Seleção dos métodos de lavra subterrânea

1. Introdução

A lavra subterrânea é aplicada em depósitos minerais que apresentam grandes profundidades, geometrias complexas ou restrições ambientais e de superfície que inviabilizam a lavra a céu aberto. Uma mina subterrânea é uma instalação projetada para a extração de minérios localizados abaixo da superfície terrestre, onde o acesso direto por cava a céu aberto é inviável. Ela é composta por um sistema de acessos, galerias, câmaras, realces e infraestrutura de apoio, que permite lavrar, transportar, ventilar e sustentar o minério com segurança.

A lavra subterrânea geralmente apresenta maiores custos operacionais para ser realizada, mas como podem contornar os volumes de minério sem a necessidade de retirar estéril (seletividade) , compensam o maior custo devido a menor movimentação de material.

A maior vantagem dos métodos de lavra subterrânea é permitirem a seletividade do minério. Seletividade de lavra é a capacidade de um método de mineração separar o minério do estéril com o máximo de precisão possível, extraindo apenas o material economicamente aproveitável, minimizando a diluição e maximizando o teor médio alimentado à usina.

Diluição é o aumento do volume de material lavrado que não pertence ao minério, ou seja, a mistura de rocha estéril com o minério durante o processo de lavra, carregamento ou transporte. É a porção de material sem valor econômico (ou de teor inferior ao cutoff) que é acidentalmente misturada ao minério extraído.

O conceito de recuperação de lavra (mining recovery) é fundamental na engenharia de minas, pois representa quanto do minério originalmente contido no depósito é efetivamente extraído e aproveitado economicamente.

A competência de uma rocha é a capacidade que ela tem de resistir a esforços (compressão, tração e cisalhamento) sem se deformar ou romper. Uma rocha competente é aquela rígida e resistente, capaz de manter sua forma e estabilidade após a escavação. Uma rocha incompetente (ou fraca) é plástica, friável ou fragmentada, e tende a se deformar ou colapsar sob tensões. As propriedades de resistência das rochas podem se comportar diferentemente com o grau de alteração, presença de água, tensões in situ e composição destas rochas.

A subsidência é o rebaixamento da superfície do terreno causado pela perda de suporte em subsuperfície, em função do colapso progressivo das rochas encaixantes após a lavra. A subsidência é característica de métodos de abatimento e geralmente não é confiável quando:

• Há infraestrutura de superfície (edificações, estradas, oleodutos, barragens, linhas férreas).
• A lavra está a menos de 300–400 m da superfície, e a subsidência estimada ultrapassa os limites legais.
• Existem zonas de recarga de aquíferos ou áreas de preservação permanente (APPs).
• O EIA/RIMA demonstra risco de colapso com potencial dano ambiental ou humano.

A escolha do método depende de parâmetros geológicos, geotécnicos e econômicos, como:

• Geometria do corpo mineral: tabular, lenticular ou maciço.
• Competência do minério e das encaixantes (ore and host rock strength).
• Profundidade e tensões in situ.
• Grau de mecanização e produtividade requerida.

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2. Métodos Clássicos de Lavra Subterrânea

2.1. Câmaras e Pilares (Room and Pillar Mining)

O minério é lavrado em câmaras horizontais, deixando pilares de suporte entre as aberturas. Utilizado em depósitos tabulares e rasos, como carvão, sal-gema e calcário. O método de Câmaras e Pilares consiste na extração de parte do minério em câmaras (salas ou galerias), deixando pilares de minério in situ para sustentação do teto. Esses pilares formam o suporte natural do maciço, garantindo a estabilidade do teto até o final da operação.

• As câmaras são as aberturas escavadas onde o minério é retirado;
• Os pilares são blocos de minério deixados entre as câmaras, dispostos em padrão regular (geralmente retangular ou quadrado).
• 👉 O arranjo resultante se assemelha a uma malha quadriculada subterrânea, semelhante a um tabuleiro de xadrez.

