.3.3 Objectivos e princípios Uma gestão baseada no EHS deve estabelecer os objectivos e princípios concordantes com a sua política. A seguir resume-se os objectivos e princípios adoptados pelo Anglo American plc (http://www.copebras.com.br/politica_masso.pdf) que é uma empresa internacional, líder em mineração e recursos naturais A visão da empresa deve ser obter retornos significativos para seus accionistas, actuando de forma responsável em relação ao ambiente e à sociedade e estar comprometidos com os princípios do desenvolvimento sustentável. Esta política trata dos desafios centrais de meio ambiente, segurança e saúde do trabalho dentro do contexto do mundo globalizado. Para dar uma expressão prática esta visão significa medir o processo, nos seguintes objectivos: a) Ambiente: o Preservar os recursos ambientais; o Prevenir ou minimizar os impactes adversos decorrentes das operações; 504 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Demonstrar activa responsabilidade para com a Terra e a biodiversidade; Promover o bom relacionamento e a capacitação das comunidades nas quais estão inseridos; o Respeitar a cultura e a tradição das populações. b) Segurança e saúde do trabalho o Prevenir ou minimizar os acidentes e danos à saúde relativos ao trabalho de empregados e empreiteiros; o Contribuir para a resolução de problemas prioritários de saúde na comunidade. Esta política é revista regularmente para reflectir o compromisso, e a crescente compreensão dos princípios do desenvolvimento sustentável. o o 12.3.4. Princípios de gestão Os princípios de gestão deverão ser compatíveis com a política ambiental, de saúde e segurança assumidas pela empresa. A seguir apresentam-se os princípios de gestão em compromisso com a protecção ambiental que são necessários encorajar activamente. 1. Compromisso: garantir que os executivos seniores e gerências, responsáveis por temas de segurança, saúde e ambiente sejam experientes. Dotar recursos financeiros e humanos adequados para assegurar que tais temas sejam tratados de maneira a reflectir as prioridades da empresa. 2. Competência: garantir a competência e responsabilidade em todos os níveis através da selecção, retenção, educação, treinamento e conciencialização para todos os aspectos de meio ambiente, segurança e saúde de trabalho. 3. Avaliação dos riscos: identificar, avaliar e priorizar os perigos e riscos associados a todas as actividades operacionais. 4. Prevenção e controle: prevenir, minimizar e/ou controlar os riscos prioritários através do planeamento, projecto, investimento e procedimentos de gestão e de operação. Preparar e testar periodicamente planos de resposta a emergências. Quando os acidentes ou os incidentes ocorrerem, tomar pronta acção correctiva, investigar as causas básicas e tomar acção que as corrija. Procurar activamente prevenir as recorrências e disseminar as experiências aprendidas. 5. Desempenho: estabelecer objectivos, metas e indicadores de desempenho apropriados para todas as operações. Atender, no mínimo, a todas as leis e regulamentos aplicáveis e onde apropriados, aplicar as melhores práticas internacionais. 6. Avaliação: monitorizar, analisar e confirmar a eficácia da gestão e do desempenho da operação em relação aos objectivos e metas da empresa ou divisões e aos requisitos legais aplicáveis. É essencial para este processo um sistema de auditorias apropriadas e a geração de relatórios de progresso. 7. Relação com as partes interessadas: promover e manter um diálogo aberto e construtivo além de um bom relacionamento profissional com os empregados, 505 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações comunidades locais, agências regulamentadoras, instituições empresáriais e outras partes interessadas e afectadas, para expandir conhecimento e proporcionar uma mútua compreensão das questões de interesse comum. Reportar o progresso direccionado às realizações dos objectivos. 8. Melhoria contínua: cultivar a criatividade e a inovação na administração e desempenho das operações e a proximidade para resolver desafios que o empreendimento enfrenta. Apoiar a pesquisa e o desenvolvimento em questões de ambiente, segurança e saúde de trabalho, e promover a implantação das melhorias práticas e tecnologias onde apropriadas. É notório que os objectivos e princípios de gestão indicados têm muito que ver com o sistema de gestão ambiental ISO 14001, com a particularidade de incluir a parte de segurança e saúde. 12.3.5. Implementação do EHSMS Para implementar a política do EHS é necessário satisfazer requisitos mínimos de maneira que seja possível obter resultados eficientes os objectivos e metas estabelecidas no EHSMS. Por exemplo o Grupo Rio Tinto (http://www.riotinto.com.br/pubc02.htm) estabelece os seguintes requisitos mínimos: o Assegurar que as questões de EHS sejam parte integrante das estratégias de longo prazo; o Estabelecer programas e procedimentos para assegurar a implementação adequada e consistente de suas políticas de EHS; o Avaliar antecipadamente as implicações potenciais sobre a EHS das actividades de exploração, desenvolvimento, expansão, aquisição, vendas e fechamento e implementar acções para minimizar impactes sociais e ambientais adversos; o Providenciar para que os custos das actividades de EHS relacionadas com a operação, reabilitação e fechamento estejam incluídos na preparação de propostas de investimento, planos anuais, e prestação de contas; assegurar a utilização eficiente de energia, água e outros materiais e colocar em prática programas de prevenção de poluição; realizar auditorias regulares para avaliar o cumprimento das leis e das políticas de EHS da empresa; o Avaliar os riscos à EHS associados às suas actividades e produtos e tomar as providências adequadas para minimizar os riscos potenciais; preparar, testar e manter procedimentos de emergência em cooperação com as autoridades locais de atendimento a emergências; o Preparar e manter um plano para o eventual fechamento de cada operação, incluindo: gestão de impactes sociais e ambientais, estimativas de custos do fechamento e provisão financeira, e consulta e cooperação com as comunidades locais; o Assegurar que todos na empresa estejam conscientes das questões relativas a EHS e que as incorporem nas suas actividades diárias; 506 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações o o o o Fomentar a consulta, particularmente com empregados e comunidades locais, ouvir e responder às preocupações apresentadas, e contribuir para programas de educação pública sobre assuntos relativos a EHS; Exigir que todos os contratados implementem práticas que estejam consistentes com a política de EHS da empresa; Pesquisar processos, práticas e tecnologias que melhorem o desempenho em EHS; Reportar regularmente ao Conselho de Administração da empresa, sobre a evolução do desempenho de EHS e demais assuntos significativos relacionados com a política de EHS. 12.3.6. Capacitação e/ou treinamento do pessoal em temas de segurança Em relação ao treinamento do pessoal em segurança, Ramani, R.V., (1992) indica que o recurso humano é o investimento mais precioso feito numa mina. O pessoal necessário para o trabalho não é apenas o que é fisicamente apto mas é obtido pela selecção meticulosa e pelo treinamento e orientação adequada do trabalho. A regulamentação Norte Americana, contempla para pessoal novo de minas subterrâneas um treinamento mínimo de 40 horas, das quais 32 em aulas e 8 no local de trabalho. Adicionalmente toda o pessoal precisa um refrescamento num total anual de 8 horas. Os temas nos quais devem ser capacitados e treinados estão na Tabela 12.20. Tabela 12.20 – Temas do programa de treinamento e capacitação em saúde e segurança em minas subterrâneas (Ramani, R.V., 1992) Temas Normas e responsabilidades dos supervisores Dispositivos de resgate e respiração Introdução ao ambiente de trabalho Saúde de trabalho Identificação de perigos Perigos da electricidade Primeiros socorros Aspectos de saúde e segurança, tarefas atribuidas Padrões de saúde e segurança Prevenção de acidentes Explosivos Entrada e saída de mina, transporte e comunicação Mapa da mina, lugares de saídas, evacuação em emergências Plano de ventilação e controle de desprendimento de rochas Poeiras e gases Água subterrânea TP: para todo o pessoal 507 Pessoal novo TP TP TP TP TP TP TP TP Pessoal experiente TP Treinamento anual TP TP TP TP TP TP TP TP TP TP TP TP TP TP TP TP TP TP TP TP TP TP Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Para fins de treinamento e capacitação podem ser utilizados vídeos, programas de instrução, simulação de emergências em minas, inspecção ao início de turnos de trabalho, estudo de livros relacionados com a saúde e segurança, manuais de segurança, etc. A fig. 12.11 ilustra a estrutura, ferramentas e técnicas do sistema de segurança e controle de perdas na interacção entre materiais, equipamentos e acções do homem no ambiente de trabalho subterrâneo. 12.3.7. Programa de saúde profissional O EHSMS deve considerar um programa relacionado com os problemas da saúde profissional, acidentes e ferimentos do pessoal de mina. Este programa deve incluir um exame médico antes do ingresso e uma contínua monitorização durante o tempo de exercício do trabalho, para garantir boas condições de saúde e condições físicas. Projecto e mina e engenharia Observação do local de trabalho Análise e investigação de incidentes Incidentes e eventos Perdas Identificação imediata de causas Identificação de incidentes e testes (Contacto) Identificação dos componentes de perdas (ferimentos, danos) Sistema proactivo de análise de segurança Aumento de controlo (Gestão) Desenvolvimento do recurso humano . Treinamento . Supervisão do treinamento . Gestão do treinamento Planos possíveis . Condições do ambiente . Plano de ocupações Intensificação de causas básicas (Causas) Deficiências no treinamento Aspectos psicológicos e físicos, performances desejadas (Sintomas) Performance inseguro causado por: . Erros de cognição; . Erros na decisão; . Erros na acção . Actos inseguros . Equipamentos inseguros . Outros Dados do acidente . Base de dados MSHA . Sistemas específicos . Outros Figura 12.11 – Esquema para a avaliação e desenvolvimento dum treinamento efectivo e designação estratégica de postos de trabalho (Ramani, R.V., 1992) Os exames ou monitorizações médicas poderão revelar problemas da condição física, perda de audição, perda de visão, problemas de coração, artrite, doenças pulmonares, etc. Como é óbvio estes exames e monitorizações podem permitir dotar de pessoal adequado, prevenir ou realizar um tratamento médico do problema de saúde profissional identificado. Portanto, o programa de monitorização da saúde profissional tem como objectivos fundamentais: 508 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Protecção da saúde individual do pessoal; Monitorizar antes e depois da admissão do pessoal; Identificação da incidência das questões ocupacionais na saúde do pessoal; Tomar medidas correctivas que podem incluir protecção, tratamento, responsabilização de funções adequadas, etc. Todo o procedimento previsto e executado no programa de saúde ocupacional deve estar documentado. o o o o 12.3.8. Planificação do EHSMS A planificação do sistema de gestão do ambiente, saúde e segurança (fig. 12.12) compreende a avaliação de riscos, programa de operação e determinação de metas e objectivos. 