Apostila de Perfuracao e Desmonte

COLÉGIO SATC

Disciplina na modalidade a distância APOSTILA DE PERFURAÇÃO E DESMONTE Professor Tutor: Alberto Giovani Fronza

CRICIÚMA – SC

COLÉGIO SATC Diretor João Luiz Novelli Coordenadora Geral Maria da Graça Cabral Coordenadora EaD Izes Ester Machado Beloli Orientadora Pedagógica  Ana Aliria da Silva Peres Coordenador do Curso José Roberto Savi Professor Conteudista  Alberto Giovani Fronza Designer Instrucional Patrícia Medeiros Paz Diagramadoras Flavia Giassi Patel Patrícia Medeiros Paz Revisão Ortográfica Flavia Giassi Patel Patrícia Medeiros Paz

SUMÁRIO APRESENTAÇÃO ........................................................................................................ 05 UNIDADE 1: PERFURAÇÃO DE ROCHAS ................................................................. 07 TÓPICO 1: APLICAÇÕES DA PERFURAÇÃO ............................................................ 08 TÓPICO 2: PRINCIPAIS MÉTODOS DE PERFURAÇÃO ............................................ 09 TÓPICO 3: CARACTERÍSTICAS DOS FUROS PARA DESMONTE ........................... 18

EXERCÍCIOS ................................................................................................................ 23 CHECK LIST ................................................................................................................. 34 UNIDADE 2: PERFURATRIZES .................................................................................. 25 TÓPICO 1: PERFURAÇÃO VERTICAL X PERFURAÇÃO INCLINADA...................... 26 TÓPICO 2: SELEÇÃO DOS DIFERENTES TIPOS DE PERFURATRIZES ................ 28 TÓPICO 3: CALCULO DOS COMPONENTES DAS PERFURATRIZES .................... 30

EXERCÍCIOS ................................................................................................................ 32 CHECK LIST ................................................................................................................. 34 UNIDADE 3: DESMONTE COM EXPLOSIVOS .......................................................... 35 TÓPICO 1: PROPRIEDADES E SELEÇÃO DOS EXPLOSIVOS ................................. 36 TÓPICO 2: CLASSIFICAÇÃO DOS EXPLOSIVOS ..................................................... 44 TÓPICO 3: CRITÉRIOS GERAIS PARA SELEÇÃO DE EXPLOSIVO COMERCIAL .. 52 TÓPICO 4: MECANISMOS DE RUPTURA DAS ROCHAS.......................................... 63

EXERCÍCIOS ................................................................................................................ 68 CHECK LIST ................................................................................................................. 69 UNIDADE 4: PLANO DE FOGO ................................................................................... 70 TÓPICO 1: PLANO DE FOGO - A CÉU ABERTO................................................. ....... 71 TÓPICO 2: VARIÁVEIS GEOMÉTRICAS DE UM PLANO DE FOGO..................... .... 75 TÓPICO 3: ESCAVAÇÕES DE TÚNEIS E GALERIAS COM USO DE EXPLOSIVOS 87 TÓPICO 4: PLANO DE FOGO SUBTERRÂNEO ......................................................... 99 TÓPICO 5: PLANO DE FOGO PARA DESMONTE ESCULTURAL .......................... 113

TÓPICO 6: PROBLEMAS AMBIENTAIS GERADOS PELOS DESMONTES DE

ROCHAS ..................................................................................................................... 121 EXERCÍCIOS ............................................................................................................... 141 CHECK LIST ............................................................................................................... 144 GABARITO COMENTADO ......................................................................................... 145 REFERÊNCIAS ........................................................................................................... 151

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Apresentação Bem-vindo(a) ao componente curricular Perfuração e Desmonte do curso Técnico em Mineração, na modalidade à distância, da SATC. Este material foi desenvolvido para expor os mais variados sistemas de perfuração de rochas incluindo equipamentos utilizados na mineração a céu aberto e subterrâneo, além de demonstrar os diversos tipos de desmonte de rochas com a utilização de explosivos. Nosso ponto de partida será demonstrar que há muitos outros equipamentos envolvidos na mineração além de caminhões gigantes, perfuratrizes, etc. E que para pleno funcionamento do sistema como um todo, esses equipamentos devem ser rigorosamente dimensionados, seguindo regras claras, sendo que cada procedimento tem sua importância para o complexo fluxo de uma mineradora. Veremos também alguns modelos de equipamentos utilizados no apoio das atividades, os quais darão suporte para todo o sistema. Iniciaremos a unidade 1  com equipamentos utilizados para realizar a perfuração das rochas, os métodos para perfuração e suas características e os tipos de furos para a utilização de explosivos para o desmonte. Na unidade 2  veremos formas de perfuração, vertical ou inclinada, as características de cada tipo de perfuração quando empregamos essas duas variáveis, a seleção dos equipamentos e o cálculo dos componentes das perfuratrizes. Já na Unidade 3 trabalharemos os explosivos, estudando suas propriedades físicas e químicas, suas classificações, como selecionar um explosivo e os mecanismos de ruptura das rochas, quando empregamos explosivos para seu desmonte. E por fim, na Unidade 4, veremos os planos de fogo para desmonte a céu aberto com suas variáveis geométricas, escavações de túneis e galerias com uso de explosivos, plano de fogo para desmonte subterrâneo e desmonte escultural.  A carga horária dessa disciplina é de 76 horas/aula, mas você poderá organizar seus momentos de estudos com autonomia, conforme os horários de sua preferência. No entanto, não esqueça que há um prazo limite para a conclusão desse processo. Então fique atento as datas para realizar as avaliações presenciais, as on-line, publicadas pelos professores no Ambiente Virtual de Aprendizagem (AVA), e possíveis trabalhos solicitados pelo educador.

6 Para o estudo dessa apostila você terá auxílio de alguns recursos pedagógicos que facilitarão o seu processo de aprendizagem. Perceba que a margem externa das páginas dos conteúdos são maiores. Elas servem tanto para você fazer anotações durante os seus estudos quanto para o professor incluir informações adicionais importantes. Esse material também dispõe de vários ícones de aprendizagem, os quais destacarão informações relevantes sobre os assuntos que você está estudando. Vejamos quais são eles e os seus respectivos significados: ÍCONES DE APRENDIZAGEM Indica

a

proposta

de

Mostra quais conteúdos serão

aprendizagem para cada

estudados em cada unidade

unidade da apostila.

da apostila.

 Apresenta

 Apresenta os conteúdos mais

exercícios

sobre cada unidade.

relevantes que você deve ter aprendido em cada unidade. Se

houver

alguma

dúvida

sobre algum deles, você deve estudar mais antes de entrar nas outras unidades.  Apresenta a fonte de

Traz perguntas que auxiliam

pesquisa das figuras e as

você na reflexão sobre os

citações

conteúdos

presentes

na

e

no

apostila.

sequenciamento dos mesmos.