Condições:

• Minério: baixa a moderada resistência.
• Encaixantes: moderadas a elevadas.
• Geometria: tabular e horizontalizada.
• Profundidade: baixa a moderada.

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2.1.2 Etapas Operacionais

• Desenvolvimento dos acessos principais
• Áditos ou rampas levam ao corpo de minério.
• Galerias principais são abertas ao longo da camada mineralizada.

• Abertura das Câmaras (Rooms)
• A escavação é feita em fileiras paralelas, separadas por pilares regulares.
• Largura típica das câmaras: 5 a 10 m.

• Formação dos Pilares
• Pilares quadrados ou retangulares, geralmente com dimensões entre 5 e 20 m.
• A proporção entre largura da câmara e do pilar é definida por critérios geotécnicos.

• Fase de Produção
• Perfuração e desmonte do minério (normalmente por explosivos).
• Mecanização é possível em depósitos com minérios de baixa dureza e competência como carvão ou halita.
• Carregamento e transporte com LHDs, shuttle cars ou correias.

• Possível Recuo Final (Retreat Mining)
• Em alguns casos, parte dos pilares é removida no final da lavra, com abatimento controlado do teto.
• Essa fase aumenta a recuperação, mas reduz a segurança.

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2.1.3 Vantagens e Desvantagens

• Vantagens
• Boa ventilação natural
• método simples e flexível
• baixo custo inicial
• possibilidade de mecanização
• baixa diluição

• Desvantagens
• Baixa recuperação do minério (50-70%)
• limitação de profundidade
• Risco de colapso de pilares

Fonte: Underground mining methods: Engineering fundamentals and international case studies, 2001

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2.2 Corte e Aterro (Cut and Fill Mining)

O minério é lavrado em fatias ascendentes, sendo cada realce preenchido (backfilled) após a extração. O enchimento pode ser hidráulico, cimentado, ou paste fill (pasta de rejeito desaguado). O método de Corte e Aterro (Cut and Fill Mining) é um dos mais seletivos, seguros e versáteis da lavra subterrânea, especialmente indicado para depósitos irregulares, inclinados ou de alto valor econômico.

👉 Em outras palavras: o enchimento atua como piso artificial e suporte estrutural, permitindo que a lavra avance verticalmente com segurança.

Condições:

• Minério: moderada a elevada competência.
• Encaixantes: fracas (necessidade de suporte).
• Geometria: tabular, vertical, contatos irregulares.
• Teores: altos e irregulares.

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2.2.1 Etapas operacionais

• Acesso e Desenvolvimento
• Rampas e galerias de transporte conectam o corpo mineralizado.
• Travessas (crosscuts) dão acesso ao painel de lavra.

• Perfuração e Desmonte
• Lavra de uma camada (slice) do minério, geralmente com furos curtos (2–3 m).
• Explosivos de emulsão ou ANFO são usados com alta precisão.

• Carregamento e Transporte
• Minério desmontado é removido com LHDs (Load-Haul-Dump) ou pequenos caminhões.
• O transporte segue até um ore pass ou diretamente à rampa principal.

• Aterro (Backfill)
• O vazio resultante é preenchido com material estabilizador.
• Esse enchimento servirá como piso de trabalho para o próximo corte (fill platform).

• Repetição Ascendente
• O ciclo se repete fatia por fatia até o topo do corpo mineralizado.

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2.2.2 Vantagens e Desvantagens

• Vantagens
• Alta recuperação, seletividade e baixo impacto ambiental
• Alta segurança estrutural
• Permite disposição de rejeitos no subsolo
• Reduz subsidência e impactos no solo

• Desvantagens
• Custo elevado de enchimento e bombeamento
• Produção cíclica (baixa taxa de avanço)
• Exige drenagem e controle hidráulico
• Operação complexa e mão de obra especializada
• Interrupções para cura do enchimento

Fonte: Underground mining methods: Engineering fundamentals and international case studies, 2001

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2.3 Sublevel Stoping (Realces por Subníveis)

Baseia-se na perfuração de furos longos (long hole drilling) a partir de subníveis. A lavra é realizada por desmonte em massa, com retirada do minério por gravidade através de draw points. O Sublevel Stoping é um método de lavra por câmaras longas (long-hole stoping), no qual o corpo de minério é subdividido verticalmente em subníveis (sublevels), conectados por galerias horizontais.O minério é desmontado por perfuração e desmonte em furos longos, e o material fragmentado é lançado por gravidade para chutes, galerias de transporte e sistemas de carregamento.