12.3.9. Implementação de operações, monitorização e medidas correctivas A implementação de operações, monitorização e medidas correctivas são partes do sistema integrado EHSMS que podem ser realizados com base no item 4.2.6, 4.2.7 e 4.2.8 desenvolvido no tema de Sistema de Gestão Ambiental EMS, incluindo os aspectos de gestão de Saúde e Segurança ocupacionais OHSMS. 12.3.10. O departamento do EHS na organização empresarial mineira O departamento de EHS deve estar inserido na estrutura da empresa de forma que tenha a importância necessária igual a outros departamentos e permita uma eficiente gestão, a todos os níveis. O organograma da empresa pode variar quer na estrutura quer nos elementos que são de apoio à presidência ou direcção geral, a gerência de linha e os empregados (fig. 12.13). A responsabilidade ambiental, de saúde e segurança ocupacional deve ser distribuída desde níveis superiores até os empregados, o que permitirá proporcionar uma retroalimentação regular aos directivos e empregados com relação ao cumprimento do EHSMS pela empresa. 509 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Plano integral da área de gestão da empresa mineira Maior tonelagem Custo baixo Melhora do EHS Melhor pessoal Plano Plano Plano área EHS Plano Integrar no plano de acção da área de EHS LINHAS DE GESTÃO AJUDA . Comité Central do EHS . Departamento de EHS Avaliação de riscos Plano de acção da área de EHS Avaliação de riscos, Objectivos e metas, programa de operação de EHS . Revisão das acções que permitirão alcançar as metas e objectivos . Relatório mensal . Revisão trimestral Responsável Programa de operações Remover duplicação Objectivos e metas do EHS 1. Melhorar administração interna obtendo um nível de eficácia e eficiência 2. Reduzir danos sérios e ambientais incidentes (ex. em 20%) 3. Melhorar qualidade de investigações em defeitos de EHS 4. Melhorar acções de EHS fecho/abertura/local/auditoria 5. Reduzir emissões de pó, gás, etc. 6. Reduzir a contaminação da água 7. Reduzir acidentes por queda de rochas e por outras causas. Área Crítica? Figura 12.12 – Processo de planeamento do sistema de gestão EHS (baseado em Nobalco do Grupo Alcan, Grimonnd, D., 2002) 510 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Presidente ou Director Geral Director planeamento Director de geologia EHS: Ambiente, Saúde e Segurança (Environmental, Health and Safety) Director de mina Director de EHS Director de lavaria Engenheiro Ambiente subterrâneo Engenheiro Ambiente exterior Engenheiro Segurança e Saúde Técnicos do ambiente subterrâneo Técnicos do ambiente exterior Técnicos segurança e saúde subterrânea Director vendas/aquisições Técnicos segurança e saúde exterior Figura 12.13 – Proposta dum modelo da estrutura orgânica duma empresa mineira que explora pelo método subterrâneo, com detalhe do departamento de EHS 511 QUINTA PARTE CONSIDERAÇÕES FINAIS Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações ASPECTOS FINAIS 5.1. CONCLUSÕES O desenvolvimento da engenharia ambiental subterrânea e os resultados obtidos na aplicação experimental em três minas em operação assim como a subsequente interpretação, permitem enunciar as seguintes conclusões: A) Em termos gerais: O ambiente subterrâneo, como o ambiente exterior, é um sistema dinâmico de interacção mútua e integral dos quatro importantes domínios: atmosfera subterrânea, água subterrânea, rocha e o componente biológico (homem). Assim, o homem ao explorar o recurso mineral provoca o desequilíbrio ambiental que é manifesto nos impactos negativos atentatórios da sua própria saúde, da sua vida e da biodiversidade no seu âmbito de acção. Face aos crescentes avanços da engenharia ambiental no sentido do desenvolvimento sustentável, o ambiente subterrâneo não pode ser uma excepção, porquanto a engenharia ambiental subterrânea desenvolvida mostra a aplicabilidade dos princípios, conceitos, processos e sistemas de gestão contemporâneos. São válidos os modelos matemáticos, técnicas e sistemas de gestão desenvolvidos para avaliação do impacte ambiental relacionado com factores ambientais de: temperatura; gases tóxicos; poeiras; velocidade e caudal do ar; ruído; explosão e incêndio; iluminação e radiação; quantidade e qualidade das águas subterrâneas e a instabilidade e desprendimento de rochas. A engenharia ambiental subterrânea é aplicável a explorações subterrâneas em operação e para projectos novos. Para a gestão do ambiente subterrâneo são aplicáveis os sistemas de gestão ambiental (EMS) ISO 14001, o sistema de gestão integrado de ambiente, saúde, segurança (EHS) e ainda o sistema integrado de ambiente, saúde, segurança e comunidade (EHSC). A sequência de acções a realizar na avaliação do impacto ambiental subterrâneo é: identificação e caracterização de fontes produtoras de impacto ambiental, identificação do nível de impacto ou risco ambiental, procura de alternativas de prevenção e correcção, aplicação da melhor alternativa, monitorização e controlo. Para todos os factores ambientais, existe alguuma divergência de padrões adoptados por cada país ou região. B) Em termos específicos: B.1 – No domínio ambiental atmosfera subterrânea: o A influência da temperatura do ambiente exterior no ambiente subterrâneo é irrelevante em áreas onde a temperatura média mensal atinge valores até 6 ºC (Andes de Peru e zonas similares), mas para temperaturas mais elevadas (Europa e zonas 515 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações o o o o o o o o o o o o similares) existe influência considerável (5 ºC a 6 ºC para profundidades de 700 a 800 m); O risco ambiental térmico apresenta-se em minas tipificadas profundas, ou seja em profundidades onde a transferência de calor do maciço rochoso ao ar da atmosfera subterrânea supera 25 ºC; Em aberturas subterrâneas sem presença de água termal, o maior contaminante térmico é o que provêm da transferência do calor da rocha virgem à atmosfera subterrânea (85% a 90%), seguido por equipamentos diesel (6% a 8%) e finalmente detonação de explosivo (4% a 7%). Portanto, o parâmetro mais importante é a propriedade térmica do maciço rochoso; A técnica de ventilação permite obter uma temperatura de conforto no ambiente subterrâneo quando a temperatura do ar na entrada dum trecho é ≤ 27 ºC. Quando estas temperaturas superam este valor torna-se impossível a aplicação desta técnica sendo necessário usar refrigeração; Em frentes de trabalho com temperaturas próximo do limite indicado no ponto anterior, os caudais de conforto térmico mínimo são de 9 m3/s e máximo de 36 m3/s; O volume de ar requerido no ambiente subterrâneo, para a produção de uma tonelada de minério, mostra uma variação de 11124 m3/t (Neves Corvo, 6500 t/dia), 8129 m3/t (San Rafael, 2500 t/dia), 4908 m3/t (Panasqueira, 2000 t/dia); Em condições extremas o caudal mínimo requerido para o homem representa apenas um 4.5% do requerido pela utilização de equipamentos diesel. Portanto a importância de considerar o caudal mínimo de ar para os homens é apenas fundamental quando não há presença de equipamentos com motor diesel; Impacto ambiental negativo moderado a alto (gases e poeiras) na atmosfera subterrânea acontece com velocidades típicas de 0.5 m/s a 1 m/s e caudal de 7 m3/s a 16 m3/s; Actualmente, pela constante tendência de mecanização das operações mineiras de exploração, a principal fonte de poluição do ar, mediante gases tóxicos nocivos à saúde humana (CO, CO2, NO, NO2, SO2, hidrocarbonetos, fuligem), constituem os equipamentos movidos com motor diesel; Os gases produto das detonações de cargas explosivas constituem uma fonte de poluição adicional cuja presença no ar acontece principalmente no processo e nos locais de remoção do material desmontado; As concentrações típicas de gases caracterizadas são: CO de 0.0 a 500 ppm, CO2 de 0.0 a 3000 ppm, NO de 0.0 a 6 ppm, NO2 de 0.0 a 12 ppm e O2 de 19.2 a 20.9 %, apresentando nível de impacto ambiental moderado a alto em muitos locais; A mecanização na operação de perfuração minimiza a contaminação do ar pelas partículas sólidas, constituindo fonte principal de empoiramento do ambiente as operações de movimentação do material desmontado (remoção, transporte, britagem); A sílica livre suspensa no ar é função da maior ou menor ocorrência de quartzo no jazigo e nas rochas encaixantes; 516 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações o o o o o o A concentração típica de poeira varia de 0 a 5 mg/m3, com sílica livre de 0 a 13.4 % (Neves Corvo) e de 0 a 100% (Panasqueira), ocasionando impacte ambiental moderado a alto; A velocidade mínima (crítica) de ar que permite obter uma boa qualidade do ar está entre 0.5 a 0.8 m/s; O custo de redução das emissões de motor diesel é de 8 – 12 €/HP para a técnica de oxidação catalítica, 30 – 50 €/HP para sistema de filtros e de 50 €/HP para redução catalítica selectiva; Os custos da conservação da boa qualidade ambiental do ar na atmosfera subterrânea variam em função da grandeza da produção, da profundidade da operação, do nível de mecanização, da presença de água termal e das condições hidrogelológicas. Os custos de operação para as minas estudadas variam de 0.0000190 €/m3 de ar (Panasqueira), 0.0000766 €/m3 (Neves Corvo) e 0.0002612 €/m3 (San Rafael); As operações e equipamento usado em trabalhos subterrâneos, geram nível sonoro contínuo equivalente na fonte que varia de 89 dB (A) até 120 dB (A), com impacte ambiental acústico que atinge distâncias de 5.0 m a 35 m circundante à fonte; As medidas correctivas do impacto ambiental sonoro mais recomendáveis são as de protecção colectiva, de organização do trabalho, de protecção individual e de capacitação. B.2 – No domínio ambiental água subterrânea: o o o o o o O caudal e qualidade da água (água ácida de mina) constituem parâmetros fundamentais para a avaliação do risco ou impacto ambiental devido à alteração das águas subterrâneas; O caudal é função das condições morfológicas e hidrogeológicas do âmbito de acção da exploração subterrânea. As medições de 810 l/s na mina de Panasqueira frente a 72 l/s em Neves Corvo; são o reflexo do exposto. A qualidade da água é função da litologia, tipo de jazigo, mineralogia do meio rochoso, as dimensões de superfície do maciço exposto e do caudal de ar que escoa nas aberturas. A qualidade típica da água subterrânea numa mina em operação (Panasqueira) é: pH 3.5 a 7, Cu de 0.02 a 3.16 ppm, Zn de 0.15 a 21.8 ppm, Fe de 0.16 a 23.20 ppm, Mn de 0.05 a 30.40 ppm e As de 0.0 a 0.10 ppm; A descarga da água ácida de mina em água natural superficial provoca impacto ambiental de moderado a alto. Esta alteração característica é a da ribeira de Bodelhão (Panasqueira), com melhor qualidade a montante (pH de 5.2, Cu 0.1 ppm, Zn 0.8 ppm, Fe 0.08 ppm, Mn 0.5 ppm e As 0.0 ppm) e com forte alteração a jusante (pH 4.2, Cu 3.1 ppm, Zn 16.0 ppm, Fe 3.0 ppm, Mn 8.2 ppm e As 0.03 ppm); A medida preventiva e correctiva para o caudal é bombagem e para águas ácidas de mina a medida técnica e comicamente viável é o sistema wetland; Os custos ambientais devido ao controlo do caudal podem variar de 3800 €/ano (35HP) até 18900 €/ano (200 HP). 