 Apresenta curiosidades e

Traz endereços da internet ou

informações

indicações

complementares

sobre

de

livros

que

possam complementar o seu

um conteúdo.

estudo sobre os conteúdos.

 Ainda é bom lembrar que além do auxílio do professor, você também poderá contar com o acompanhamento de nosso sistema de Tutoria. Você poderá entrar

em

contato

sempre

que

sentir

necessidade,

seja

pelo

email

[email protected] ou pelo telefone (48) 3431 – 7590/ 3431 – 7596. Bom estudo!

7

UNIDADE 1 PERFURAÇÃO DE ROCHAS

Objetivos de Aprendizagem  Ao final desta unidade você deverá: 

identificar cada equipamento e suas importâncias;



identificar a necessidade de perfuração;

  identificar

os principais métodos de perfuração de

rochas.

Plano de Estudos Esta unidade está dividida em três tópicos, organizada de modo a facilitar sua compreensão dos conteúdos. TÓPICO 1: APLICAÇÕES DA PERFURAÇÃO TÓPICO 2: PRINCIPAIS MÉTODOS DE PERFURAÇÃO TÓPICO 3: CARACTERÍSTICAS DOS FUROS PARA

DESMONTE

8 TÓPICO 1

PERFURAÇÃO DE ROCHA  A perfuração das rochas, dentro do campo dos desmontes, é a primeira operação que se realiza e tem como finalidade abrir furos com uma distribuição e geometria adequada dentro dos maciços para alojar as cargas de explosivos e acessórios iniciadores.

a figura abaixo mostra a evolução dos sistemas de perfuração ao longo dos anos:

Esta figura foi retirada do artigo: Segurança na Mineração e no Uso de Explosivos.

9

Aplicações da Perfuração Os tipos de trabalho, tanto em obras de superfície como subterrâneas, podem classificar-se em:  perfuração

de banco;



perfuração de produção;



perfuração de chaminés (raises);



perfuração de poços (shafts;

 

perfuração de rochas com capeamento e reforço das rochas.

TÓPICO 2

PRINCIPAIS MÉTODOS DE PERFURAÇÃO Existem três principais métodos de perfuração para o desmonte de rochas com explosivos aplicados à mineração: 

perfuração rotativa com brocas tricônicas (Holler Bit );

 

martelo de superfície (Top-Hammer , método rotopercussivo);

  martelo

de fundo de furo ou furo abaixo ( Down the

Hole, método roto- percussivo).

Perfuração por Percussão Também conhecido por perfuração por martelo, é o método mais comum de perfuração para a maioria das rochas e os martelos podem ser acionados a ar comprimido ou hidráulicos.  A perfuração rotopercussiva é o sistema mais clássico de

perfuração

e

o

seu

aparecimento

coincide

com

o

desenvolvimento industrial do século XIX. As primeiras máquinas

10 utilizavam vapor para o seu acionamento, mas foi com a aplicação posterior do ar comprimido como fonte de energia que este sistema evoluiu e passou a ser utilizado de forma intensa.  As perfuratrizes rotopercussiva geralmente exercem um papel menor quando comparadas com as máquinas rotativas nas operações mineiras a céu aberto. Sua aplicação é limitada à produção das pequenas minas, perfuração secundária, trabalhos de desenvolvimento e desmonte controlado. Porém, o sistema de furo abaixo ou de fundo de furo (down the hole) com diâmetro de perfuração na faixa de 150 mm (6 ”) a 229 mm (9”) vem ganhado campo de aplicação nas rochas de alta resistência por propiciar maiores taxas de penetração quando comparadas com o método rotativo. Essas

perfuratrizes

possuem

dois

sistemas

de

acionamento básicos, rotação e percussão. Estas duas forças são transmitidas através da haste para a coroa de perfuração. Os  A figura abaixo foi retirada do artigo: Manual de Ferramentas de Perfuração.

martelos podem ter acionamento pneumático ou hidráulico e são localizados na superfície sobre a lança da perfuratriz, conforme figura a seguir. O surgimento dos martelos hidráulicos na década de 70 deu novo impulso a este método de perfuração, ampliando o seu campo de aplicação.

Os equipamentos rotopercussivos se classificam em dois grandes grupos, segundo a posição do martelo: 

martelo de superfície (Top-Hammer);



martelo de fundo de furo (Down The Hole).

11 Por muitos anos estes equipamentos foram operados, exclusivamente, usando martelos pneumáticos. Nos últimos 15 anos máquinas hidráulicas têm sido introduzidas no mercado. O alto custo de capital das perfuratrizes hidráulicas é compensado por menor custo operacional e maior produtividade quando comparadas com máquinas pneumáticas.  A perfuração rotopercussiva se baseia na combinação das seguintes ações:  percussão:

os impactos produzidos pelas batidas do

pistão do martelo originam ondas de choque que se transmitem à rocha;   rotação:

com este movimento se faz girar a broca

para que se produzam impactos sobre a rocha em diferentes posições;   pressão

de avanço: para se manter em contato a

ferramenta de perfuração e a rocha, é exercida um pressão de avanço sobre a broca de perfuração;  fluido

de limpeza: o fluido de limpeza permite extrair

os detritos do fundo do furo. Em resumo, na perfuração percussiva o pistão transmite energia sobre a rocha por meio da barra de percussão, das uniões, da haste de perfuração e da broca. O motor de rotação ao encontrar rocha nova rompe os cortes em pedaços ainda menores. O ar comprimido efetua a limpeza dos furos e a refrigeração das brocas.

Perfuratrizes Pneumáticas Um martelo acionado por ar comprimido é formado por:

12   um

cilindro fechado com uma tampa dianteira que

dispõe de uma abertura axial onde é fixado o punho e as hastes de perfuração;  

um pistão que com o seu movimento alternativo golpeia o punho de perfuração, o qual transmite a onda de choque à haste;



uma válvula que regula a passagem de ar comprimido em volume de forma alternada para a parte anterior e posterior do pistão;

 

um mecanismo de rotação para girar a haste de perfuração;



um sistema de limpeza do furo que permite a passagem de ar pelo interior da haste de perfuração e retirada dos detritos da rocha entre as paredes do furo e a parte externa da haste.

 A profundidade máxima alcançada por este sistema não supera os 30 metros, devido as perdas de energia na transmissão das ondas de choque do martelo para a coroa. A cada haste adicionada na coluna de perfuração, maior é a perda de energia devido a reflexão da energia nas conexões e luvas de perfuração. O campo de aplicação das perfuratrizes pneumáticas de martelo de superfície está se reduzindo cada vez mais devido à baixa capacidade de perfuração em rochas duras, à profundidade (em torno de 15 m), ao diâmetro de perfuração (de 50 a 100 mm) e ao alto consumo de ar comprimido, aproximadamente, 2,4 m 3/min por cada cm de diâmetro, além de apresentar alto desgaste das ferramentas de perfuração: hastes, punhos, coroas, mangueiras etc., em função da frequência de impacto e na forma de transmissão da onda de choque do pistão de grande diâmetro.