Condições:

• Minério: moderado a competente.
• Encaixantes: competentes.
• Geometria: tabular ou lenticular, mergulho acentuado.
• Teores: moderados e uniformes.

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2.3.1 Etapas operacionais

• Desenvolvimento
• Criação de galerias principais (níveis) e subníveis verticais ou inclinados.
• Construção de chutes de minério, rampas de acesso e raises de ventilação.

• Perfuração
• Perfuração de furos longos ascendentes ou descendentes (geralmente 15–30 m de comprimento) a partir dos subníveis.
• O padrão pode ser em leque (fan pattern) ou retangular.

• Carregamento e desmonte
• Os furos são carregados com explosivos e detonados em painéis sequenciais, permitindo controle da estabilidade.
• O minério desmontado desce por gravidade para galerias inferiores.

• Carregamento e transporte
• O minério é recolhido por LHDs (Load-Haul-Dump) e enviado para o sistema de transporte principal.

• Abandono do stope
• Após o esgotamento, o vazio (stope) pode ser deixado aberto ou preenchido com material estéril ou pasta cimentada (cemented backfill) para garantir estabilidade.

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2.3.2 Vantagens e Desvantagens

Vantagens:

• Alta produtividade e baixo custo por tonelada.
• Boa seletividade quando bem planejado.
• Permite mecanização completa (LHD, perfuratrizes de furos longos).
• Diluição controlável e recuperação razoável.
• Pode operar com múltiplos painéis simultaneamente.

Desvantagens:

• Requer rochas competentes (caso contrário, há risco de instabilidade).
• Alto investimento inicial em desenvolvimento de subníveis.
• Necessita de controle rigoroso de diluição.
• Dificuldade em adaptar-se a corpos irregulares ou muito inclinados.

Fonte: Underground mining methods: Engineering fundamentals and international case studies, 2001

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2.4 Sublevel Caving (Abatimento por Subníveis)

O Sublevel Caving é um método de lavra por abatimento controlado, onde o minério é desmontado por furos longos, e o abate progressivo da rocha encaixante ocorre naturalmente, à medida que o minério é extraído. Em outras palavras: o minério é extraído e o teto (rocha encaixante) desaba controladamente sobre o vazio criado, permitindo que a gravidade auxilie na fragmentação e no fluxo do material.

Esse método é uma evolução dos métodos clássicos de abatimento por blocos (block caving), porém com subdivisão em subníveis que aumentam o controle operacional e a seletividade.

Condições:

• Minério: moderado a competente.
• Encaixante: baixa a moderada.
• Geometria: grandes volumes, mergulho forte, profundidades elevadas.

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2.4.1 Etapas Operacionais

• Desenvolvimento
• São construídos subníveis horizontais espaçados verticalmente (geralmente entre 15 e 30 m).
• Em cada subnível, há galerias de produção (drives) e chutes por onde o minério desmontado será coletado.
• Ramps, raises e ventilação também são desenvolvidos para acesso e segurança.

• Perfuração e desmonte
• A partir das galerias dos subníveis, realizam-se furos longos inclinados (15–25 m) em leques.
• O desmonte é feito em painéis sucessivos de baixo para cima, permitindo o colapso natural do teto.

• Fluxo de material
• Após o desmonte, o minério fragmentado e parte da rocha encaixante abatida descem por gravidade.
• O carregamento é feito por LHDs (Load-Haul-Dump) que retiram o minério através das galerias inferiores.
• O controle da extração é essencial para evitar diluição prematura (entrada de estéril antes da hora).