517 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações B.3 – No domínio ambiental rocha: o o o o Os parâmetros geoambientais que podem caracterizar o maciço rochoso são: o índice RMR (Rock Mass Ratio), o índice Q (Tunneling Quality Índex), tensões nas três direcções (σ1,σ2 e σ3), resistência à compressão e à tracção, módulo de deformação (Em), velocidade de propagação das ondas P (Vp) e a densidade (ρ); Os indicadores do risco ou impacto ambiental geotécnico, podem ser a dimensão equivalente (De) em função do índice Q, deformação (δ), variação da tensão (∆σ), relação entre tensão e a resistência (∆σ/ECU), factor de segurança (FS), velocidade vibratória crítica (vc); Não existem normas ou padrões universais, pelo que se precisa determinar padrões para cada projecto; As medidas de prevenção e correcção consistem na monitorização e controle permanente, sistemas de injecção e tratamento de solos e sistemas de suporte. 5.2. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALCOA, (1999), “Alcoa Environment Health & Safety Annual Report”, Pittsburgh US. ALVAREZ, J., (2001). “Comportamiento estructural y mineralización de estaño – cobre, Mina San Rafael, Puno – Peru”, XXV Convención de Ingenieros de Minas del Peru. AMANN, MARKUS, ET AL., (2000), “Cost-effective Control of Acidification and Ground-level Ozone”, Eighth Interim Report (Part 2) to the European Commission. ANON, (1974). “Dust Control”, Stanhope Bretby: NCB Mining Research and Development Establishment. ARENAS, M., (1999), “Exploración y Geologia de la Mina San Rafael, Puno”. Revista Minería n.º 250 – XLVII, Maio 1999. Peru. ASSOCIATION FOR THE ADVANCEMENT OF COST ENGINEERING INTERNATIONAL, AACE, (1990), “Standard 10S-90. Standard Cost Engineering Terminology, US. AUSTIN, B.A., (1982), “Illumination in Mines”, 36, Environmental Engineering in South African. BANERJEE, S.C., (2000), “Prevention and Combating Mine Fires”, A.A. Balkema/Rotterdam/Brookfield. BELL, L.H., et al., (1994), “Industrial Noise Control. Fundamentals and Applications”, Marcel Dekker, Inc. US. BARETTINO FRAILE, D., (1992), “Identificación y evaluación del I.A. sobre la Gea”, ITGE, Gráficas Monterreina S.A. Madrid, Espanha. BARNES D. ET AL, (1986), “Water and Wastewater Engineering Systems”, Longman Scientific and Technical. London. 518 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações BARTON, N., (1971), “A relationship between joint roughness and joints shear strength”, Proc. Sym. ISRM. Rock Fracture – Nancy. BARTON, N., LOSET, F., LIEN, R., AND LUNDE J., (1980), “Application on Q-System in Design Decisions Concerning Dimensions and Appropriate Support for Underground Installations”. International Conference on Sub-surface Space. Rockstore, Stokgolm. Sub-surface Space, vol.2. Pergamon. BARTON, N., LIEN, R. AND LUNDE J., (1980) “Estimation of support requirements for underground excavations”, 16th Symposium on Design methods in Rock Mechanics. Minnesota. BRANDIS, S., LUMSDEN, A.C. AND BARTON, N., (1981) “Experimental studies of scale effects on the shear behavior of rock joints”, Int. Jour. Rock.Mech, Min.Sci. No.18. BARTON, N., AND CHOUBEY, V., (1977), “The shear strength of rock joints in theory and practice”. 23rd U.S. Sym. Rock Mech. Berkeley. BARATON, N., AND BAKHTAK, (1984), “Large scale static and dynamic friction experiments”, Int. Jour. Rock. Mech, Min. Sci. No.20. BARTON, N., (1995), “The influence of Joint Properties in Modeling Rock Masses”, Proc. 8th Int.Cong. On Rock mech. Tokyo. Ed. BALKEMA (1997). Vol3. BARTON, N., Y GRIMSTAD, E., (2000), “El sistema Q para la selección del sostenimiento en el método Noruego de excavaciones de túneles”, Capitulo 1, Ingeo Túneles Libro 3, Madrid. BAUMGARTNER, A. AND REICHEL, E. (1975), “The World Water Balance“, Elsevier Science Publishers, Amsterdam and New York. BERNARDO, P. A. M. (1995), “ Dimensionamento e Simulação de Redes de Ventilação Mineira”, Dissertação para obtenção de grau de Mestre em Mineralugia e Planeamento Mineiro, IST Lisboa. BERNARDO, P. A. M., (1999), “Registo de medições da concentração de gases com EXOTOX 60 na mina da Panasqueira”, folha de registo de medições realizadas.Lisboa. BIENIAWSKI, Z.T., (1978), “Determining Rock Mass Deformability”, Experience from histories. Int. Jour. Rock. Mech. Min. Sci. No.15. BIENIAWSKI, Z.T., (1989), “Engineering Rock Mass Classifications”, John Wiley, New York. BIENIAWSKI, Z.T., (1992), “Ground Control”, Chapter 10.5 SME Mining Engineering handbook, 2nd Edition V 1, Hartman H.L. Editor, US. BILSOM (2003), “Suppliers of Safety and Perssonel Protection Equipment for All Industries “, Stratfords Ltd Safety Catalogue, http://www.stratfords.com. BRODIE, M.J., BROUGHTON, L.M. AND ROBERTSON, A.M., (1991), “A Conceptual Rock Classification System for Waste Management and a Laboratory Method for ARD Prediction From Rock Piles”. In Second International Conference on the Abatement of Acidic Drainage. Conference Proceedings, Montreal, Canada. 519 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações BROW WEIS, E., (1989), “In Fairness to Future Generations: International law, common patrimony and intergovernmental equity”, University of California, San Francisco 941430448. BRUEL & KJAER, (1994), “Manual de Utilização do Sonómetro Integrador de Precisão Modelo 2236”, Versão Internacional. CALIZAYA, F., AND MULYADI, A., (1999). “New P.T. Freeport Mine ventilation system – basic requirements (25 kt/day plan)”, Technical Papers. Mining Engineering, US. CALIZAYA, F., AND KETUT KARMAWAN, K., (2002), “P.T. Freeport DOZ Mine Ventilation System”, Tembagapura, Indonesia, Mine Ventilation Services, Inc. Fresno, California, US. CARVALHO, P., (1986), “ Na introduction to the Neves – Corvo Copper Mine, Portugal”, Iberian Field Conference of the Society for Geology Applied to Mineral Deposits, SGA, Lisboa. CASCIO, J., WOODSIDE G., and PHILIP, M., (1996), “Guide ISO 14000” McGraw Hill, Sidney Australia. CHOW VEN TE, D.R., AND MAYS L., (1988), “Applied Hydrology”, McGrau – Hill, New York, US. CLARK, R.B., (1992), “Marine Pollution”, 3rd ed. Clarendon Press, Oxford. COMMONWEALTH OF AUSTRALIA, (2002), “Overview of Best Practice Environmental Management in Mining”, Environment Australia ISBN 0 642 48797 9 of the series 0 642 19418 1, Sydney, Australia. CONESA FERNÁNDEZ, V., (1997), “Guia metodológica para la evaluación del impacto ambiental”, 3ª Edição, Ediciones Mundi Prensa. Madrid, Espanha. CONSELHO DA COMUNIDADE EUROPEIA, (2003), “Decisão 2002/358/CE do Conselho, de 25 de Abril de 2002, sobre Mudança do Clima”, União Europeia. CONSULTANTS, ECOLOGY AND ENVIRONMENT, INC., UNITED STATES, (2001), “Acid Rain Control and Environmental Improvement Project in the people’s Republic of china”, Initial Environmental Examination IEE in Anhi Province. CONTI, R. S., AND C. D. LTTON, C. D., (1995), “A Comparison of Mine Fire Sensors”. US Bureau of Mines. Report Investigation 9572. COOK, A. P., AND VAN DER MERWE, J. N., (2000), “Design, Construction and Testing of Underground Seals”, Final project Report, Safety in Mines Research Advisory Committee SIMRAC, Shout Africa. COOK ADRIAN, (2001), “OHSMS in British Columbia OHSMS in British Columbia a WCB Perspective a WCB Perspective”, CEAA Conference Vancouver B.C., Canada. CORDNER, J. P., (1980), “Costs and benefits of environmental protection”, National Conference, Melbourne, Australia. 520 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações COUPERS, D., LOBATO, J., E PINTO, R. J., (1998), “A aplicação do método de bench and fill aos minérios fissurais do jazigo de Neves Norte”, IV Simpósio Internacional de Sulfuretos Poli Metálicos da Faixa Piritosa Ibérica, Lisboa. CREEDY, D.P., (1996), “Methane prediction in collieries” Safety In Mine Research Advisory Committee – SIMRAC, Final Project Report. CREEDY, D.P., AND ARMSTRONG, W., (1996), “Methane Prediction in Collieries”, Final project Report, Safety in Mines Research Advisory Committee SIMRAC, Shout Africa C&T BRASIL, (2003), “Protocolo de Quioto à Convenção sobre Mudança do Clima”, Ministério da Ciência e Tecnologia, Brasil. DALY, D., (1994), “Lecture Series on Groundwater”, Civil and Environmental Engineering Department, University College Cork. DAVIS, M.L. AND CORNWELL, D.D., (1991), “Introduction to Environmental Engineering”, McGrau – Hill, New York, US. DAVIS, PATIE, (1998), “Implementing an Environmental Management System in Community –Based Organization” , EPA US /NSF International, Michigan, US. Decreto-lei n.º 162/90 do 22 de Maio de 1990, “Regulamento Geral de Segurança e Higiene no Trabalho nas Minas e Pedreiras”, de Portugal. Decreto-lei n.º 251/87 de 24 de Junho. “Regulamento Geral sobre o Ruído”, Portugal. Decreto-lei nº 292/89 de 2 de Setembro, Lei do ruído em Portugal. Decreto-lei n.º 292/89 de 2 de Setembro. Alteração dos artigos 4.º, 20.º, 21.º, 22.º, 23.º, 35.º, 36.º e 37.º do Decreto-lei n.º 251/87. Diário da República I Série N.º 202 – 2-91989, Portugal. Decreto Regulamentar n.º 09/92 do 28 de Abril, Regulamentação sobre ruído, Portugal. Decreto-lei n.º 236/98 – 1 Agosto, Lei de águas, Portugal. Decreto-lei n.º 292/2000 de 14 de Novembro. “Regulamento Geral do Ruído”, Portugal. Decreto-lei n.º 270/2001 de 6 de Outubro de 2001, Exploração de massas minerais – pedreiras, Portugal. Decreto Ley Nro. 708 – 709 del 6 de noviembre de 1991 y Decreto supremo Nro. 02392-EM, “Reglamento de Seguridad e Higiene Minera”, Peru. Decreto Supremo No 014-92-EM de 4 de julio de 1992, Texto Único Ordenado de la Ley General de Minería, Peru. Decreto Ley No. 613-90-PE de 7 de setiembre de 1990, Código del Medio Ambiente y Recursos Naturales, Peru. Decreto Ley No. 26786 del 12 de mayo de 1997, Ley de Evaluación de Impacto Ambiental para Obras y Actividades, Peru. Decreto Supremo No. 016-93-EM del 28 de abril de 1993, Reglamento para la protección Ambiental en la actividad minero – metalúrgica, Peru. 521 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Decreto Supremo No 023-92-EM de 9 de octubre de 1992, Reglamento de Seguridad e Higiene Minera, etc., Peru. DEERE, D.U., (1964), “Technical Description of Rock Cores for Engineer-purposes”, Rock Mechanics and Engineering Geology. Volume 1. DEPARTMENT OF THE INTERIOR - OFFICE OF SURFACE MINING US, (2003), “Acid Mine Drainage treatment techniques and costs”, US. DEUTZ CORPORATION, TUV Zertifikat, December, (1997), http://www.deutzusa.com/Technical/. DIAMOND CRAIN, P., (1996), “Environmental Management System – Demonstration Project”, NSF International, Michigan, US. DINIS DA GAMA, CARLOS (2000), “Geotecnia Ambiental – Perspectivas e Aplicações”, Revista Geotecnia n.