13

Perfuratrizes Hidráulicas No final da década de 60 e início da década de 70 houve grande avanço tecnológico na perfuração de rochas com o desenvolvimento dos martelos hidráulicos. Uma perfuratriz hidráulica consta basicamente dos mesmos elementos construtivos de uma pneumática. A diferença mais importante entre ambas é que no lugar de se utilizar ar comprimido, gerado por um compressor acionado por um motor diesel ou elétrico, para o acionamento do motor de rotação e para produzir o movimento alternativo do pistão do martelo, utiliza-se um grupo de bombas que acionam estes componentes.  As razões pela qual as perfuratrizes hidráulicas possuem melhor tecnologia sobre as pneumáticas são as seguintes: 

menor consumo de energia: as perfuratrizes hidráulicas consumem apenas 1/3 da energia por metro

perfurado

em

comparação

com

os

equipamentos pneumáticos; 

menor desgaste da broca de perfuração;



maior velocidade de penetração: a energia liberada em cada impacto do martelo é superior a do martelo pneumático, resultando em maiores taxas de penetração;



melhores condições ambientais: a ausência de exaustão de ar resulta em menores níveis de ruído quando comparadas com perfuratrizes pneumáticas;



maior flexibilidade na operação: é possível variar a pressão de acionamento do sistema, a energia por impacto e a frequência de percussão do martelo;

14 

maior

facilidade

para

a

automação:

os

equipamentos são muito mais aptos para a automação das operações, tais como a troca de haste e mecanismos antitravamento da coluna de perfuração.

Martelos de Fundo (Down The Hole  – DTH) Os martelos de fundo de furo foram desenvolvidos na década de 50 e, originalmente, eram utilizados para aumentar a taxa de penetração em rochas duras e muito duras. Neste método, o martelo e a broca de perfuração permanecem sempre no fundo do furo, eliminando as perdas de energia ao longo da coluna de perfuração.  A principal aplicação deste método é a perfuração em rochas duras quando se usa brocas de 152 a 229 mm (6” a 9”). Para estes diâmetros, os rolamentos das brocas tricônicas são demasiadamente pequenos para suportar grandes cargas verticais (pressão de avanço), o que se traduz em baixa taxa de penetração e altos custos. Este método possui as seguintes características: 

devido a posição do martelo e da broca evita a perda de energia ao longo das hastes de perfuração;



necessita de moderada força de avanço (250 a 500 lbf/in de diâmetro de bit) em comparação com o método rotativo (3000 a 7000 lbf/in). Elimina a necessidade de hastes pesadas e altas pressões de avanço;



os impactos produzidos pelo pistão do martelo no fundo do furo podem provocar o desmoronamento e travamento da coluna de perfuração em rochas não consolidadas ou muito fraturadas;

15 

requer menor torque de rotação e a velocidade de rotação (rpm) é muito menor em comparação com o método rotativo.

Rotação/ Trituração Foi inicialmente usada na perfuração de petróleo, porém, atualmente, é também usada em furos para detonação, perfuração de chaminés verticais de ventilação e abertura de túneis. Esse método é recomendado em rochas com resistência à compressão de até 5000 bar. Quando perfuramos por esse método, usando brocas tricônicas, a energia é transmitida para a broca por um tubo, que gira e pressiona o bit contra a rocha. Os botões de metal duro são pressionados na rocha, causando o fraturamento desta, de acordo basicamente com o mesmo princípio da perfuração por percussão. A velocidade normal de rotação é de 50 a 90 rev/min.

Rotação/Corte Este método é usado principalmente em rochas brandas com resistência à compressão de até 1500 bar.  A perfuração por rotação necessita de uma forte capacidade de empuxo na broca e um mecanismo superior de rotação. A pressão aplicada e o torque rompem e moem a rocha. Neste método a energia é transmitida ao cortador pelo tubo de perfuração, que gira e pressiona o mesmo sobre a rocha.  A área de corte da ferramenta exerce pressão sobre a rocha e as lascas são arrancadas.  A relação entre a pressão necessária e a faixa de rotação determina a velocidade e a eficiência da perfuração:

16  

a rocha branda requer menor pressão e rotação mais rápida;

  a

rocha dura necessita de alta pressão e rotação

mais lenta.  A velocidade de rotação é de 120 rev/min para um furo de 110 mm e 300 rev/min para furos de 60 mm de diâmetro.

Sistema de Rotação Com o objetivo de girar as hastes e a broca para efetuar a perfuração, as perfuratrizes possuem um sistema de rotação montado, geralmente, sobre uma unidade que desliza no mastro da perfuratriz. Esta unidade é geralmente denominada de cabeça rotativa. O sistema de rotação é constituído por um motor elétrico ou um sistema hidráulico. O primeiro é utilizado nas máquinas de maior porte, pois aproveita a grande facilidade de regulagem dos motores de corrente contínua, num intervalo de 0 a 100 rpm. Já o sistema hidráulico consiste de um circuito hidráulico com bombas de pressão contínua, com um conversor, para variar a velocidade de rotação do motor hidráulico.

Sistema de Avanço e Elevação Para se obter uma boa velocidade de penetração na rocha é necessário a aplicação de uma determina força de avanço, que depende tanto da resistência da rocha como do diâmetro que se pretende utilizar. Como o peso da coluna de perfuração (hastes, estabilizador e broca) não é suficiente para se obter a carga necessária, é preciso aplicar forças adicionais que são transmitidas exclusivamente através de energia hidráulica.

17 Existem basicamente quatro sistemas de avanço e elevação, que são:  cremalheira  corrente

direta;

 cremalheira  hão

e pinhão direto; e pin

com corrente;

 cilindros

hidráulicos.

Principais Características das Brocas Tricônicas  As brocas tricônicas são classificadas de acordo com o material dos dentes e geometria do cone. Os dentes podem ser de face dura, cobertura endurecida ou insertos de carboneto de tungstênio. As brocas com dentes de face dura ou cobertura endurecida são denominadas de brocas dentadas e as de insertos de tungstênio são denominadas de brocas de botões. Na perfuração rotativa, a broca ataca a rocha com a energia fornecida pela máquina à haste de perfuração, que transmite a rotação e o peso de avanço (carga) para a broca. O mecanismo de avanço aplica uma carga acima de 65% do peso da máquina, forçando a broca em direção à rocha. A broca quebra e remove a rocha por uma ação de raspagem em rochas macias, esmagamento-trituração-lasqueamento em rochas duras ou por uma combinação dessas ações. A figura a seguir, um modelo de penetração para o método rotativo, ilustra esse modelo de corte:

18

Esta figura foi retirada do artigo: Manual de Perfuração de Rochas da Sandvik.

 As brocas tricônicas consistem de três componentes principais:  os

cones;

  os

rolamentos;

  o

corpo.