• Sequência de lavra
• O método é aplicado de baixo para cima, lavrando sucessivamente cada subnível.
• O colapso do teto cria uma zona de abatimento contínua até a superfície, que vai se expandindo com o tempo.

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2.4.2 Vantagens e desvantagens

• Vantagens
• Alta taxa de produção (até centenas de milhares de toneladas por mês).
• Operação fortemente mecanizada e contínua.
• Boa segurança — não há exposição direta de operadores em áreas instáveis.
• Adaptável a grandes corpos com continuidade vertical.
• Reduz a necessidade de suporte do teto (autoabate natural).

• Desvantagens
• Diluição alta se o abatimento não for bem controlado.
• Dificuldade de seletividade: o minério e o estéril podem se misturar.
• Irreversibilidade: uma vez iniciado o abatimento, o controle do fluxo é limitado.
• Deformações no terreno: subsidência (afundamento) na superfície é comum.
• Maior demanda geotécnica: requer estudos detalhados de tensões, colapso e fluxo granular.

Fonte: Underground mining methods: Engineering fundamentals and international case studies, 2001

2.5 Block Caving (Abatimento por Blocos)

O Block Caving (lavra por abatimento em blocos) é um método de lavra por colapso natural controlado, em que um grande bloco de minério é isolado e induzido a desabar sob seu próprio peso. A fragmentação do minério ocorre de forma natural (autógena), devido à gravidade e à liberação de tensões, sem necessidade de desmontes sucessivos como nos métodos de furos longos.

O minério fragmentado flui por gravidade para os pontos de extração (drawpoints) localizados em galerias inferiores, de onde é transportado mecanicamente (por LHDs, correias ou skips).

Condições:

• Minério e encaixantes: baixa a moderada competência.
• Geometria: maciça, vertical, de grandes dimensões.
• Teor: baixo, porém uniforme.

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2.5.1 Etapas Operacionais

• Desenvolvimento
• Antes do início da lavra, é necessário um grande investimento em infraestrutura subterrânea:
• Nível de produção (production level): com galerias e drawpoints onde o minério será recolhido.
• Nível de transporte (haulage level): abaixo do nível de produção, por onde correias e skips transportam o minério.
• Nível de ventilação e acesso: acima e abaixo do corpo mineralizado.
• Raise de colapso: para iniciar a fraturação do bloco.

Esses níveis podem estar separados por 50 a 100 m verticalmente.

• Pré-condicionamento
• Para facilitar o colapso, o bloco pode ser pré-fraturado com furação e desmonte controlado, injeção hidráulica ou fraturamento por explosivos (hydraulic fracturing).
• Esse pré-condicionamento define as linhas de ruptura e melhora o fluxo do minério.

• Início do abatimento
• A lavra começa em uma câmara central de propagação (undercut), onde é removido o suporte inferior do bloco.
• O peso do próprio minério causa o colapso gravitacional progressivo do maciço.

• Fluxo de produção
• O minério abatido desce por gravidade até os drawpoints, localizados no nível de produção.
• O carregamento é feito por LHDs automáticos ou sistemas de carregamento contínuo.
• O minério é conduzido para o nível de transporte, e depois à superfície por correias ou skips em poços verticais.

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2.5.2 Vantagens e desvantagens

• Vantagens:
• Altíssima produtividade (centenas de milhares de toneladas/dia).
• Baixo custo operacional por tonelada.
• Alto grau de automação — ideal para minas modernas e profundas.
• Aproveitamento total do corpo mineral (ótimo para minérios de baixo teor).
• Sem necessidade de perfuração e desmonte contínuos.

• Desvantagens:
• Grande investimento inicial em desenvolvimento e infraestrutura.
• Diluição significativa, devido ao abatimento da encaixante.
• Baixa seletividade

Fonte Underground mining methods: Engineering fundamentals and international case studies, 2001

2.6 Shrinkage Stoping (Método de Recalque)

O Shrinkage Stoping é um método de lavra por câmaras abertas, no qual o minério desmontado é deixado parcialmente acumulado dentro da própria câmara para servir de plataforma de trabalho durante a lavra ascendente (overhand stoping). O termo shrinkage (“empolamento”) vem do fato de que o volume do minério desmontado é maior do que o volume in situ, devido à compactação dos fragmentos — normalmente 30% de aumento no volume. Assim, parte do minério é mantida no interior do stope (para dar acesso aos mineradores e equipamentos), e o restante é removido apenas após o término do desmonte.