º 90, Lisboa, Portugal. DINIS DA GAMA, C., (1998), “Evaluación de los daños al macizo rocoso provocados por las voladuras en túneles”. IngeoTUNELES.Vol. 2, pp. 231-249, Madrid. DINIS DA GAMA, C., (1998), ”Acompanhamento Geomecânico da mina da Panasqueira”, Abril Maio 98, Hidromineira, Lisboa. DINIS DA GAMA, C. AND XIANBIN, YU., (1999), “Geomechanics investigations in a multiple room and pillar mine”, ISRM International Congress on Rock Mechanics Paris. DINIS DA GAMA, C., E MARQUES BERNARDO, P., (2001), “ Condições técnicas para uso de explosivos na escavação de túneis urbanos em maciços rochosos”, Curso sobre Túneis em Meios urbanos, Coimbra Portugal. DINIS DA GAMA, C., AND NAVARRO TORRES, V.F., (2002), “Prediction of EDZ (Excavation Damaged Zone) from Explosive Detonation in Underground Openings” ISRM International Symposium on Rock Engineering for Mountainous Regions, EUROCK 2002. DRYSDALE, D., (1985), “An Introduction to Fire Dynamic”, John Wiley&Sons, New York, US. DU PLESSIS, J.J.L., AND BRYDEN, D.J., (1997), “Systems to Limit Coal Dust and Methane Explosions in Coal Mine”, Final project Report, Safety in Mines Research Advisory Committee SIMRAC, Shout Africa. DUNCAN, D. AND C. WALDEN, (1975), “Prediction of Acid Generation Potential”. Report to Water Pollution Control Directorate, Environmental Protection Service, Environment Canada. PERSSON P.A., HOLMBERG R. AND LEE J., (1993). “Rock Blasting and Explosives Engineering”. CRC Press, Inc, FL, US. EDGAR, T.F., (1983), “Coal Processing and Pollution Control”. Houston: Gulf Publishing, US. EPA (1993). “Pautas y Especificaciones para preparar Planes del proyecto de garantía de Calidad”. QUAM-005/80. Washington D.C. US. EPA, (1994), “U.S. EPA 530-R-94-036, Acid mine drainage prediction: U.S. 522 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações EPA Office of Solid Waste Branch (1994). “Acid mine Drainage Prediction”. Washington D.C. US. EPA 420-F-00-057, (December 2000), "Heavy-Duty Engine and Vehicle Standards and Highway Diesel Fuel Sulfur Control Requirements", US. EPA, (December, 1994). EPA530-R-94-036. “Acid Mine Drainage Prediction”, Agriculture & Natural Resources Development de West Virginia University (2001). Acid Mine Drainage Treatment Costs with Calcium Oxide and the Aquafix Machine. EPA,540-R-00-002 -OSWER 9355.0-75, 2000, “A Guide to Developing and Documenting Cost Estimates During the Feasibility Study”, US. EPA, (1996), “The Role of Cost in the Superfund Remedy Selection Process”. US. EPA, Technical Support Document for the Heavy-Duty Engine and Vehicle Standards and Highway Diesel Fuel Sulfur Control Requirements: Air Quality Modeling Analyses, EPA420-R-00-028, Washington, DC, December 2000, p. V-34. EPA, (2003), “Remedial Investigation/ Feasibility Study and Selection of Remedy”, Subpart E - Hazardous Substance Response, Section 300.430. ESI international, (1999), “Diesel emission control strategies available to the underground mining industry”, Washington, US. FALCH, E. et al., (1998), “Guía ambiental para el manejo de problemas de ruido en la industria minera”, Ministerio de Energía y Minas, Peru. FAULKNER, B.B., AND J.G. SKOUSEN, (1994), “Treatment of acid mine drainage by passive treatment systems”. p. 250-257. In: International Land Reclamation and Mine Drainage Conference, U.S. Bureau of Mines SP 06A-94, April 24-29, Pittsburgh, PA. FERGUSON, K. D., AND MORIN, K.A., (1991), “The Prediction of Acid Rock Drainage - Lessons From the Database”. In Second International Conference on the Abatement of Acidic Drainage, Conference Proceedings, Montreal, Canada. FERNÀNDEZ RUBIO, R., et al., (1988). “Mining-Hydrological characteristics of the Underground Copper Mine of Neves-Corvo, Portugal”. Third International Mine Water Congress. Melburne, Australia. GARSHICK, E., (2003). “Diesel Exhaust: Health Effects and Research Needs”. Harvard Medical School, Boston MA, US. FIDALGO DE MATOS, M.C., (2002). “Ambiente mineiro: tecnologias de diagnóstico, prevenção e tratamento passivo das águas ácidas contaminadas por minerais sulfurados”, Tese de doutoramento, IST Lisboa. GAYUBAS, J.C.S. (1998). “Guia práctica para el Control del Ruido Ambiental en Canteras y Graveras”. López Jimeno C. Editor, Entrono Gráfico, S.L. Madrid España. GIARDINO, D.A., (1999), “Estimating the Rate of Coal Combustion in a Mine Fire” U.S. Department of Labor - Mine Safety and Health Administration MSHA. GÓMEZ OREA, D., (1988), “Evaluación del impacto ambiental de proyectos agrarios”. Madrid, Espanha. GOUVEIA, Nelson, (1976), “Contabilidade básica” , São Paulo: McGraw-Hill do Brasil. 523 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações GRIMONND, DOUG, (2002), “Safety, Health, Environment and Community Report”, Nobalco – Alcan Group Aluminium”, Northern Territory, Australia. GUILLEN, L.(1997). “ Reporte sobre la mina de San Rafael”, Puno, Peru. JENKINS, G. P., HARBERGER, A. C., (1990), “Manual: cost-benefit analysis of investment decisions”, Program on Investment, University of Chicago, http://www.econ.queensu.ca. HANEY, R.A, ONDREY, R.S. et al., (1994). “Control of Diesel Particulates Emission in underground Coal Mine”, Mine Safety and Health Administration MSHA, Pittsburgh, Pennsylvania, US. HANEY, R.A, SASEEN G.P. et al., (1997). “An Overview of Diesel Particulate Exposures and Control Technology in the U.S. Mining industry”, Mine Safety and Health Administration MSHA, Pittsburgh, Pennsylvania, US. HANEY, R.A., SASEEN, G. P., (2000), “Estimation of Diesel Particulate Concentration in Underground Mines”. Mine Safety and Health Administration MSHA, Pittsburgh, Pennsylvania, US. HARRIS, J.D., (1987), “Carbon Dioxide as an Index of Diesel Pollutants”, Diesels in Underground Mines, Bureau of Mines Information Circular, US. HARTMAN, H.L. (1982). “ Heat in Mines”, Chapter 20, Mine ventilation and air conditioning. 2nd. Ed. New York US. HARTMAN, H.L., (1982), “Psychrometry, refrigeration, and heat transfer process”, Chapter 21, Mine ventilation and air conditioning. 2nd. Ed. New York US. HARTMAN, H.L. AND MUTMANSKY, J.M., (1982). “Flow of Air through Mine Openings and Ducts”. Chapter 6, Mine Ventilation and Air Conditioning”, Second Edition. The University of Alabana, US. HEDIN, R.S., R.W. NAIRN, AND R.L.P. KLEINMANN, (1994), “Passive treatment of coal mine drainage”, U.S. Bureau of Mines Information Circular IC 9389, Pittsburgh, PA. HOEK, E., AND BROWN, E.T., (1982), “Underground Excavations in Rock”, Institution of Mining and Metallurgy, London. HOEK, E., (1995), “Estimating the Strength and Deformability of very poor Quality Rock Masses”, Rock Engineering, A.A. Balkema Publishers. HOEK, E., CARRANZA – TORRES, E., AND CORCUM, B., (2002), “Hoek-Brown Failure Criterium – 2002 Edition”. NARMS, Toronto. HOLDING, W., (1994), “Review of Practices for the Prevention, Detection and Control of Underground Fires in coal Mines”, Final project Report, Safety in Mines Research Advisory Committee SIMRAC, Shout Africa. HOLMAN, J.P., (1983). “Transferência de calor”, McGraw Hill, São Paulo. HOLMBERG, R., (1982), “Charge calculation for tunneling”, Underground Mining Methods Handbook. W. Hustrulid /Editor, AIME, New York, US. 524 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações HOUGHTON, D.A., (1976), “The role of Rock Quality Indices in the Assessment of Rock Masses”, Proc. Symp. Exploration for Rock Engineering, Johannesburg. HOWES, M.J., (1982), “Noise Control”. Camborne School Mines, University of Exeter, UK. HUDSON, J.A. AND HARRISON, J.P., (1997), “Engineering Rock Mechanics”, University of London. Pergamon, Oxford. HUISINGH, DONALD AND VICKI BAILEY, VICKI, (1982), “Invest in clean technology as a percentaje of total investment in pollution abatement”, Making Pollution Pay, US. HYMAN, D.M., AND G.R. WATZLAF, (1995), “Mine drainage characterization for the successful design and evaluation of passive treatment systems”, In: Proceedings, Seventeenth Annual Conference of the National Association of Abandoned Mine Lands, French Lick, IN. IBARRA, J.A., et al., (1996), “Overbreak and Underbreak in Underground Openings Part 2: Causes and Implications”, México. IBARRA, N.H., AND MAERZ N.H., (1996), “Overbreak and Underbreak in Underground Openings, Part.2: causes and Implications”, Mexico. IGM Instituto Geológico e Mineiro de Portugal, (1992), “Levantamento de empoeiramento, ruído, condições térmicas e oxigénio na empresa Somincor – Mina de Neves Corvo “, Relatório do Laboratório de DGGM. IGM Instituto Geológico e Mineiro de Portugal, (1996), “Boletim de Análise de Sílica Livre com Difracção de Raios X”, Laboratório de IGM. IGM Instituto Geológico e Mineiro de Portugal, (1998), “Levantamentos de Empoeiramento, Ruídos, temperatura e Oxigénio na Mina da Panasqueira”, Relatório do Laboratório de DGGM. INAG Instituo da Água – Ministério do Ambiente Portugal (2003), “Registos da Estação Meteorológica 12L/03 de Covilhã do INAG – DHRH SNIR. INTERNATIONAL COUNCIL ON METAL AND THE ENVIRONMENT, (2002). “Eco-Efficiency and Materials” Ottawa Canada. INTERNATIONAL PANEL ON CLIMATE CHANGE, IPCC, (1996). “Greenhouse Gas Inventory Reference”. Manual (Revised). v.3., Paris, France. INTERNATIONAL SOIL REFERENCE AND INFORMATION CENTER ISRIC, (2003), “Global Assessment of Human-induced Soil Degradation GLASOD “,Myrene. Arendal. N-4800. Norway. INTERNATIONAL STANDARD, ISO 1999-1990. “Determination of occupational noise exposure and estimation of noise induced hearing impairment”. INTERNATIONAL STANDARD, ISO 1996, “Description and Measurement of Environmental Noise. Part 1 (ISO 1996-1), Part 2 (ISO 1996-2) and Part 3 (ISO 19963)”. 525 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações IPCC/OECD/IEA (2002), “Programmed on National Greenhouse Gas Inventories”, Expert Group Meeting on Good Practice in Inventory Preparation: Energy, CH4 Emissions Coal Mining and Handling, WMO, UNEP. JOHNSON, A.I., (1967), “Specific yield compilation of specific yields various materials” USGS Water Supply. US. KEPLER, D.A., AND E.C. MCCLEARY, (1997), “Passive aluminium treatment successes”, In: Proceedings, Eighteenth West Virginia Surface Mine Drainage Task Force Symposium, April 15-16, 1996, Morgantown, WV. KIELY, GERARD, (1999), “Ingeniería ambiental – Fundamentos, entornos, tecnología y sistemas de gestión”, McGraw – Hill, Madrid, Espanha. KIESSELL, F.N., (1992). “ Gas and Dust control”. SME Mining engineering handbook, 2nd Edition V 1, Hartman H.L. Editor, USA. KOGAS Korea Gas Corporation, (2000), “Annual Report”, South Korea. KREIDER, JAN, F., (2001), “Handbook of heating, ventilation, and air conditioning”, USA. KULHAWY AND GOODMAN, (1980), “Design of Foundations on Discontinuous Rock”, Proceedings of the International Conference on Structural Foundations on Rock, International Society for Rock Mechanics, Vol. I, pp. 209-220. KULA, E., (1992), “Economics of natural resources and the environment”. Melbourne Australia. LABORATÓRIO DO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINAS E GEORRECURSOS DO IST (2001), “Resultados da análise química elementar por Espectrometria de Fluorescência de Raios X e mineralógica por Difracção de Raios X de amostras de pó da mina da Panasqueira”, Lisboa. LACY, W. C., (1992), “Mineral Prospecting and Exploration”, Section 4 SME Mining Engineering Handbook, 2nd Edition volume 1, Hartman H.L., Senior Editor. LAMA, R.D. et al., (1983). “An improved method measurements of gas content of coal of seams: studies on the Collinsville coal mine” CSIRO. Queensland, Australia. LAPAKKO, K., (1993). “Predictive Testing for Mine Waste Drainage Quality. In Mine Operation and Closure” Short Course. Sponsored by EPA and others April 27 - 29, 1993. Helena, MT. LAPRECHT, JAMES L., (1997), “ISO 14000 Directrices para la Implementación de un Sistema de Gestión Medioambiental”. AENOR, Madrid Espanha. LAUBSCER, D.H., (1990), “Geomechanics classification system for the rating of rock mass in mine design”. Paper to Institution of Mining and Metallurgy, London. LAWRENCE, R.W., HIGGS T. W., AND M. BRATTY M., (1999), “Treatment of Acid Mine Waters and Industrial Effluents”, Simons Ltd., Vancouver, Canada. LLANQUE, O. E, NAVARRO TORRES, V.F. et al., (1999). “Explotación Subterráneaconceptos y casos prácticos”. IIMP Lima, Peru. 526 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações LOBATO, J., (2000), “Evaluation of Mining Induced Stress on Support Requirements at Neves Corvo” Disertation of Master of Science in the University of Exeter. LÓPEZ JIMENO, C., et al., (1989), “Manual de