Os cones são montados sobre os eixos dos rolamentos os quais são partes integrantes do corpo da broca. Os elementos cortantes dos cones consistem de linhas circunferenciais de dentes salientes (ex.: botões ou dentes). TÓPICO 3

CARACTERÍSTICAS DOS FUROS PARA DESMONTE Os furos são geralmente caracterizados por quatro parâmetros:   diâmetro;  profundidade;   retilineidade;  estabilidade.

19

Diâmetro dos Furos O diâmetro do furo depende da finalidade do mesmo. Em furos para detonações, há vários fatores que influem na escolha do diâmetro, por exemplo, o tamanho desejado dos fragmentos após a detonação, o tipo de explosivo a ser utilizado, a vibração admissível do terreno durante a detonação, etc. Em grandes pedreiras e outras minerações a céu aberto, furos de grande diâmetro apresentam menores custos de perfuração e detonação por m 3 ou tonelada de rocha escavada. Nas minas subterrâneas, as dimensões dos equipamentos de perfuração são determinadas pelo método de lavra adotado. Em trabalhos menores, o diâmetro do furo pode também ser determinado pelo tamanho do equipamento disponível para perfuração, carregamento e transporte.  A eleição do diâmetro dos furos depende, também, da produção horária, do ritmo da escavação e da resistência da rocha. A figura abaixo mostra a relação entre os diâmetros e o número de furos, porte dos equipamentos de escavação, altura da pilha e granulometria dos fragmentos rochosos após a detonação:

20

Esta figura foi retirada do artigo: Manual de Perfuração de Rochas da Sandvik.

 A próxima figura mostra a relação entre o diâmetro de perfuração e a seção do túnel ou galeria e o tipo de equipamento de perfuração:

Esta figura foi retirada do artigo: Manual de Perfuração de Rochas da Sandvik.

Profundidade dos Furos  A profundidade do furo determina a escolha do equipamento de perfuração. Em espaços confinados somente ferramentas de perfuração curtas poderão ser usadas.

21 No caso de maiores profundidades (50 a 70 m ou mais) utiliza-se perfuração de fundo de furo, ao invés de martelo de superfície,  já que o método de fundo de furo proporciona mais eficiência de transmissão energética e remoção dos cavacos de rocha a essa profundidade. Quando utilizamos martelos DTH a energia é em princípio transmitida da mesma forma com a vantagem de que o pistão da perfuratriz trabalha diretamente sobre a broca.

Retilineidade do Furo  A retilineidade de uma perfuração varia, dependendo do tipo e natureza da rocha, do diâmetro e da profundidade do furo, do método e das condições do equipamento utilizado, da experiência do operador. Na perfuração horizontal ou inclinada, o peso da coluna de perfuração pode concorrer para o desvio do furo. Ao perfurar furos profundos para detonação, o furo deve ser tão reto quanto possível para que os explosivos sejam distribuídos corretamente, para se obter o resultado desejado. Para compensar o desvio dos furos às vezes é necessário furar com menor espaçamento, o que resulta em maior custo. Um problema particular causado por um furo com desvio é a possibilidade de encontrar-se com um outro já perfurado, causando a detonação de cargas por “simpatia”. A probabilidade do equipamento se prender é grande e a detonação não pode ser executada adequadamente.  Além do desvio do furo propriamente dito, o alinhamento pode ser afetado pelo desalinhamento da lança e pelo cuidado durante o emboque do furo.

22

Estabilidade do Furo Outra necessidade em perfuração é que o furo permaneça “aberto”  enquanto estiver sendo utilizado para carregamento de explosivos. Em certas condições, por exemplo, quando a perfuração é em material “solto” ou rocha (que tendem a desmoronar e tapar o furo), torna-se essencial estabilizar-se o furo com tubos ou mangueiras de revestimentos. Nesta unidade aprendemos sobre os diferentes equipamentos de perfuração, suas aplicações, características de operação, componentes mecânicos. Aprendemos ainda sobre a perfuração de rochas, quais as características mais importantes dos furos, quais os problemas que podem ocorrer na perfuração e consequentemente no desmonte de rochas.

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EXERCÍCIOS 1. Qual a finalidade das brocas tricônicas?  ________________________  ____________________________________ _________________________ _________________  ____   ________________________  ____________________________________ _________________________ _________________  ____   ________________________  ____________________________________ _________________________ _________________  ____   ________________________  _______________________________________ _____________________________ ______________

2. Qual o objetivo da perfuração de rochas?  ________________________  ____________________________________ _________________________ _________________  ____   ________________________  ____________________________________ _________________________ _________________  ____   ________________________  ____________________________________ _________________________ _________________  ____   ________________________  _______________________________________ _____________________________ ______________

3. Cite as diferenças entre as perfuratrizes hidráulicas e pneumáticas.  ________________________  ____________________________________ _________________________ _________________  ____   ________________________  ____________________________________ _________________________ _________________  ____   ________________________  ____________________________________ _________________________ _________________  ____   ________________________  _______________________________________ _____________________________ ______________

4. Cite as características dos furos e a importância de cada um deles.  ________________________  ____________________________________ _________________________ _________________  ____   ________________________  ____________________________________ _________________________ _________________  ____   ________________________  ____________________________________ _________________________ _________________  ____   ________________________  ________________________________________ _____________________________ _____________

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CHECK LIST Nessa unidade você pôde aprender como podemos selecionar os melhores tipos de equipamentos para perfuração de rochas, sabendo identificar as diferenças entre cada um desses equipamentos para melhor utilização. Podemos ainda diferenciar os tipos de martelos de perfuração aproveitando o melhor de cada modelo e, por fim, ainda identificar as diferenças em cada tipo de malha de perfuração, sabendo a importância de cada uma e como obter maior aproveitamento da perfuração.

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UNIDADE 2 PERFURATRIZES

Objetivos de Aprendizagem  Ao final desta unidade você você deverá: 

identificar cada tipo de perfuração de rochas;



identificar os tipos de de perfuratrizes;



selecionar o equipamento e a função f unção para as operações de perfuração desejadas.

Plano de Estudos Esta unidade está dividida em três tópicos, organizada de modo a facilitar sua compreensão dos conteúdos.

PERFURAÇÃO VERTICAL X PERFURAÇÃO TÓPICO 1: PERFURAÇÃO INCLINADA TÓPICO 2: SELEÇÃO DOS DIFERENTES TIPOS DE

PERFURATRIZES TÓPICO 3: CÁLCULO DOS COMPONENTES DA

PERFURATRIZ

26 TÓPICO 1

PERFURAÇÃO VERTICAL X PERFURAÇÃO INCLINADA  A perfuração de rochas pode ser executada de diferentes

formas,

sempre

levando

em

consideração

a

verticalidade do furo ou com um pequeno ângulo de inclinação. Ela deve visar sempre o melhor aproveitamento do furo, a maior eficiência do explosivo empregado, a conformação de bancadas e taludes e, principalmente, a estabilidade do maciço rochoso, sempre visando a segurança empregada no desmonte. Para isso é preciso conhecer as diferenças de cada tipo de perfuração.