Condições:

• Minério: competente.
• Encaixante: forte.
• Geometria: tabular ou lenticular.

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2.6.1 Etapas Operacionais

• Desenvolvimento da lavra
• A lavra é iniciada por galerias de base (nível inferior) e raises (poços verticais) para ventilação e acesso.
• A partir do nível inferior, constrói-se o primeiro painel de lavra.

• Perfuração e desmonte
• São feitos furos curtos ascendentes a partir da base da câmara.
• O desmonte é realizado em fatias horizontais sucessivas (slices), de baixo para cima.

• Acúmulo e uso do minério desmontado
• O minério desmontado não é removido totalmente: cerca de 60 a 80% é deixado no stope.
• Esse material atua como uma plataforma para o trabalho nas fatias superiores.
• À medida que a lavra avança, o nível de minério acumulado sobe junto com o teto da câmara.

• Retirada final do minério
• Após completar o stope até o teto, o restante do minério é removido por gravidade através de chutes e passes para as galerias inferiores.
• Em alguns casos, é necessário enchimento artificial (backfill) após a remoção final, para garantir estabilidade e acesso.

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2.6.2 Vantagens e Desvantagens

• Vantagens:
• Simples e de baixo custo de desenvolvimento.
• Boa recuperação e seletividade, ideal para veios estreitos.
• Necessita de pouco suporte artificial, pois o minério desmontado estabiliza o stope.
• Adequado para operações de pequena a média escala.

• Desvantagens:
• Produção intermitente e lenta (a lavra só avança após cada desmonte).
• Grande capital imobilizado em minério dentro do stope (até 80% do valor do minério fica parado).
• Risco de oxidação e autoaquecimento se o minério for sulfetado.
• Difícil mecanização — método exige trabalho manual ou semi-mecanizado.
• Pouco adequado para rochas fracas (risco de desabamento).

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2.7 Square Set e Stull Stope

Os métodos Square Set Stoping e Stull Stoping são métodos clássicos de lavra subterrânea desenvolvidos historicamente para condições geológicas desfavoráveis, ou seja, onde nem o minério nem a rocha encaixante são suficientemente competentes para manter a estabilidade das câmaras abertas. Apesar de hoje serem pouco usados em minas modernas mecanizadas, ainda são extremamente importantes do ponto de vista técnico e histórico, servindo de base para o desenvolvimento dos métodos com backfill e suporte sistemático.

Condições: Depósitos verticais, encaixantes fracas, teores altos.

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2.7.1 Etapas operacionais

• Desenvolvimento inicial
• A lavra começa por uma galeria de base e raises de ventilação e acesso.
• Define-se o painel a ser lavrado (geralmente tabular e subvertical).

• Instalação do primeiro conjunto (set)
• A partir do piso, monta-se o primeiro cubo de madeira (square set).
• Após desmontar o minério adjacente, o conjunto seguinte é montado sobre o anterior, permitindo lavrar em várias direções.

• Desmonte:
• O minério é desmontado manualmente em pequenas seções, e o espaço é imediatamente ocupado por novos conjuntos estruturais.

• Preenchimento:
• Após a retirada completa do minério, o vazio pode ser preenchido com material estéril para aliviar a pressão nas estruturas.

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2.8 Longwall Mining (Painel Longo)

O Longwall Mining é um método de lavra por painéis contínuos no qual todo o minério entre dois corredores (gateroads) é lavrado integralmente ao longo de um painel longo e retangular (geralmente de 150–400 m de largura e até 3 km de comprimento).

A lavra progride linearmente, com o teto sustentado temporariamente por suportes hidráulicos móveis (chamados shields) que avançam junto à frente de lavra. À medida que a frente avança, o teto colapsa controladamente atrás dos suportes — processo conhecido como caving.