restauración de terrenos y evaluación de impactos ambientales en minería”. ITGE, Madrid, Espanha. LÓPEZ JIMENO, C. Editor, (1996). “Ventilación de túneles”. Capitulo 22, Manual de túneles y obras subterráneas. Madrid España. LÓPEZ JIMENO, C., (1997). “Manual de Téneles y Obras Subterráneas”, Entorno Gráfico S.L. Madrid, Espanha. MACLEAN RICHARD, SUGAR WILLIAM, (2000), “EH&S Management Systems: Easy to Understand, Difficult to Successfully Implement” Anheuser-Busch Companies, Inc., St. Louis, Missouri, US. MAGIL, P. L ET AL., (1956), “Air Pollution Handbook”. McGraw Hill, New York. MAJOR, G, (1978), “Occupational hygiene standards and the interpretation of environmental measurements”, Proceedings of the 2nd Australian pneumoconiosis conference, Sydney, Australia. MANUFACTURES OF EMISSION CONTROLS ASSOCIATION, MECA, (2000), “MECA Independent Cost Survey for Emission Control Retrofit Technologies”, Washington, DC 20036-5603, US. MARK, A. NEARING, (1998), “Evaluating soil erosion models using measured plot data: accounting for variability in measurements”, Agricultural research service, United States Department of Agriculture USDA. MARTINEZ, J.G. AND BAUER, S., (2001). “Incorporation of environmental sustainability in cost-benefit analysis for development projects”, Giessen. MAS Instrument Division, (1994), “Sampling Pumps 484108 Instruction Manual “ Pittsburgh US. MARTIN, RAYMOND, (1998), “ISO 14001 Guidance Manual” National Center for Environmental Decision-Making Research NCEDR, University of Tennesse. MCGINNESS, STEPHEN, (1999), “ Treatment of Acid Mine Drainage”, Science and environment section house of commons library research paper, UK. MCPHERSON, M.J., (2001), “Subsurface Fires and Explosions”, Virginia Polytechnic Institute and State University, US. MEYER, C. F. AND VAN ZYL, F. J., (1999), “Reduce Explosion Risks and Improve Safety and Health Conditions by Better Ventilation Practices in Mechanical Miner Headings”, Final project Report, Safety in Mines Research Advisory Committee SIMRAC, Shout Africa. MITCHELL, PAUL, (2000). “Prediction, Prevention, Control, and Treatment of Acid Rock Drainage”. Environmental policy in mining, US. NAIQUE, R., (2001), “ Registo da temperatura no couto mineiro da Panasqueira”, Barroca Grande, Portugal. 527 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações MINA DE NEVES CORVO (Somincor), (2000), “Listagem Geral de Furos e Chaminés por Função”, Portugal. MEDINA, E., LIZANA, J., VILLAFRANCA, W., (2001), “Minado mediante Subniveles ubicados cada 50 metros en la mina San Rafael – Puno”. XXV Convención de Ingenieros de Minas del Peru. MINA DE NEVES CORVO (Somincor), (2000), “Relatório de Ventilação Secundária” Departamento de Ventilação de Minas, Portugal. MINA DE NEVES CORVO (Somincor), (2000), “DTS – Departamento de Estudos Planeamento Mineiro Ventilação Secundária, dos anos 1998, 1999 e 2000”, Portugal. MINA DE NEVES CORVO (Somincor), (2000), “Stress Modeling of Neves North bench and Fill Area”, Rock Mechanics Department, Neves Corvo Mine. MINE SAFETY AND HEALTH ADMINISTRATION, MSHA, (2001), Rules and Regulations U.S., Federal Register/Vol.66, No.13/Friday, January 19. MINE VENTILATION SERVICE INC., (1999). “Ventilation Notes and Supplemental Information”. Fresno US. MINE VENTILATION SERVICES, INC., (2000), “ VnetPC 2000 (Version 1.02) User’s Manual & Tutorial”, Fresno, CA 93727 US. MURRAY AND LOPEZ, SMITH, (1998). “Toward environmentally and socially sustainable development 1999”, Environment Matters at the World Bank – Annual, Review. MUTMANSKY, J.M., et al., (1992). “Environmental health and safety”. SME Mining engineering handbook, 2nd Edition V 1, Hartman H.L. Editor. USA. NAVARRO TORRES, V.F., (1999), “Eplotación subterránea – Casos prácticos en minas del Peru”, Curso em Machala, Equador. NAVARRO TORRES, V.F., (2001), “Avaliação do impacte Ambiental Sonoro no Ambiente Subterrâneo da Mina da Panasqueira”, Relatório Centro de Geotecnia IST, Lisboa. NIYOGI DEV, K., MCKNIGHT DIANE, M., WILLIAM M. LEWIS, M., WILLIAM, AND KIMBALL BRIANT, A., (1994) “Experimental Diversion of Acid Mine Drainage and the Effects on a Headwater Stream”, Colorado U.S. NORMA PORTUGUESA 1733, “Grau de reacção humana ao ruído”. Direcção Geral da Qualidade, Lisboa. NORMA PORTUGUESA NP-2074, (1983), “Avaliação da influência em construções de vibrações provocadas por explosões ou solicitações similares” Direcção – Geral da Qualidade (DGQ). NOVITSKY, A., (1962), ”Ventilación de minas, acondicionamiento del aire, incéncios subterráneos y salvamento”. Buenos Aires, Argentina. ONDREY, R. S., et al., (2001), “Summary of Minimum Dust Control Parameters”, Mine Safety and Health Administration MSHA Pittsburgh Safety Health Technology Center, Pennsylvania, US. 528 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações PALMA, V. (1981), “The San Rafael in Cooper Lode System, Puno SE Peru”, Master Thesis, Queen’s University, Canada. Portaria n.º 286/93 de 12 de Março, Lei sobre poluição do ar em Portugal. RAISWELL, R. W., ET AL., (1992), “Environmental Chemistry”, Edward Arnol, London. RAMANI, RAJÁ V., (1992), “Mine Ventilation”. Chapter 11.6. SME Mining Engineering Handbook, 2nd Edition Volume 1. Littleton, Colorado, US. RAMANI, RAJA V., (1992), “Environmental Issues” Chapter 11.0 , SME Mining Engineering Handbook, 2nd Edition Volume 1. REVALLE, P., et al., (1989), “The environment – Issues and Choices Society”, PWS Publisher S. Boston, Massachusetts, USA. REVISTA ÁGUA &AMBIENTE no. 20 – Ano 2 (2001), ”Especial sobre indústria extractiva”, Portugal. RIBEIRO E SOUSA, L., (2001), “A observação no controlo da sequência de obras subterrâneas em meios urbano”, Curso sobre Túneis em Meios urbanos, Coimbra Portugal. RIPLEY EARLE A., et al., (1996). “ Environmental effects of mining”. USA. ROMANA RUIZ, M., (2002), “Determination of Deformation Modulus of Rock Masses by means of Geomechanical Classifications”, ISRM International Symposium of Rock Engineering for Mountainous Regions – EUROROCK2002, Portugal SISKIND, D. E., STAGG, M. S., KOPP, J. W, AND DOWING, C. H. (1980), “Structure response and damage produced by ground vibration from surface mine blasting”, U.S. Bureau of Mines. ROSE, H.J.M., (1982), “Radiation in Mines”, 27, Environmental Engineering in South African SANDS, P., (1995). “Principles of international environmental law”, New York: Manchester University Press. SANZ CONTRERAS, J.L., (1992), “Concepto de impacto ambiental y su evolución”. ITGE, Gráficas Monterreina S.A., Madrid, Espanha. SERAFIM AND PEREIRA, (1983), “Consideration of the Geomechanical Classification of Bieniawski”, Proc. Int. Sym. Eng. Geological and Underground Construction. Lisbon 1 (II). SINGH, R. N. (1998), “Wastewater Quality Management in Coal Mines in the Illawarra Region”, University of Wollongon - Australia, International Conference on Mining and the Environment, Indonesia. SINGLETON, G.A. AND L.M. LAVKULICH, (1978), “Adoption of the Soxhelet Extractor for Pedologic Studies”. Soil Science Society of America Journal, Vol. 42, p. 984-986. SOBEK, A.A., SCHULLER, W.A., FREEMAN, J.R. SMITH, R.M., (1978) “Field and Laboratory Methods Applicable to Overburden and Minesoils”, EPA 600/2-78-054, US. 529 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações SPOSITO, G., (1989). “The Chemistry of Soils”, Oxford University Pres, UK. STEWART, K.M., (2001), “Health Effects of Diesel Exhaust”. American Lung Association of Pennsylvania. US. STUMM, W., AND MORGA., J.J., (1981), “Aquatic Chemistry. An Introduction Emphasizing Chemical Equilibria in natural Waters”, 2nd edn, John Wiley, New York. SULLIVAN, P.J. AND A. SOBEK, (1982), “Minerals and the Environment”, Laboratory Weathering Studies of Coal Refuse , Volume 14, pp 561 – 568, US. SUMMERS BROUGTHON, L., E BONELLI ARENAS J., (1999), “Guia ambiental para el amnejo de Drenaje Àcida de Minas”, Dirección general de Asuntos Ambientales, MEM Peru. THOMPSON, J., CURLEY, R. AND KNUTSON, J., (2002), “Reducing Water Pumping Costs”, Development Engineer, Biological & Agricultural Engineering Dept. UC Davis One Shields Ave., Davis, CA 95616. TOMB, T. F., AND GERO, A. J., et al., (1995), “Analysis of Quartz Exposure Data Obtained from Underground and Surface Coal Mining Operations” Mine Safety and Health Administration MSHA, Pittsburgh, Pennsylvania, US. TOMB, T. F. AND HANEY, R, (2001), “Comparison of Number and Respirable Mass Concentration Determinations”, Mine Safety and Health Administration MSHA, Pittsburgh, Pennsylvania, US. TROTTER, D.A., (1977), “Safety’s newest concern – mine lighting”, Canadian Mining Journal, July pp 24-31. TURCIC, P.M., AND BANFIELD, J.L., (1982), “Ventilation of Mines by Fans”. Chapter 11, Mine Ventilation and Air Conditioning”, Second Edition. The University of Alabana, US. UNAL, E., (1983), “Design Guidelines and Roof Control Standards for Coal Mine Roofs”, Pennsylvania, US. VIDALÓN, J., (2001). “Mitigación de pasivos ambientales mineros en la cuenca alta del rio Pisco, Peru”. XXV Convención de Ingenieros de Minas del Peru. VUTUKURI, V.S., et al, (1986). “Environmental engineering in mines”. University of New South Wales, Sydney Australia. YOKOGAWA GROUP (2000), “Environmental management of results versus targets. Environmental accounting”, Japan. WILLIAMS, L., CHILTON, E. J. et al., (1987), “Measuring gaseous pollutants from diesel exhaust in underground mines”. Proceedings: Bureau of Mines technology Transfer Seminar, Louisville, KY, and Denver, CO, US. WALLI, R.A., (1982), “Mine Dust”, Chapter 5 Mine Ventilation and Air Conditioning”, Second Edition. The University of Alabana, US. WALTON, W.H., (1978), “International research programs in the pneumoconiosis, legislation, standards, medical aspects”. Proceedings of the 2nd Australian pneumoconiosis conference, Sydney, Australia. 530 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações 5.3. ANEXOS Anexo 4.1 – Perdas de pressão por atrito em tubulação Ca (%) 20 25 32 40 ¾ 7.5 16.0 27.0 58.0 100.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2.7 6.0 10.0 21.5 27.0 55.0 80.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1¼ 0.75 1.8 2.7 6.0 10.0 15.5 22.0 37.0 56.0 85.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1½ 0.22 0.5 0.8 1.8 3.0 4.7 6.6 11.5 17.0 26.0 37.0 47.0 63.0 95.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DIÂMETRO NOMINAL em milímetros 50 65 80 100 125 em polegadas 2 2½ 3 4 5 0.08 . . . . 0.17 . . . . 0.28 0.07 . . . 0.6 0.16 0.05 . . 1.06 0.27 0.1 . . 1.8 0.42 0.15 0.05 . 2.2 0.6 0.2 0.07 . 3.9 1.0 0.35 0.13 . 5.7 1.5 0.5 0.2 0.06 8.5 2.3 0.8 0.28 0.09 12.5 3.3 1.1 0.4 0.13 16.0 4.2 1.4 0.5 0.17 21.5 5.7 2.0 0.7 0.23 33.0 8.5 3.0 1.1 0.36 45.0 12.0 4.2 1.5 0.5 61.0 16.0 5.7 2.0 0.65 78.0 20.5 7.0 2.5 0.8 100 26.0 9.0 3.1 1.0 . 32.0 11.0 3.8 1.25 . 45.0 16.0 5.5 1.8 . 60.0 21.0 7.2 2.4 . 76.0 26.5 9.2 3.1 . . 34.0 12.0 3.8 . . 40.0 14.0 4.7 . . 56.0 20.0 6.8 . . 80.0 27.0 9.0 . . . 36.0 11.5 . . . 43.0 14.0 . . . 50.0 17.5 . . . 80.0 26.5 . . . . 36.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 200 250 300 6 . . . . . . . . . . 0.05 0.06 0.09 0.13 0.2 0.24 0.3 0.4 0.5 0.7 0.9 1.2 1.4 1.8 2.5 3.3 4.25 5.3 6.5 10.0 14.0 19.0 . . . 8 . . . . . . . . . . . . . . 0.05 0.06 0.08 0.1 0.12 0.16 0.21 0.27 0.36 0.42 0.6 0.8 1.0 1.25 1.8 2.3 3.3 4.5 5.8 7.0 . 