Principais Vantagens da Perfuração Inclinada  Melhor 

fragmentação;

Diminuição dos problemas de repé devido ao melhor aproveitamento das ondas de choque na parte crítica do furo (linha de greide, pé da bancada);

 Maior

lançamento;

 Maior

malha;

  Redução

da razão de carregamento que pode ser

obtida pelo uso de explosivos de menor densidade; 

Maior estabilidade da face da bancada;

 Menor

ultra arranque.

Principais Desvantagens da Perfuração Inclinada  Menor 

produtividade da perfuratriz;

Maior desgaste de brocas, hastes e estabilizadores;

 Maior   Maior

custo de perfuração; comprimento de furo para uma determinada

altura da bancada;

27 

Maior risco de ultralançamentos dos fragmentos rochosos. Você sabe o que é malha de perfuração?

Malha de perfuração é um conjunto de furos realizados por uma perfuratriz, no qual segue um projeto pré-determinado e uma sequencia logica da perfuração das rochas, visando maior e melhor aproveitamento do explosivo no desmonte de rochas.  A geometria das malhas de perfuração pode ser quadrada, retangular, estagiada, triângulo equilátero ou malha alongada:



Malhas quadradas ou retangulares: devido a sua geometria é de fácil perfuração (menor tempo de locomoção de furo a furo);



Malhas estagiadas: devido a geometria de furos alternados dificulta a perfuração (maior tempo de

28 locomoção furo a furo), porém, possui melhor distribuição do explosivo no maciço rochoso; 

Malha triângulo equilátero: são malhas estagiadas com a relação E/A = 1,15 (Espaçamento divido pelo afastamento tem que ser igual 1,15). São indicadas para rochas compactas e duras. Possuem ótima distribuição da energia do explosivo na área de influência do furo, maximizando a fragmentação. O centro do triângulo equilátero, o ponto mais crítico para fragmentação, recebe igual influência dos três furos circundantes;



Malhas alongadas: conforme a relação E/A, as malhas podem assumir várias configurações. As malhas alongadas possuem elevada relação E/A, geralmente acima de 1,75. São indicadas para rochas friáveis/macias aumentando o lançamento por possuírem menor afastamento.

TÓPICO 2 

SELEÇÃO DOS DIFERENTES TIPOS DE PERFURATRIZES  A tabela abaixo apresenta um resumo dos fatores que devem ser avaliados durante o processo de seleção do método e equipamento de perfuração. Durante o processo de seleção do método e do equipamento de perfuração é necessário discutir e adequar esses fatores às características da jazida ou mina, de forma a se fazer a melhor escolha.

29

Fatores para seleção dos diferentes tipos de perfuratrizes Fatores

Perfuratriz Rotativa

de Martelo de

Perfuratriz

de Martelo de Fundo de Furo

Perfuratriz

Superfície

Diâmetro do furo, mm

165 a 228 em rocha macia a média 250 a 432 em todas

38 a 127.

formações, incluindo muito dura.

Tipo de rocha

Profundidade

Formações na faixa de macia a muito dura.

Maior que 60 m.

152 a 228 em formações média a muito dura; diâmetros menores em furos longos.

Média a muito dura. Media a muito dura. Restrições em rochas muito fraturadas.

Menor que 20 m.

Maior que 60 m.

máxima do furo, m. Volume de ar requerido

Grandes vazões para se O ar tem dupla ter uma limpeza eficiente função: limpeza do furo e do furo. acionamento do martelo. Não pode usar pressões tão altas como no martelo de fundo. Máquinas

 A taxa de penetração aumenta com o aumento da pressão de ar, mas o volume de ar requerido também.

hidráulicas

reduzem bastante o consumo de ar.  Avanço (pulldown) requerido

Baixo em formações  Altas taxas de macias a muito alto em penetração podem ser alcançadas rochas duras. com menores pressões de

Boa penetração com menos carga de avanço.

avanço. Velocidade de rotação, rpm

Requer alta velocidade em rocha macia e velocidades mais baixas em rocha dura.

Rotação para o bit Opera com menores é elocidades de rotação:30 a aproximadamente 50 rpm para rocha macia; 20 de 100 a 120 rpm a 40 para rochas para furos de 64 intermediárias e 10 a 30 rpm mm, em rocha para rochas duras. macia; em rocha dura, 75 a100 rpm para furos de 64 mm e 40 a 50 rpm para furos de 127 mm.

30 Taxa de penetração

 Aumenta com o Taxas iniciais aumentodo diâmetro da mais altas que o broca; diminui com o método aumento da resistência de martelo de da rocha. fundo. Taxa cai com cada haste adicionada. Taxa decresce com o aumento do

Taxas relativamente constantes ao longo do furo. Maiores taxas em rochas duras, na faixa de diâmetro de 152 mm a 228 mm, comparando-se com o método rotativo.

diâmetro.

Níveis de ruído

Geralmente baixo.

Ruído é crítico: impacto do martelo e ar comprimido.

Nível de ruído é mais baixo que o método de martelo de superfície. Ruído é dissipado dentro do furo.

Máquinas hidráulicas

possuem menor nível de ruído.

TÓPICO 3

CÁLCULO DOS COMPONENTES DAS PERFURATRIZES Para realizarmos os cálculos, precisamos fazer uso de algumas fórmulas, vela na sequência. 

Número de furos por dia (Nf ); Nf = VA/(A*E*Hf*Nd)

Sendo: VA = volume anual (m 3); A = afastamento (m); E = espaçamento (m); H f = comprimento do furo (m); Nd = dias trabalhados por ano. 

Profundidade Total perfurado por ano (PT);

PT = Nf x Hf x Nd (m)

31 Onde: Nf = número de furos por dia; H f = comprimento do furo (m); Nd = dias trabalhados durante o ano; 

Metros diários Perfurados por uma perfuratriz (MP);

MP = NH x TP x DM x RMO x U

Sendo: NH = número de horas/dia trabalhado por uma perfuratriz; TP = taxa de penetração (m/h); DM = disponibilidade mecânica da perfuratriz (%); RMO = rendimento da mão-de-obra (%); U = utilização do equipamento (%). 

Número de Perfuratrizes necessárias (NP).

Nesta unidade aprendemos a importância de uma malha de perfuração, a sua distribuição e a calcular os componentes de uma perfuratriz. Foi possível ainda aprender os componentes mais importantes na seleção de uma perfuratriz, visando sempre o máximo aproveitamento do equipamento, mais qualidade na perfuração e redução de custos.

32

EXERCÍCIOS 1. Cite as vantagens e as desvantagens da perfuração inclinada  __________________________________________________   __________________________________________________   __________________________________________________   __________________________________________________   __________________________________________________

2. Quais os tipos de malhas mais utilizados no desmonte?  __________________________________________________   __________________________________________________   __________________________________________________   __________________________________________________   __________________________________________________

3. Uma mineração pretende produzir anualmente 1.000.000 m3 de hematita. Seu desmonte de rocha apresenta as seguintes características: 

malha de perfuração: afastamento (A) = 2,5 m; espaçamento = 5,0 m; altura do banco = 10 m; inclinação dos furos = 0 ; diâmetro da perfuração = 4” (102 mm);

 taxa

de penetração da perfuratriz: 40 m/h;

 disponibilidade  rendimento  utilização  dias

mecânica do equipamento: 85%;

da mão de obra: 80%;

do equipamento : 80%;

de trabalho no ano: 365;

 horas

trabalhadas por dia: 8 h;

 comprimento

das hastes: 3 m.