Condições: Depósitos tabulares e horizontais de pequena espessura.

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2.8.1 Etapas operacionais

• Desenvolvimento
• Duas galerias paralelas (gateroads): delimitam o painel de lavra.
• Crosscuts: interligam os gateroads, permitindo ventilação e transporte.
• Pilares temporários: sustentam as galerias até o início da lavra.

• Montagem dos equipamentos principais:
• Shearer ou plow: máquina de corte contínuo.
• Conveyor (transportador de correia): retira o material cortado.
• Hydraulic shields: suportes móveis que protegem o teto.

• Lavra contínua
• O shearer percorre o painel cortando o carvão ao longo da face (face longwall).
• O carvão cai sobre o transportador blindado (AFC) e segue para a correia principal.
• Após cada passada, os shields hidráulicos recuam, permitindo o colapso controlado do teto (goaf ou gob).

• Colapso e avanço
• O teto imediatamente atrás dos suportes é deixado para colapsar naturalmente.
• O avanço é contínuo e controlado, com velocidade típica de 5–10 m/dia.
• Quando o painel se esgota, a face é desmontada e reinstalada em um novo painel.

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2.8.2 Vantagens e Desvantagens

• Vantagens
• Segurança elevada
• Baixo custo operacional por tonelada
• Lavrabilidade completa da camada (sem pilares permanentes)
• Automatização e controle remoto possíveis.

• Desvantagens
• Altos custos iniciais de capital
• Subsidência na superfície devido ao abatimento
• Dificuldade para camadas muito inclinadas (>20°)
• Necessidade de controle geotécnico e ventilação rigorosos

Fonte Underground mining methods: Engineering fundamentals and international case studies , 2001

3. Conclusão

A lavra subterrânea representa uma das formas mais complexas e tecnicamente sofisticadas de extração mineral, exigindo integração entre geologia, geotecnia, economia mineral e planejamento mineiro. A escolha do método adequado deve sempre equilibrar segurança, recuperação de minério, diluição, custo e sustentabilidade ambiental.

Os métodos de suporte natural, como Câmaras e Pilares, oferecem simplicidade e bom controle em depósitos tabulares e rasos, porém com menor recuperação. Já os métodos de suporte artificial, como o Corte e Aterro (Cut and Fill), destacam-se pela alta seletividade e controle geotécnico, sendo ideais para corpos irregulares e encaixantes fracas. Por sua vez, os métodos de abatimento em massa, como Sublevel Caving e Block Caving, permitem altas taxas de produção e baixo custo unitário, mas com elevada diluição e risco de subsidência, sendo aplicáveis apenas em contextos geológicos e ambientais específicos.

Fatores como competência das rochas, geometria do corpo, profundidade, distribuição do teor e nível de mecanização são determinantes para o desempenho operacional e econômico. A análise integrada desses parâmetros, aliada a ferramentas modernas de modelagem geotécnica e econômica, permite ao engenheiro de minas definir o método mais adequado para cada jazida, assegurando produtividade, estabilidade e longevidade da operação.

Por fim, a mineração subterrânea moderna deve ser compreendida não apenas como uma atividade de extração, mas como um sistema técnico e ambientalmente controlado, em que o domínio sobre ventilação, enchimento, monitoramento geotécnico e sustentabilidade é tão essencial quanto a própria lavra. O futuro da mineração subterrânea depende da eficiência tecnológica, da gestão responsável dos riscos geológicos e ambientais e da adoção de práticas que conciliem viabilidade econômica com segurança e preservação do meio ambiente.

4. Referências

• Bieniawski, Z. T. (1968, 1984). Pillar Design in Coal Mines.
• Hustrulid, W., & Bullock, R. (2001). Underground Mining Methods. SME.
• Hartman, H. L. (1992). Introductory Mining Engineering. Wiley.
• Peng, S. S. (1986). Coal Mine Ground Control.
• Apostila: Métodos de Lavra – Câmaras e Pilares