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.05 0.07 0.08 0.12 0.14 0.2 0.26 0.34 0.42 0.5 0.8 1.1 1.5 1.9 2.4 2.9 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.08 0.1 0.13 0.17 0.2 0.32 0.48 0.6 0.8 1.0 1.2 CAUDAL (m3/h) 1 1.5 2 3 4 5 6 8 10 12.5 15 17.5 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 250 300 350 400 450 500 Obs1: Quando da utilização de tubos de aço sem costura, de alumínio ou plástico rígido, as perdas de pressão se reduzem (20% factor 0.8). Estes porem quando munidos de juntas rápidas, apresentam maiores perdas, sendo, portanto, desaconselhável usar o factor de redução para determinação do diâmetro adequado dos tubos de sucção. Deve ser observado que a velocidade da água não deve ser superior a 2 m/s. Obs2: Para sucção não devem ser usados os valores marcados em bold 26.0 Obs3: Exemplo de uso da tabela: a perda de pressão por atrito em 30m de uma tubulação de 4" e para uma vazão de 5m3/h seria de 30m x 0.05% = 0.015m 531 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Anexo 4.2 – Perdas de pressão em registo de gaveta (m) 25 32 40 50 1" 0.01 0.04 0.09 0.18 0.36 0.48 0.60 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1¼" . 0.01 0.03 0.06 0.12 0.18 0.30 0.40 0.65 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1½" . . . 0.02 0.04 0.06 0.09 0.18 0.30 0.36 0.60 0.90 1.20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2" . . . . . . 0.04 0.06 0.12 0.18 0.24 0.36 0.40 0.65 0.90 1.20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DIÂMETRO NOMINAL em milímetros 65 80 100 125 em polegadas 2½" 3" 4" 5" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.04 . . . 0.06 . . . 0.09 0.04 . . 0.13 0.06 . . 0.15 0.07 0.04 . 0.27 0.12 0.06 . 0.36 0.15 0.07 . 0.45 0.21 0.09 0.04 0.65 0.27 0.11 0.05 0.85 0.33 0.12 0.06 0.90 0.40 0.18 0.09 . 0.60 0.25 0.12 . 0.90 0.33 0.15 . 1.20 0.40 0.18 . . 0.50 0.20 . . 0.70 0.27 . . 1.20 0.40 . . . 0.50 . . . 0.65 . . . 0.90 . . . 1.20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532 150 200 250 300 6" . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.04 0.05 0.07 0.09 0.11 0.12 0.18 0.25 0.36 0.40 0.50 0.90 1.20 . . . . 8" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.03 0.04 0.05 0.06 0.09 0.12 0.13 0.18 0.24 0.33 0.50 0.60 0.90 1.20 10" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.04 0.05 0.06 0.08 0.11 0.15 0.21 0.30 0.38 0.40 12" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.04 0.05 0.09 0.11 0.15 0.18 0.22 Caudal m3/h 1 1.5 2 3 4 5 6 8 10 12.5 15 17.5 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 250 300 350 400 450 500 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Anexo 4.3 – Perdas de pressão em curvas de 90º (m) 25 32 40 50 1" 0.01 0.02 0.06 0.12 0.25 0.32 0.40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1¼" . 0.01 0.02 0.04 0.06 0.12 0.16 0.28 0.45 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1½" . . . 0.02 0.03 0.04 0.06 0.12 0.20 0.25 0.40 0.60 0.80 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2" . . . . . . 0.03 0.04 0.06 0.12 0.16 0.24 0.30 0.40 0.60 0.80 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DIÂMETRO NOMINAL em milímetros 65 80 100 125 em polegadas 2½" 3" 4" 5" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.03 . . . 0.04 . . . 0.06 0.02 . . 0.09 0.03 . . 0.10 0.04 0.03 . 0.18 0.06 0.04 . 0.24 0.10 0.05 . 0.30 0.15 0.06 0.02 0.45 0.18 0.07 0.03 0.55 0.22 0.08 0.04 0.60 0.26 0.12 0.06 . 0.40 0.16 0.08 . 0.60 0.22 0.10 . 0.80 0.26 0.12 . . 0.32 0.14 . . 0.50 0.18 . . 0.80 0.26 . . . 0.34 . . . 0.45 . . . 0.60 . . . 0.80 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533 150 200 250 300 6" . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.02 0.03 0.05 0.06 0.07 0.08 0.12 0.16 0.24 0.28 0.32 0.60 0.80 . . . . 8" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.02 0.03 0.03 0.04 0.06 0.06 0.09 0.12 0.16 0.22 0.32 0.40 0.60 0.80 10" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.02 0.03 0.04 0.05 0.07 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 12" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.02 0.03 0.06 0.07 0.10 0.12 0.15 Caudal m3/h 1 1.5 2 3 4 5 6 8 10 12.5 15 17.5 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 250 300 350 400 450 500 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Anexo 4.4 – Perdas de pressão em válvula de pé (m) 40 50 65 80 1½" . . 0.10 0.15 0.20 0.25 0.35 0.65 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2" . . . 0.10 0.15 0.15 0.20 0.25 0.40 0.65 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2½" . . . . 0.10 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.40 0.50 0.60 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3" . . . . . . 0.10 .0.15 .0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.50 0.60 0.80 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DIÂMETRO NOMINAL em milímetros 100 125 150 200 em polegadas 4" 5" 6" 8" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.10 . . . 0.10 . . . 0.15 0.10 . . 0.20 0.15 . . 0.25 0.20 . . 0.30 0.25 0.10 . 0.35 0.30 0.15 . 0.40 0.30 0.20 . 0.45 0.35 0.25 0.10 0.50 0.35 0.25 0.10 0.60 0.40 0.30 0.15 0.70 0.45 0.30 0.15 . 0.50 0.35 0.20 . 0.60 0.40 0.25 . 0.70 0.45 0.30 . . 0.50 0.35 . . 0.55 0.40 . . 0.65 0.45 . . . 0.50 . . . 0.55 . . . 0.60 . . . 0.65 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534 250 300 10" . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.10 0.10 0.10 0.15 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.60 . . . . 12" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.10 0.10 0.15 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.60 0.70 0.85 Caudal m3/h 1 1.5 2 3 4 5 6 8 10 12.5 15 17.5 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 250 300 350 400 450 500 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Anexo 4.5 – Perdas de pressão em válvula de retenção (m) 25 32 40 50 1" 0.02 0.06 0.15 0.30 0.60 0.80 1.00 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1¼" . 0.02 0.05 0.10 0.20 0.30 0.40 0.70 1.10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1½" . . . 0.04 0.07 0.11 0.15 0.30 0.50 0.60 1.00 1.50 2.00 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2" . . . . . . 0.07 0.11 0.20 0.30 0.40 0.60 0.70 1.10 1.50 2.00 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DIÂMETRO NOMINAL em milímetros 65 80 100 125 em polegadas 2½" 3" 4" 5" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.06 . . . 0.10 . . . 0.15 0.06 . . 0.22 0.08 . . 0.25 0.11 0.07 . 0.45 0.20 0.08 . 0.60 0.25 0.12 . 0.75 0.35 0.15 0.06 1.10 0.45 0.18 0.08 1.40 0.55 0.20 0.10 1.50 0.65 0.30 0.15 . 1.00 0.40 0.20 . 1.50 0.55 0.25 . 2.00 0.65 0.30 . . 0.80 0.35 . . 1.20 0.45 . . 2.00 0.65 . . . 0.85 . . . 1.10 . . . 1.50 . . . 2.00 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535 150 200 250 300 6" . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.06 0.08 0.12 0.15 0.19 0.21 0.30 0.40 0.60 0.70 0.80 1.50 2.00 . . . . 8" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.06 0.07 0.08 0.10 0.15 0.20 0.22 0.30 0.40 0.55 0.80 1.00 1.50 2.00 10" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.06 0.08 0.10 0.13 0.18 0.25 0.36 0.50 0.60 0.70 12" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.06 0.08 0.15 0.18 0.25 0.30 0.36 Caudal m3/h 1 1.5 2 3 4 5 6 8 10 12.5 15 17.5 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 250 300 350 400 450 500 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Anexo 7.1 – Curvas caracteristicas dos ventiladores principais (Departamento de Ventilação de Minas Neves Corvo 2000) 536 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Anexo 7.2 – Curva característica dos ventiladores auxiliares KORFMANN (Departamento de Ventilação de Minas mina Neves Corvo 2000) Curva característica de ventilador auxiliar Joy Axivane Mine Fan (Mine Ventilation service, Inc US) - Panasqueira 537 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Anexo 7.3 – Redes de ar no ambiente subterrâneo resultado da simulação com o programa VnetPC2000 Resultado da simulação base com programa VnetPC2000 da rede de ar 2000 subterrâneo caracterizado em Julho de 2002 CPV Neves Norte Neves Sul Neves Norte Rede de ar subterrâneo simulado com programa VnetPC200 que é a medida correctiva ao impacte ambiental identificado 538 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Anexo 7.4 – Índice RQD e qualificação do maciço rochoso da área da rampa CRAM03 (com base em J. Lobato 2001) Furo Cota RQD (%) RC242 682 618 692 682 615 654 612 586 669 622 622 590 686 559 662 662 612 590 573 662 569 662 612 681 631 612 558 612 612 590 584 654 631 612 592 74 52 85 91 38 33 42 77 40 46 67 68 93 72 93 87 93 69 85 87 43 92 41 82 39 93 89 72 42 36 71 36 88 41 81 RC243 RC257 RC265 RC293 RC368 RC601 RC611 RC614 RC615 RC620 RC630 RC639 RC650 RC661 RC719 RC729 RC748 RC776 RC782 RC788 RC791 Descrição Xitos no piso Xistos Xistos negros no piso Xistos negros Tufos com veias de pirite Pirite massiva Pirite massiva Xistos com pirite Xistos com pirite Grawaques com fracturas e cristais de CO3 algumas Pirite massiva Tufos silícios em xisto cinzento Tufos silícios com pirite massiva e calcopirite CVS xistos CVS/PQ tufos silícios com algum Cu CVS CVS tufos sil´cios com algum Cu Xistos Xistos 539 Qualificação Bieniawski Boa Média Muito boa Muito boa Má Má Média Boa Má Media Boa Boa Muito boa Boa Muito boa Muito boa Muito boa Boa Muito boa Muito boa Media Muito boa Media Muito boa Má Muito boa Muito boa Boa Media Má Boa Má Muito boa Media Muito boa Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Anexo 8.1 – Resultados da medição de poeiras no ambiente subterrâneo da mina da Pansqueira Data de medição: Janeiro de 2001. * Laboratório da Beralt & Tin Wolfram (Portugal) S.A. ** Captação “in situ” com CAV-A/HF *** Medição no mês de Setembro de 2001 540 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Anexo 8.3 – Resultados da medição de gases no ambiente subterrâneo da mina da Panasqueira BERALT TIN & WOLFRAM Portugal S.A. - IST Ensaio Nro. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 LOCAL DE ENSAIO L3.D21.R2.AW33(N9) L3.D21.R2.AW33(E72) L3.D21.R2.AW33(W76) L3.D19.R1.AW 30(N420) L3.D19.R1.AW 30(E421) L3.D19.R1.AW 32(N59) L3.D19.R1.AW 32(E31) L3.D19.R3.AW30(N280) L3.D19.R3.AW30(428) L3.D17.R1.AW 33(WN6) L3.D19.R0.AW 32(I4N) L3.D19.R5.AW 30(E423) L3.D19.R1.AW 32(59) L3.D21.R2.AW 33(S72) L3.D19.R2.AW 32(I4S) L3.D21.R1.AW33(30) L3.D21.R1.AW33(E10) L3.D21.R1.AW33(43) L3.D21.R2.AW33.Ac.r.D 23(23) L2.Poço Extracção L3.D21.R2.AW33.Ac.r.D23 (20) L3.D21.R1.AW33(S23) L3.D21:R1.AW33(78) L2.P4.D13.Raq uete L3.D21.R1.AW33 Tabela 4: BASE DE DADOS DE GASES NO AR DO AMBIENTE SUBETRRÂNEO DA MINA DA PANASQUEIRA EQUIPAMENTO HOMENS NO AMBIENTE LHD Diesel Wagner 3.5Yd3 LHD Diesel Wagner 3.5Yd3 LHD Diesel Wagner 3.5Yd3 Jumbo electro hidraulico CO ppm % DATA:13/12/2000 a 12/02/2001 GASES NO AMBIENTE SUBTERRÂNEO CO2 NO NO2 SO2 H2S ppm % ppm % ppm % ppm % ppm % 2 20 0.002 1000 1.00 2.00 0.00 3.40 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2 500 0.05 3000 0.30 1.00 0.00 3.40 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2 100 0.01 1100 1.10 0.70 0.00 3.60 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2 0.00 0.00 2500 0.25 0.40 0.00 9.10 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 LHD Diesel Wagner 3.5Yd3 2 200 0.02 100 0.01 0.10 0.00 6.90 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 LHD eléctrica Wagner 2.5Yd3 2 200 0 2000 2.00 0.40 0.00 8.60 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Jumbo electro hidraulico 2 0.00 0.00 0.04 0.10 0.00 6.70 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 400 Observações Acesso por duas câmaras Acesso por só uma câmara Acesso por duas câmaras Acesso por só uma câmara Acesso por só uma câmara Acesso por duas câmaras Acesso por duas câmaras Acesso por quatro câmaras Acesso por duas câmaras LHD electrica Eimco #1 2 100 0.01 0 0.00 0.20 0.00 10.