33

 A vida útil média dos componentes é a seguinte:  bits

(coroas) : 2.500 m;

 punho  haste

: 2.500 m;

e luvas : 1.500 m.

Calcular o número de perfuratrizes necessárias para executar a perfuração e os componentes gastos anualmente (hastes, luvas, punhos e coroas).

34

CHECK LIST Nessa unidade você pôde aprender quais são as diferenças entre os tipos de perfuração de rochas para maior aproveitamento dos furos, maior eficiência operacional e melhor desempenho do equipamento. Aprendemos ainda quando devemos utilizar um método específico para perfuração, sabendo identificar o modelo que melhor se enquadra dentro do que necessitamos e, por fim, aprendemos quais os componentes de uma perfuratriz e suas aplicações, sabendo identificar e monitorar cada tipo.

35

UNIDADE 3 DESMONTE COM EXPLOSIVOS

Objetivos de Aprendizagem  Ao final desta unidade você deverá: 

identificar os tipos de explosivos e suas aplicações;

 classificar

os tipos de explosivos e diferenciar cada

um deles; 

identificar as variáveis para selecionar os explosivos;



identificar os mecanismos de rupturas das rochas.

Plano de Estudos Esta unidade está dividida em quatro tópicos, organizada de modo a facilitar sua compreensão dos conteúdos. TÓPICO 1: PROPRIEDADES E SELEÇÃO DE EXPLOSIVOS TÓPICO 2: CLASSIFICAÇÃO DOS EXPLOSIVOS TÓPICO 3: CRITÉRIOS GERAIS PARA SELEÇÃO DE UM

EXPLOSIVO COMERCIAL TÓPICO 4: MECANISMOS DE RUPTURA DA ROCHA

36 TÓPICO 1

PROPRIEDADES E SELEÇÃO DE EXPLOSIVOS Paralelamente à evolução dos métodos de lavra, os explosivos vêm sofrendo, desde os anos 40, um acentuado desenvolvimento tecnológico, objetivando alcançar os seguintes resultados: uma melhor fragmentação das rochas, maior segurança no manuseio, maior resistência à água, menor custo por unidade de rocha desmontada.

Explosivos

O que são explosivos?

Explosivos são substâncias ou misturas, em qualquer estado físico, que, quando submetidos a uma causa térmica ou mecânica suficientemente enérgica (calor, atrito, impacto etc.) se transformam, total ou parcialmente, em gases, em um intervalo de tempo muito curto, desprendendo considerável quantidade de calor.

Ingredientes de um Explosivo 

Explosivo básico (ou explosivo base) é um sólido ou líquido que, submetido a uma aplicação suficiente de calor ou choque, desenvolve uma reação exotérmica extremamente rápida e transforma-se em gases a altas temperaturas e pressões;

37 exemplo típico de explosivos básico é a nitroglicerina C3H5O9N3, descoberta em 1846 pelo químico italiano Ascanio Sobrera. 

Os combustíveis e oxidantes são adicionados ao explosivo básico para favorecer o balanço de oxigênio na reação química de detonação. O combustível (óleo diesel, serragem, carvão em pó, parafina, sabugo de milho, palha de arroz etc.) combina com o excesso de oxigênio da mistura explosiva, de forma que previne a formação de NO e NO2; o agente oxidante (nitrato de amônio, nitrato de cálcio, nitrato de potássio, nitrato de sódio etc.).  Assegura

a

completa

oxidação

do

carbono,

prevenindo a formação de CO. A formação de NO, NO2 e CO é indesejável, pois além de altamente tóxicos para o ser humano, especialmente em trabalhos subterrâneos, esses gases reduzem a temperatura da reação “ladrões de calor” e consequentemente, diminuem o potencial energético e a eficiência do explosivo; 

Os antiácidos geralmente são adicionados para incrementar a estabilidade do produto à estocagem;

carbonato de cálcio, óxido de zinco. 

Os depressores de chama (cloreto de sódio) normalmente são utilizados para minimizar as possibilidades de fogo na atmosfera da mina, principalmente nas minas onde ocorre a presença do gás metano (grisu);

38 

Os agentes controladores de densidade e

sensibilidade dividem-se em: químicos (nitrito de sódio, ácido nítrico) e mecânicos (micro esferas de vidro). No controle do ph do explosivo utilizam-se a cal e o ácido nítrico; 

Os

agentes

cruzadores

(cross

linking )

são

utilizados juntamente com a goma guar para dar uma forma de gel nas lamas e evitar a migração dos agentes controladores da densidade.

Propriedades dos Explosivos  A seguir veremos as propriedades dos explosivos. Portanto, fique atento!

Densidade de um Explosivo Densidade é a relação entre a massa e o volume dessa massa, medida em g/cm 3. A densidade dos explosivos comerciais varia de 0,6 a 1,45 g/cm 3.  A densidade dos explosivos é um fator importante para a escolha do explosivo. Os explosivos com densidade inferior ou igual a 1 não devem ser utilizados em furos contendo água para evitar que os mesmos boiem. Para detonações difíceis, em que uma fina fragmentação é desejada, recomenda-se um explosivo denso. Para rochas fragmentadas “in situ”, ou onde não é requerida uma fragmentação demasiada, um explosivo pouco denso será suficiente.

Energia de um Explosivo  A finalidade da aplicação de um explosivo em um desmonte é gerar trabalho útil. A energia liberada pelo explosivo

39 em um furo é utilizada da seguinte forma: pulverização da rocha nas paredes do furo, rompimento da rocha, produção de calor e luz, movimento da rocha, vibração do terreno e sobrepressão atmosférica. No passado, a energia de um explosivo era medida em função da porcentagem de nitroglicerina (NG) contida no mesmo. Um explosivo que possuía 60% de (NG) em peso era qualificado como tendo força de 60%. Acontece que os modernos explosivos, especialmente os agentes detonantes, não possuem NG nas suas formulações, daí a necessidade de se estabelecer um novo padrão de comparação. Na atualidade, os seguintes conceitos são utilizados:

Energia Relativa por Massa (RWS) É a energia disponível por massa de um explosivo x, comparada com a energia disponível por igual massa de um explosivo tomado como padrão. Normalmente, o ANFO (Ammonium Nitrate and Fuel Oil, ou simplesmente nitrato de amônio,

é

um explosivo produzido

pela

mistura

de hidrocarbonetos líquidos) é tomado como o explosivo padrão. O cálculo do RWS é feito por meio da seguinte expressão:

Onde ETx e ETp são as energias termoquímicas do explosivo x e padrão, respectivamente.

considere como o explosivo padrão, o ANFO que apresenta as seguintes propriedades:

40   

densidade = 0,85 g/cm3; energia termoquímica = 900 cal/g; Cálculo da Energia Relativa por Massa (RWS) do explosivo emulsão que apresenta as seguintes propriedades: densidade = 1,15 g/cm 3;

 

Energia termoquímica = 850 cal/g. RWS = 850/900 RWS = 0,944 ou RWS = 94,4. Nesse exemplo podemos observar que uma unidade de

massa da emulsão (explosivo tipo emulsão) possui 5,6% (100% 94,4%) a menos de energia quando comparada com a mesma unidade de massa do ANFO, ou seja um kilo de emulsão possui 5,6% amenos de energia na detonação do que o ANFO.