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Jumbo electro hidraulico 2 0.00 0.00 0 0.00 0.20 0.00 11.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 LHD Diesel Wagner 3.5Yd3 2 0.00 0.00 0 0.00 0.30 0.00 12.40 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Acesso por duas câmaras Acesso por duas câmaras LHD Diesel Wagner 3.5Yd3 LHD eléctrica Wagner 2.5Yd3 LHD eléctrica Wagner Yd3 LHD eléctrica Wagner 2.5Yd3 2 5 0.00 0 0.00 0.00 0.00 2.90 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2 0.00 0.00 0 0.00 0.30 0.00 2.50 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Acesso de só uma câmara Acesso por tres câmaras Acesso por duas câmaras 2 0.00 0.00 200 0.02 0.10 0.00 3.80 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2 0.00 0.00 0 0.00 0.00 0.00 3.60 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 LHD eléctrica Wagner 2.5Yd3 2 0.00 0.00 500 0.05 0.00 0.00 5.40 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 LHD Diesel Wagner 3.5Yd3 2 500 0.05 1000 0.10 1.60 0.00 2.60 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 LHD Diesel Wagner 3.5Yd3 2 500 0.05 2000 0.20 3.50 0.00 4.10 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Acesso de só uma câmara LHD Diesel Wagner 3.5Yd3 2 0.00 0.00 500 0.05 1.20 0.00 0.70 0.000 0.00 0.00 0.00 0.00 Acesso por quatro câmaras LHD Diesel Wagner 3.5Yd3 2 10.0 0.001 0 0.00 3.20 0.0003 2.30 0.0002 0.00 0.00 0.00 0.00 Acesso de só uma câmara Jaula e vagões 4 0.00 0.00 0 0.00 0.30 0.0000 0.80 0.0001 0.00 0.00 0.00 0.00 Carregamento explosivo ANFO 2 10.00 0.00 1000 0.10 0.60 0.00 2.70 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Perto carregamento explosivo ANFO 2 10.00 0.00 1000 0.10 2.50 0.00 1.40 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 LHD Diesel Wagner 3.5Yd3 2 10.00 0.00 2000 0.20 2.60 0.00 1.10 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 LHD Diesel Wagner 3.5Yd3 1 0.00 0.00 500 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 LHD Diesel Wagner 3.5Yd3 2 30.00 0.003 2000 0.20 0.00 0.00 0.00 0.00 541 3.50 0.0004 1.00 0.0001 Acesso por só uma câmara Acesso por quatro câmaras Galeria L2.D15 Acesso de só uma câmara Acesso de só uma câmara Acesso de só uma câmara Acesso por duas câmaras Acesso de só uma câmara Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Anexo 8.4 – Pontos de colheita de água no ambiente da mina da Panassqueira Chaminé do Casal NM 5 Chaminés D23 4A 6 5B D2 3 1 6B 8 10 Poço Santa Bárbara 21 11 11 D1.P2xS 2 D11 7 Fonte do Masso 4 P4 1 7 6A 5A 5 8 9 Chaminé Rebordões Rampa Rebordões L0 D5.R4 NÍVEL 1 15 6 Rampa D13 64 P4 10 9 12 D11 2 20 NÍVEL 2 19 20A D19/D21.R4 21A 12 ∞ 26 27 20 30 ∞ 28 30A Bombagem de AW31 NÍVEL 530 14 D(-1) D(-4) 17 37 38 16 35 Presença de agua 43 Bombagem inundação D19W 15 42 D21W 41 40 NÍVEL 3 ∞ 36 D17W D23W 24 Jusante Salgueira 25 Montante Fonte Masso 85 23 Montante Salgueira Bombagem do L3 ao 530 ∞ ∞ Bombas de urgência Bombas principais Frentes sem agua 5 Ponto de amostragem Zona de desmontes 542 34 Estação de Bombagem LEGENDA D15W 36B P0 39 ∞ 3 Rampa D15 P(-5) 37A 39A 33 Bombagem de inundação L3/L4 36A 38A 32 24 Rampa D19 29 13 Salgueira Rampa L2/L3 19 22 Bombage m de 530 31 25 Câmara de quebragem D23 22A 4 18 P1 21 23 Poço Extracção D17 D15.R4 19A D19 22 13 18 D15 D11.R4 18A 16 17 D13 17A L530.DE.Bombagem 16A Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Anexo 8.5 - Caudal e resultados de análise laboratorial de água subterrânea da mina da Panasqueira T a b e la 7 : B A S E Tabela D E D A D O S D E A G U A N O A M B IE N T E SU B E T R R  N E O D A M IN A P A N A S Q U E IR A SUBTERRÂN B E R A L T T IN & W O L F R A M P o rtu g a l S .A . - IS T C ód. E n s a io FO NT ES DE AG UA C h a m in é s (T o rv a s ) do D11W D3W , D2W , D 1W , P4 e P3 D 1 , P 2 .N L 1 -4 L 1 -5 L 1 -6 S u p erfic ie L 2 -7 C h a m in é s (T o rv a s ) do D11W L 1 -1 L 1 -2 L 1 -3 LO CAL DE CAUDAL AM OS TRA E N S A IO (l/s ) N ro . R A M O ** L (m ) pH 3 2 0 0 ,0 de a Q U A L ID A D E D E A G U A * Fe Mn Cu Zn S ó lid o s D AT A: 12, 15, 16 e 17 d e J a n e iro 2 0 0 1 As g rs /l ppm ppm ppm ppm ppm O BSERVAÇÕ ES 6 ,5 4 0 ,3 4 0 ,1 0 0 ,4 4 4 ,6 0 0 ,2 7 0 ,0 2 8 A g u a d ren a p ela c h am in é R 4 .D 5 3 ,3 1 1 2 D 1 en tre P 3 e P2 8 1 ,2 4 5 5 6 2 2 0 .0 3 ,5 0 0 ,6 6 0 ,5 9 2 ,0 3 3 ,7 0 4 ,6 8 0 ,0 0 6 7 P 2 .S 1 2 ,9 9 8 6 6B 8 0 ,0 0 3 ,4 9 0 ,7 6 0 ,6 3 2 ,1 1 2 3 ,4 4 ,9 4 0 ,0 1 2 N ív e l 1 B o c a M in a F o n te de Masso 9 1 ,7 0 7 6 7 1 2 5 0 ,0 3 ,5 5 0 ,4 5 0 ,4 2 1 ,8 0 4 ,3 5 3 ,9 5 0 ,0 0 7 4 A g u a d ren a rib eira d e B od elh ão F iltra ç õ es p erto d a s u p erfic ie R am pa R eb o rd õ es 8 ,6 0 11 8 9 2 0 0 ,9 0 6 ,0 7 0 ,1 0 0 ,0 2 0 ,1 5 0 ,9 8 0 ,1 9 0 ,0 0 0 0 A g u a d ren a p or ac es s o a P oç o S . B árb ara P o ç o S . B á rb a ra e n tre R e b o rd õ e s e L1 - 21 10 11 1 2 3 ,9 0 6 ,0 9 0 ,0 9 0 ,0 3 0 ,2 5 0 ,1 6 0 ,0 5 0 ,0 0 5 3 A g u a d ren a p or P oç o S . B árb ara 4 ,7 1 10 16A 16 - 6 ,4 2 0 ,6 6 0 ,1 4 0 ,4 7 4 ,6 5 0 ,7 8 0 ,0 3 1 A g u a d ren a a C h .E levad or e R 4 .D 1 1 D11W D 1 1 W en tre P5A e P4 P 4 en tre D 7 e D5 A g u a d e zon as an tig as p ela g aleria a F on te d e M as s o A g u a d ren a p ela c h am in é D 1 .P 2 xS a L 5 3 0 L 2 -8 N o rte d e P 4 (L 0 ) 3 ,7 5 9 15 16 6 6 6 ,0 0 5 ,1 7 4 ,7 1 0 ,3 1 5 ,0 0 1 7 ,4 0 1 1 ,2 0 0 ,0 3 0 A g u a d ren a p or C h am in é D 1 1 .R 4 L 2 -9 P 4 .S e D 1 1 W P 4 e n tre D 1 1 e C h .e le va d o r 7 ,5 3 6 - - - 7 ,4 3 0 ,6 3 0 ,7 0 0 ,9 9 3 ,8 5 1 ,6 6 0 ,0 4 0 A g u a d ren a p or c h am in é elevad or L 2 -1 0 D 1 7 .W (d e s m o n te s a n tig o s ) D 1 7 W an tes de P4 3 ,1 0 - 19A 19 - - - - - - - - A g u a d ren a a P 4 L 2 -1 1 Zona D 19W , d e s m o n te s (s u b s id ê n c ia ) P 4 en tre D17 e D19 5 7 ,2 4 2 19 18 - 3 ,1 6 1 ,3 0 3 ,0 3 1 0 ,4 0 2 3 ,2 0 1 2 ,4 0 0 ,0 3 1 A g u a d ren a a P 4 L 2 -1 2 C h a m in é p erto d o Casal P 4 , p erto d o C h . C as al A g u a d ren a a C h am in é d o C as al L 2 -1 3 L 2 -1 4 L 2 -1 5 L 2 -1 6 D 1 5 W p erto do P4 D 1 5 E a n tes S u l d o P 1 e B om b ag em de A W 31 de P4 D 2 3 .E , B o m b a g em d e A W 2 7 b o m b a g em P 1 a n tes d e Z o n a P 1 S u l, d e s m o n te s (s u b s id ê n c ia ) D23 D es m on tes an tig os (s u b s id ên c ia) 1 8 ,8 7 - - - - - - - - - - - 1 0 0 ,2 6 - 18A 18 - - - - - - - - A g u a d ren a ao D 1 5 .R 4 5 5 ,8 6 4 21 18 6 8 0 ,0 0 4 ,3 1 1 ,0 2 2 ,0 7 1 5 ,0 0 5 ,8 0 7 ,0 0 0 ,0 4 0 A g u a d ren a a P 4 e d ep ois a C h am in é D 1 5 .R 4 1 0 ,0 0 12 22 21 1 1 2 ,0 0 6 ,2 0 0 ,6 4 1 ,5 6 1 1 ,6 0 0 ,1 8 4 ,3 0 0 ,0 0 5 3 A g u a d ren a a P 1 4 5 ,8 6 - 21A 21 - - - - - - - - A g u a d ren a p elo P 1 L 3 -1 7 R 0 .W R am pa D 19 e n tre R 0 e acesso AW 31 4 ,6 2 - - - - - - - - - - - A g u a d o R 0 ju n ta-s e c om ag u a b om b ad a d e A W 3 1 L 3 -1 8 D es m o n tes A W 3 1 B o m b a g em 3 9 ,3 5 - 30A 30 - - - - - - - - A g u a d ren a à R am p a D 1 9 L 3 -1 9 Ram pa D 19 A c es s o a L530 4 3 ,9 7 13 29 28 5 1 .3 0 3 ,7 0 1 ,0 4 2 ,3 3 1 2 ,6 0 4 ,4 9 8 ,6 0 0 ,0 3 6 A g u a d ren a ao L 5 3 0 L 3 -2 0 E s ta ç ã o d e b o m b a g em L 3 /L 4 7 1 .5 6 14 35 13 9 5 7 .0 0 6 ,5 0 1 ,0 0 0 ,2 7 4 ,6 0 0 ,8 2 4 ,9 2 0 ,0 1 3 A g u a b om b . d a es taç ão b om b ag . à C . d e q u eb . p ela N iv el 3 Acesso de L3 a E. Bom bagem 5 0 .2 3 36 35 7 0 0 .0 0 6 ,7 2 1 ,9 5 0 ,4 0 5 ,0 0 1 ,7 2 7 ,0 0 0 ,0 2 5 A g u a d ren a a E . B om b ag em D 1 5 W an tes d e P (-5 ) 1 0 .8 2 - 36A 36 2 7 0 .0 0 - - - - - - - A g u a d ren a ao P (-5 ) E n tre P 0 e D15W 5 .9 8 16 1 9 3 .0 0 3 ,6 5 3 ,9 1 2 ,3 8 1 0 ,4 0 5 ,8 0 2 5 ,4 0 0 ,0 9 8 A g u a d ren a ao D 1 5 W 3 4 5 .0 0 4 ,1 4 2 ,2 8 3 ,1 6 2 1 ,8 0 1 1 ,4 3 3 0 ,4 0 0 ,0 0 4 4 A g u a d ren a ao P 0 6 ,6 4 1 ,4 0 0 ,2 9 4 ,4 0 0 ,6 7 6 ,4 0 0 ,0 1 8 A g u a d ren a p ela P (-5 ) - - - - A g u a d ren a à C âm ara d e q u eb rag em L 3 -2 1 L 3 -2 2 L 3 -2 3 C h a m in é s (T o rv a s ) D 15 A c es s o s d e D 1 7 W , D 19W 36B 36A L 3 -2 4 C h am in é (T orva) D 2 1 .R 0 D 2 1 W an tes de P0 3 .1 5 17 40 36B L 3 -2 5 C h a m in é e T o rva s d e D 2 1 W e P -5 ) d e s d e D 2 1 .R 0 P (-5 ) e n tre D 17W e D 19W 5 .1 9 15 40 36 L 3 -2 6 S u p erfic ie, L 1 e L 2 P o ç o S . B á rb a ra e n tre L 2 e a c e s s o ra m p a L 2 /L 3 2 8 .4 - 12 13 1 4 0 .0 0 - - - L 3 -2 7 L 3 -2 8 L 3 -2 9 S u p erfic ie, L 1 , L 2 e E .B o m b a g em C h a m in é C a s a l e C h .D 1 5 .R 4 C h .C as al, C h .D 1 5 .R 4 , C .q u eb rag em C âm ara d e q u eb rag em E n tre C h .C a s a l e acesso a P .S .B á rb a ra D e p o is d o a c e s s o a P .S . B á rb a ra 7 3 3 .0 0 - 18 13 26 4 0 .0 0 6 ,2 0 0 ,2 1 0 ,1 8 0 ,9 7 1 ,6 0 0 ,7 6 0 ,0 2 5 A g u a d ren a ao L 5 3 0 2 8 6 .5 19 27 26 9 3 .0 0 4 ,7 0 0 ,9 4 2 ,3 4 1 4 ,2 0 5 ,4 0 7 ,2 0 0 ,0 2 5 A g u a d ren a p elo L 5 3 0 - 20 30 25 3 6 5 .0 0 5 ,4 1 1 ,0 7 1 ,7 5 1 1 ,2 5 ,0 0 7 ,0 0 0 ,0 0 5 6 A g u a d ren a p elo L 5 3 0 , à S alg u eira L 3 -3 0 P4 D 5 .R 4 3 ,3 1 - 3 23 9 0 .0 0 - - - - - - - A g u a d ren a a L 5 3 0 d e L 1 L 3 -3 1 P2 D 1 .P 2 xS 1 2 ,9 9 - 6B 31 9 0 .0 0 - - - - - - - A g u a d ren a a L 5 3 0 d e L 1 L 3 -3 2 E s taç ão d e b om b ag em L 5 3 0 .D E .B o m b a gem o ,o o - 35 33 6 0 .0 0 - - - - - - - C h em in é d e b om b ag em , n ão u s ad o p or in u n d aç ão L 3 -3 3 D 1 3 , P 4 (s u l) P 4 (n orte) e D 11 D 1 1 .R 4 8 ,4 6 - 16 25 3 0 .0 0 - - - - - - - A g u a d ren a a L 5 3 0 d e L 2 L 3 -3 4 Z o n a d e s m o n te s a n tig o s L 2 , d e p o is d e D 1 9 D 1 9 W /D 2 1 .R 4 - - 20A 28 3 0 .0 0 - - - - - - - A g u a d ren a a L 5 3 0 d e L 2 L 3 -3 5 L 1 (p a rte) ,L 2 ,L 3 B oc a M in a S alg u eira 8 1 0 .2 2 22 25 34 - 3 ,9 9 1 ,0 5 2 ,0 1 1 2 ,6 0 4 ,0 9 8 ,6 0 0 ,0 2 6 A g u a d ren a a rib eira B od elh ão L 3 -3 6 R ib eira B o d elh ã o , L 1 - 23 - - - 5 ,1 6 0 ,1 2 0 ,1 5 1 ,0 4 0 ,0 3 0 ,8 7 0 ,0 0 0 0 A g u a d ren a a rio Z ézere L 3 -3 7 R ib eira B o d elh ã o , L 1 ,L 2 ,L 3 - 24 - - - 4 ,1 8 0 ,8 1 3 ,1 1 1 5 ,8 0 2 ,9 1 8 ,2 0 0 ,0 2 6 A g u a d ren a a rio Z ézere - 25 - - - 5 .2 7 0 .0 6 0 .0 4 0 .5 2 0 .1 3 0 .0 9 0 .0 0 A g u a d ren a a rio Z ézere L 3 -3 8 D a s lin h a s d e a g u a R ib e ira d e B o d e lh ã o a n te s d e a g u a d e M in a S a lg u e ira R ib e ira d e B o d e lh ã o d e p o is d e a g u a d e M in a S a lg u e ira M o n ta n te F o n te d o M asso * L ab oratorio d e B E R A L T T IN & W O L F R A M P ortu g al S .A ., M in a d e P an as q u eira. ** M ap a d e p res en c ia d e ag u a n o am b ien te s u b terrãn eo d a m in a d a P an as q u eira (J an eiro 2 0 0 1 ). 543 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Anexo 9.1 – Parâmetros térmicos, dinâmicos e volumétricos da mina de San Rafael MINSUR S.A. IST - UTL DATA: 20/ 09/2001 MEDICAO DE PARAMETROS DINÁMICOS E TÉRMICOS DO AMBIENTE SUBETRRANEO SUBTERRÂNE T. Exterior Inicio(4 am)Ts:2°C,Th:1°C T.Exterior Fim(4 pm)Ts:13.5°C,Th:12°C TRECHO COMP SEC VELOCIDADE CAUDALCONDICIOES TERMICAS NIVEL FRENTE m2 m/s m3/s PAREDE OBSERVACOES Rpa.523 523-254 1 35 55 20.8 0.39 8.11 27 22 Nao Rocha Estacao em Km.7 3850 RB(Cx 3950) 2 34 52 2.54 9.25 23.50 31 30 Nao Rocha ? 