RBS - Relative Bulk Strength (Energia Relativa por Volume) É a energia disponível por volume de um explosivo x, comparada com a energia disponível por igual volume de um explosivo tomado como padrão. Isto é:

Onde x e p são as densidades do explosivo x e p, respectivamente.

utilizando os dados do exemplo anterior; cálculo da Energia Relativa por Volume (RBS): RBS =(850/900) * (1,15/0,85)

41 RBS = 1,28 ou RBS = 128. Uma unidade de volume da emulsão possui 28% a mais de energia quando comparada com a mesma unidade de volume do ANFO.

Velocidade e Pressão de Detonação de um Explosivo  A velocidade de detonação de um explosivo (VOD) é o índice mais importante do desempenho do mesmo, desde que a pressão de detonação de um explosivo é diretamente proporcional ao quadrado da velocidade de detonação, conforme a expressão abaixo. Uma maneira de avaliar o desempenho de um explosivo é pela comparação da pressão produzida no furo durante a detonação. Caso a pressão produzida no furo durante a detonação não supere a resistência dinâmica da rocha, a mesma não será fragmentada, entretanto a energia não utilizada no processo de fragmentação e deslocamento da rocha se propagará no terreno sob a forma de vibração. O pico da pressão exercida pela expansão dos gases depende primariamente da densidade e da velocidade da detonação. As pressões podem ser calculadas usando a seguinte equação:

-6  PF = ᵖ (V OD²/4 )*1 0 

Onde:  PF

= pressão produzida no furo quando o explosivo

está completamente acoplado ao furo (GPa);

42 

ᵖ= densidade do explosivo (g/cm 3);

 

VOD = velocidade de detonação de um explosivo confinado (m/s);

Para a medição da VOD do explosivo, pode-se utilizar um aparelho que possui um cronômetro eletrônico que é acionado por fibras óticas introduzidas no furo a ser detonado e mede a VOD. À medida que ocorre a detonação do explosivo, a luz resultante que é emitida aquece o probe de fibra ótica em um certo tempo, permitindo dessa maneira a medição da VOD do explosivo.  A medição da velocidade de detonação dos explosivos tem os seguintes objetivos: 

determinar

a

velocidade

de

detonação

do

explosivo para que a partir da mesma seja calculada a pressão produzida no furo durante a detonação; 

comparar o desempenho do explosivo quando iniciado com diferentes escorvas, acessórios e diferentes materiais utilizados para o confinamento do tampão;



verificar se os explosivos e acessórios estão detonando de acordo com o valor fornecido pelos fabricantes.

Sensibilidade a Iniciação Define-se como a susceptibilidade de um explosivo a iniciação, isto é, se o explosivo é sensível à espoleta, cordel, booster  (reforçador), entre outros.

43

Diâmetro Crítico  As cargas de explosivos com forma cilíndrica têm um diâmetro abaixo do qual a onda de detonação não se propaga ou propaga-se com uma velocidade muito baixa. A esse diâmetro, dá-se o nome de diâmetro crítico. Os principais fatores que influenciam no diâmetro crítico são: tamanho das partículas, reatividade dos seus ingredientes, densidade e confinamento.

Gases Gerados pelos Explosivos  A classificação dos fumos é primordialmente importante na seleção de explosivos para desmontes subterrâneos ou utilização em túneis em que as condições de ventilação e renovação do ar são limitadas. Quando o explosivo detona, decompõe-se em estado gasoso. Os principais componentes são Dióxido de Carbono, Monóxido de Carbono, Oxigênio, Óxidos de Nitrogênio e Gás Sulfídrico. Os gases nocivos ao ser humano, quanto ao nível de toxidade, são classificados como: 

classe 1 - não tóxicos (menor que 22,65 l/kg);

 classe

2 - mediamente tóxicos (de 22,65 a menos de

46,7 l/kg); 

classe 3 - tóxicos (de 46,7 a menos de 94,8 l/kg).

 A toxidez dos gases da explosão é avaliada pelo Balanço de Oxigênio (BO). Isto quer dizer que o oxigênio que entra na composição do explosivo pode estar em falta ou em excesso, estequiometricamente, resultando numa transformação completa ou incompleta. Quando a transformação é completa, os

Estequiometricamente

: significa que é uma mistura perfeita em quantidade e qualidade de substância.

44 produtos resultantes são CO 2, H2O e N2, todos não tóxicos. Na realidade pequenas proporções de outros gases (NO, CO, NH 3 e CH4 etc.) também são gerados, mas não comprometem a boa qualidade dos produtos finais.  A pesquisa do BO de um explosivo apresenta uma grande importância prática, não só do ponto de vista da formação dos gases tóxicos, mas porque ela está correlacionada com a energia da explosão, o poder de ruptura e outras propriedades do explosivo usado. O máximo de energia é conseguido quando o BO é zero. Na prática, esta condição é utópica.

Resistência à Água É a capacidade que um explosivo tem de resistir à exposição à água durante um determinado tempo, sem perder suas características. A resistência de um explosivo a água pode ser classificada, como: nenhuma, limitada, boa, muito boa e excelente. TÓPICO 2

CLASSIFICAÇÃO DOS EXPLOSIVOS  A figura abaixo mostra como podem ser classificados os explosivos. Neste texto discutiremos apenas os explosivos químicos, por serem os mais utilizados pelas minerações e obras civis. Há três tipos de explosivos comerciais: 

altos explosivos, isto é, explosivos caracterizados pela elevadíssima velocidade de reação (1500 a 9000 m/s) e alta taxa de pressão (50.000 a 4 milhões de psi). Os altos explosivos serão primários quando a sua iniciação se der por chama, centelha ou impacto. Secundários quando para sua

45 iniciação for necessário um estímulo inicial de considerável grandeza;

exemplo de altos explosivos: tnt, dinamites, gelatinas. 

baixos explosivos, ou deflagrantes, caracterizamse por uma velocidade de reação muito baixa (poucas unidades de m/s) e pressões no máximo de 50.000 psi; exemplo: pólvora e explosivos permissíveis.



agentes

detonantes

são

misturas

cujos

ingredientes não são classificados como explosivos.

exemplo: anfo, anfo/al, lama, anfo pesado, emulsões.