3850 RB(Cx 3850) 3 33 34 2.54 0 0.00 32 31 Nao Rocha Ventil. Desligado Rpa.523 523 -243 4 34 41 22.5 0.01 0.23 30 29 Nao Rocha Ar tranquilo Rpa.523 523-239 5 40 41 21.4 1.79 38.31 28 27 Nao Rocha Ventil. Desligado Rpa.523 523-236 6 9 40 19.9 1.74 34.63 27 26 Nao Rocha 4100 100-27N 7 27 28 17.8 1.58 28.19 19.5 16.5 Leve Rocha Ventil.conectado 4100 100-27N 8 28 29 4.72 2.05 9.68 18.5 16.5 Nao Rocha Ventil.conectado 4125 Cx-125 9 15 16 9.24 0.98 9.06 14 12.5 Nao Rocha Rpa.523 523-Niv 150 +20m 10 6 7 27.8 1.4 38.93 16.5 15 Nao Rocha 4200 200-S(Cx San Rafael) 11 25 26 ? 2.54 11 10.5 Nao Rocha 4200 200-22-N 12 59 86 22.7 2.37 53.68 24 23.5 Nao Rocha By Pass 4200 200-22-N 13 59A 86 6.51 0.98 6.38 24.5 24 Moderada Rocha "Veta techo" 4200 200-3 14 86 87 5.96 13.65 81.35 25 24.5 Nao Rocha 4450 450-N 15 11 12 12.5 1.01 12.63 11.5 11 Nao Rocha 4450 450-N 16 11 12 11.5 1.06 12.20 6.5 5.5 Nao Rocha Estac. Ventilacao Rpa.523 523-02 17 1 6 24.8 4.68 116.06 8.5 8 Nao Rocha Estac. Ventilacao 4533 533-120-N 18 4533 533-125N 19 4533 533-117N 20 4533 533-102N 21 4533 533-98N 22 4533 533-88N 4533 4600 4666 4600 4533 ESTAC de a m 54C 51 96 51 54C 51 Ts(°C) Th(°C) Hr(%) OBSTR. Ar entra á chamine Estac. Ventilacao 7.57 2.13 16.12 19 18.5 Leve Rocha Ventil.ligado 7.63 1.81 13.81 20 19.5 Nao Rocha Ventil.ligado 9.88 1.81 17.88 19.5 19 Nao Rocha Galeria paralela 54C-51 9.12 1.17 10.67 20 19.5 Nao Rocha Ventil.ligado 50A 50 8.42 1.21 10.19 20 19.5 Nao Rocha Ventil.ligado 23 61 50A 4.28 4.22 18.06 20 19.5 Nao Rocha Porta aberta 533-71N 24 62 61 5.13 2.24 11.49 20 19.5 Nao Rocha 600 San Rafael 25 4 21 11.9 1.72 20.54 9 7 Nao Rocha 666 San Rafael 26 5 36 13.1 1.1 14.37 9 7 Nao Rocha Estac. Ventilacao Zapata 27 3 22 8.26 0.44 3.63 6.5 6 Nao Rocha Estac. Ventilacao Nao Rocha Estac. Ventilacao 4 1.37 14.5 14 Nao Rocha Estac. Ventilacao 0.00 Nao Rocha Estac. Ventilacao 0.00 Nao Rocha Estac. Ventilacao Rocha Estac. Ventilacao 50 54C A chaniné está em processo de alargamento Gal. Patron EV2 Ch, Volcan EV3 28 0.00 el medir a 2m (indirec.) 5.48 Ch. Patron EV1 na seccao irregular (indirec.) Ch. Alimak EU5 vel o acesso(indirec.) 0.00 Nao na seccao irregular(indirec.) 0.00 Nao Tajeos EV4 Estac. Ventilacao Estac. Ventilacao Ch. 4850 EU3 ível o acesso(indirec.) 0.00 Nao Gal. 4890 EU3 vel o acesso (indirec.) 0.00 Nao Estac. Ventilacao Ch.4920 EU1 vel o acesso(indirec.) 0.00 Nao Estac. Ventilacao 544 Estac. Ventilacao Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações CYTED Secretaria General Ferrnando Aladana Mayor – Secretario General Leonardo Uller – Secretario Adjunto Antonio Hidalgo – Director Técnico CYTED XIII http://www.cetem.gov.br/cyted-xiii Coordinadores Internacionales Roberto C. Villas-Bôas (desde 1998) Lelio Fellows Filho (1986 a 1996) REDES Red XIII-A : Red Iberoamericana sobre Fragmentación de Minerales (Finalizada) Coordinador de la Red : Dr. Jorge Fernando Concha Arcil Departamento de Ingeniería Metalúrgica, Facultad de Ingeniería, Universidad de Concepción Casilla 53-C Concepción - CHILE Tels: (56 41) 23 07 59 o 23 49 85 Ext. 2241 Red XIII-B : Red Iberoamericana sobre Metales Preciosos (Finalizada) Coordinador de la Red : Dr. César Cánepa Iannacone Universidad Nacional de San Marcos Pasaje La Princesa A-1 La Castellana SURCO, Lima 33 - PERÚ Tels: (51 1) 476 07 23 / 448 09 92 / 970 42 95 Fax: (51 1) 475 25 64 / 448 09 92 Red XIII-C : Red Iberoamericana de Rocas y Minerales Industriales (Finalizada) Coordinador de la Red : Dr. Benjamín Calvo Pérez Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas Universidad Politécnica de Madrid C/ Ríos Rosas n° 21 28003 Madrid - ESPAÑA Tels: (34) 91 336 64 55 / 442 36 35 / 336 70 23 Fax: (34) 91 442 95 12 Red XIII-D : Red Iberoamericana Sobre la Geomecánica en Función de un Desarrollo Minero Sostenible (Finalizada) Coordinador de la Red : Dr. Roberto Cipriano Blanco Torrens Instituto Superior Minero Metalúrgico Las Coloradas s/n 83329 Moa. Holguín – CUBA Tels: (53 24) 642 14 / 666 78 Fax: (537) 333 523 / (53 24) 622 90 Red XIII-E: Red Iberoamericana sobre Ordenamineto Del Território em Mineral (en ejecución) Coordinador de la Red : M.Sc. Luís M. P. Martins Instituto Geológico e Mineiro Departamento de Prospecção de Minérios Metálicos e de Rochas e Minerais Não Metálicos Estrada da Portela, Bairro do Zambujal, Apartado 7586 2721-866 Alfragide - PORTUGAL Tels: +351 214705400 Fax: +351 214718940 545 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações PROYECTOS A1. Desarrollo de Guías de Exploración para Metales Preciosos en Complejos Ofiolíticos (Finalizado) Coordinado por: Prof. Eurico Sousa Pereira Instituto Geológico Minero Rua da Aimiera s/n. Apartado 1089. 4466 956 S. Mamede Infesta - PORTUGAL Teléfonos: (351 22) 353 75 96 / 951 19 15 - Fax: (351 22) 353 77 09 E-Mail: eurico.pereira@igm. A2. Ferlizantes en Iberoamerica (en ejecución) Coordinado por: Hugo Nelson Secretario General Universidad Nacional de San Martín Tel: 4512-5151 Cel: 15-5182-5159 E-mail: hugo.nielson@unsam.edu.ar A3. Analise de Riesgos Geomecanicos (en ejecución) Coordinado por: Roberto Cipriano Blanco Torrens Instituto Superior Minero Metalúrgico Las Coloradas s/n 83329 Moa. Holguín – CUBA Tels: (53 24) 642 14 / 666 78 Fax: (537) 333 523 / (53 24) 622 90 ÁREAS TEMÁTICAS APOYO A POLÍTICAS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA Subprograma I - Metodología en Ciencia y Tecnología Subprograma XIV - Gestion de la Investigacion y el Desarrollo Tecnologico MEDIO AMBIENTE Subprograma XII - Diversidad Biológica Subprograma XV - Corrosion e Impacto Ambiental sobre Materiales Subprograma XVII - Aprovechamiento y Gestión de Recursos Hídricos Subprograma XVIII - Tecnologías de Previsión y Evaluación de Desastres Naturales RECURSOS ENERGÉTICOS Subprograma IV - Biomasa como Fuente de Productos Quimicos y Energia Subprograma VI - Nuevas Fuentes y Conservacion de la Energia (Excluida Biomasa) TECNOLOGÍA DE LA INFORMACIÓN Y DE LAS COMUNICACIONES Subprograma VII - Electronica e Informatica Aplicadas Subprograma IX - Microelectronica TECNOLOGÍA DE LA SALUD Y DE LA ALIMENTACIÓN Subprograma II - Acuicultura Subprograma III - Biotecnología Subprograma X - Quimica Fina Farmaceutica Subprograma XI - Tratamiento y Conservacion de Alimentos Subprograma XIX - Tecnologías Agropecuarias 546 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES Subprograma V - Catalisis y Adsorbentes Subprograma VIII - Tecnología de Materiales Subprograma XIII - Tecnología Mineral Subprograma XIV - Tecnología de Viviendas de Interes Social SUBPROGRAMAS (até 31/12/2005) I.-METODOLOGIA EN CIENCIA Y TECNOLOGIA Dr. Jesús Blanco Álvarez II.-ACUICULTURA Dr. Manuel M. Murillo (II) III.-BIOTECNOLOGIA Dr. Mitermayer Galvao dos Reis IV.-BIOMASA COMO FUENTE DE PRODUCTOS QUIMICOS Y ENERGIA Dr. Roberto E. Cunningham V.-CATALIZADORES Y ADSORBENTES PARA EL MEDIO AMBIENTE Y CALIDAD DE VIDA Dr. Paulino Andreu VI.-NUEVAS FUENTES Y CONSERVACION DE LA ENERGIA (EXCLUIDA BIOMASA) Dr. Luis Roberto Saravia (VI) VII.-ELECTRONICA E INFORMATICA APLICADAS Dr Ricardo Baeza Yates (VII) VIII.-TECNOLOGIA DE MATERIALES Dra. Osmara Ortíz Núñez IX.-MICROELECTRONICA Dr. Jordi Aguiló X.-QUIMICA FINA FARMACEUTICA Dr. Mahabir P. Gupta XI.-TRATAMIENTO Y CONSERVACION DE ALIMENTOS Dra. Jenny Ruales Nájera (XI) XII.-DIVERSIDAD BIOLÓGICA Dr. Peter Mann de Toledo XIII.-TECNOLOGIA MINERAL Dr. Roberto Cerrini Villas Boas XIV.-TECNOLOGIA DE VIVIENDAS DE INTERES SOCIAL Dr. Edin de Jesús Martínez Ortega (XIV) XV.-CORROSION E IMPACTO AMBIENTAL SOBRE MATERIALES Dra. Mª. Carmen Andrade Perdrix XVI.-GESTION DE LA INVESTIGACION Y EL DESARROLLO TECNOLOGICO Dra. María Carlota de Souza Paula XVII.-APROVECHAMIENTO Y GESTIÓN DE RECURSOS HÍDRICOS Dra. Alicia Fernández Cirelli XVIII.-TECNOLOGÍAS DE PREVISIÓN Y EVALUACIÓN DE DESASTRES NATURALES Dr. Pablo Lagos XIX.-TECNOLOGÍAS AGROPECUARIAS Dr. José Ramón Díaz Álvarez 547 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações CNPq Diretoria Executiva do CNPq Erney Felício Plessmann de Camargo Presidente Manuel Domingos Neto Vice-Presidente Gilberto Pereira Xavier Diretor Administrativo José Roberto Drugowich de Felício Diretor de Programas Horizontais e Instrumentais Manoel Barral Netto Diretor da área de Programas Temáticos e Setoriais Maria Claudia Miranda Diogo Assessoria de Cooperação Internacional 548 Engenharia Ambiental Subterrânea e Aplicações Otros libros de interés: ZERO EMISSION, Editors Villas Bôas, R.C. and Khan , J. , IATAFI , Bergen, Norway, p.120. SUSTAINABLE DEVELOPMENT: CONCEPTS, SCENARIOS AND STRATEGIES FOR R&D (jointly writen by M.L.barreto, H.V.Medina, C.C.Peiter and R.C.Villas Boas ; in Science, Technology and Innovation Policy . TECHNOLOGICAL CHALLENGES POSED BY SUSTAINABLE DEVELOPMENT : THE MINERAL EXTRACTION INDUSTRIES , Editors R.C.Villas Boas and Lelio Fellows Filho, UNIDO and CYTED, p.410. CIERRE DE MINAS EN IBEROAMERICA ; Editors R.C.Villas Boas and Laura Barreto , CYTED, p.516. CANTERAS ESCUELAS EN IBEROAMERICA, Editors Roberto C. Villas Bôas and Gildo de A. Sá C. de Albuquerque. Rio de Janeiro: CNPq/CYTED, ISBN 85-7227-142-2, 2001, 220p.: il O CONHECIMENTO COMO FATOR DE PRODUTIVIDADE, Autor: Marcelo de Matos. Editors: Roberto C. Villas Boas and Lélio Fellows Filho, Rio de Janeiro: CNPq/IMAAC/UNIDO, ISBN 85-7227146-5, 2001, 202p.: il MERCURY IN THE TAPAJOS BASIN / Roberto C. Villas Bôas, Christian Beinhoff, Alberto Rogério da Silva. Rio de Janeiro: CNPq/CYTED, ISBN 85-7227-148-1, 2001, 198p.: il LA MINERIA EN EL CONTEXTO DE LA ORDENACIÓN DEL TERRITORIO / Roberto C. Villas Bôas, Roberto Page. Rio de Janeiro: CNPq/CYTED, ISBN 85.7227-147-3, ISBN 85-7227-164-3, 2002, 418p.: il INDICATORS OF SUSTAINABILITY: FOR THE MINERAL EXTRACTION INDUSTRIES Roberto C. Villas Bôas. Rio de Janeiro: CNPq/CYTED, ISBN 85-7227-164-3, 2002, 524p.: il / Ed. INDICATORS OF SUSTAINABILITY: FOR THE MINERAL EXTRACTION INDUSTRIES Roberto C. Villas Bôas. Rio de Janeiro: CNPq/CYTED, ISBN 85-7227-164-3, 2002, 524p.: il / Ed. PATRIMONIO GEOLÓGICO – MINERO EN EL CONTEXTO DEL CIERRE DE MINAS / Eds.Roberto C. Villas-Bôas, Arsenio González Martínez, Gildo de A. Sá C. De Albuquerque - Rio de Janeiro: CNPq/CYTED, ISBN 85-7227-168-6, 2002, 318p.: il PEQUEÑA MINERÍA Y MINERÍA ARTESANAL EN IBEROAMÉRICA • CONFLICTOS • ORDENAMIENTO • SOLUCIONES / Eds. Roberto C. Villas-Bôas; Ana María Aranibar - Rio de Janeiro: CETEM/CYTED/CONACYT, ISBN 85-7227-185-6, 2003, 306p.: il GOLD POTENTIAL MAPS FOR ENVIRONMENTAL MANAGEMENT OF CAMBODIA AND LATIN AMERICA, AIST02-C00024, Editors: Satochi Murao, Eduardo Cjaparro Avilla, Roberto C. Villas Bôas, Toshihiko Waza IBEROEKA EN MÁRMOLES Y GRANITOS: mini-foro realizado em Salvador, Bahia, 3-6 abril/2003 / Roberto C. Villas-Bôas; Benjamin Calvo ; Carlos César Peiter, eds. - Rio de Janeiro: CETEM/CYTED/CNPq, 230p., il., ISBN 85-7227-195-3, CDD 553 APELL PARA MINERIA GUÍA PARA LA INDUSTRIA MINERA A FIN DE PROMOVER LA CONCIENTIZACIÓN Y PREPARACIÓN PARA EMERGENCIAS A NIVEL LOCAL - Rio de Janeiro: CETEM/CYTED/CNPq, 2004, 122p.: il, ISBN 85-7227-197-X, CDD 338-1 PROBLEMAS EMERGENCIALES Y SOLUCIONES APELL - Santa Cruz de la Sierra, Bolívia – 5-9 de julio de 2004/ Roberto C. Villas-Bôas; Cristina Echavarria, Jorge Ellis, Diego Masera eds. - Rio de Janeiro: CETEM/CYTED-XIII/MPRI/IDRC/AECI/UNESCO, 2004, 356p.: il, ISBN 85-7227-200-3, CDD 338.1 549