46

Explosivos Deflagrantes Baixos explosivos (propelantes), ou deflagrantes, são aqueles cuja reação química é uma combustão muito violenta chamada deflagração, que se propaga a uma velocidade da ordem de 100 a 1500 m/s e pressões de no máximo 50.000 psi. Entre os explosivos deflagrantes, o protótipo é a pólvora negra. Conhecida da remota antiguidade, sua invenção tem sido atribuída aos chineses, árabes e hindus. Usada pela primeira vez, em mineração, em 1627, na Hungria, e logo após, na Inglaterra.

Altos Explosivos com Base de Nitroglicerina Dinamites  As dinamites, inventada pelo químico sueco Alfred Nobel, em 1866, diferem em tipo e graduação conforme o fabricante, podendo, contudo, serem classificadas segundo os seguintes grupos principais:  dinamite

guhr;

 dinamites

amoniacais;

 dinamites

simples.

Dinamite Guhr De interesse puramente histórico, resulta da mistura de nitroglicerina, kieselguhr (absorvente) e estabilizantes. Não é mais usada.

47

Dinamite Simples Resultante da mistura: nitroglicerina + serragem + oxidante + estabilizante. Nessa combinação de substancias é possível verificar que, ao contrário do método anterior, a serragem substitui o kieselguhr como absorvente e nitrato de sódio é, em geral, o oxidante usado. Como estabilizante ou antiácido usa-se o carbonato de cálcio, com cerca de 1%. A dinamite simples produz boa fragmentação, em contrapartida, apresenta um alto custo e gera gases tóxicos.

Dinamites Amoniacais O alto custo da dinamite simples e as qualidades indesejáveis já citadas permitiram o desenvolvimento das dinamites amoniacais. As dinamites amoniacais são similares em composição às dinamites simples, mas a nitroglicerina e o nitrato de sódio são parcialmente substituídos por nitrato de amônio.

Gelatinas  A gelatina também foi descoberta por Alfred Nobel, em 1875. A gelatina é um explosivo bastante denso de textura plástica, parecendo uma goma de mascar, constituída de nitroglicerina + nitrocelulose + nitrato de sódio. É utilizada apenas em casos especiais, pois geram gases nocivos. Tem grande velocidade de detonação, produz boa fragmentação e ótimo adensamento no furo.

48

Gelatinas Amoniacais  As gelatinas amoniacais têm formulações semelhantes àquelas das gelatinas, porém, o nitrato de amônio substitui, parcialmente, a nitroglicerina e o nitrato de sódio. Essas gelatinas amoniacais foram desenvolvidas para substituir as gelatinas, com maior segurança no manuseio e custo menor de produção, porém, são menos resistentes à água.

Semigelatinas Constituem um tipo intermediário entre as gelatinas e as dinamites amoniacais, combinando a baixa densidade das amoniacais com a resistência à água e a coesão das gelatinas, em grau mais atenuado. As composições são semelhantes àquelas das gelatinas amoniacais, com variações nas proporções de nitroglicerina, nitrato de sódio e nitrato de amônio, este em porcentagens mais altas. Os gases variam de excelentes a pouco tóxicos. Existem diversas variantes comerciais.

Agentes Detonantes Explosivos Granulados Os explosivos granulados, também conhecidos como agentes detonantes, geralmente consistem em misturas de nitratos inorgânicos e óleo combustível, podendo sofrer adição ou não de substâncias não explosivas (alumínio ou ferro- silício).

ANFO Entre os explosivos granulados há um universalmente conhecido, formado pela mistura pura e simples de nitrato de amônio (94,5%) e óleo diesel (5,5%) denominado ANFO, sigla esta resultante dos vocábulos ingleses Ammonium Nitrate e Fuel Oil.

As

proporções

acima,

consideradas

ideais,

foram

49 determinadas pelos americanos Lee e Akre, em 1955. As maiores vantagens do ANFO são: ocupar inteiramente o volume do furo, grande insensibilidade aos choques, poucos gases tóxicos e redução do preço global do explosivo (US$ 0,40/kg). As maiores desvantagens: falta de resistência à água, baixa densidade (0,85 g/cm 3) e necessidade de um iniciador especial.  A reação ideal do ANFO (N2H403 - nitrato de amônio e CH2 óleo diesel) quando o balanço de oxigênio é zero, pode ser expressa por: 3N2H403 + CH2 CO2 + 7H2O + 3N2 + 900 cal/g. Outros explosivos granulados, fabricados por diferentes produtores, nada mais são do que formulações similares à do  ANFO, com adição de outros ingredientes, explosivos ou sensibilizantes, combustíveis, oxidantes e absorventes.

ANFO/AL Os primeiros trabalhos realizados com explosivos contendo alumínio na sua formulação, a fim de otimizar os custos de perfuração e desmonte, foram conduzidos no início da década de 60, em minas de ferro no Peru e mais tarde na Austrália. O objetivo da adição de alumínio ao ANFO é de aumentar a produção de energia do mesmo. A adição de alumínio no  ANFO varia de 5 a 15% por massa. Acima de 15% a relação custo-benefício tende a não ser atrativa.

Lamas (Slurries) e Pastas Detonantes Desenvolvidas e patenteadas nos Estados Unidos da  América, representam vários anos de pesquisa de Mr. Melvin A. Cook e H. E. Forman. A lama explosiva foi detonada com sucesso, pela primeira vez, em dezembro de 1956, na Mina Nob Lake, em Labrador, Canadá.

50 Os materiais necessários à composição da lama, que podem ser observados na tabela abaixo, são representados por sais inorgânicos (nitrato de amônio, nitrato de cálcio e nitrato de sódio),

sensibilizantes

(alumínio

atomizado,

ferrosilício),

combustíveis (carvão e/ou óleo diesel), estabilizantes, agentes controladores de densidade (nitrito de sódio e ácido nítrico) e de pH, agentes gelatinizantes, agentes cruzadores e gomas. As pastas são superiores ao ANFO, apresentam boa resistência à água, todavia são bem mais caras. Com a introdução das emulsões no mercado internacional, o consumo de lama vem decaindo.

FASE CONTÍNUA  Á ua Nitrato de Amônio e/ou de Sódio/Cálcio Goma + A entes Cruzadores FASE DESCONT NUA

15 - 20% 65  – 80% 1  – 2%

Óleo Diesel  Alumínio  A entes de Gaseifica ão

2 - 5% 0 - 10% 0,2 %

Emulsões O interesse em explosivos em emulsão deu-se no início da década de 60. Explosivos em emulsão são do tipo “água-em-óleo” (water-in-oil ). Eles consistem de microgotículas de solução oxidante supersaturada dentro de uma matriz de óleo. Para maximizar o rendimento energético, enquanto minimiza custos de produção e preço de venda, o oxidante dentro das microgotículas consiste principalmente de nitrato de amônio. Dentro de um ponto de vista químico, uma emulsão se define com uma dispersão estável de um líquido imiscível em outro, o qual se consegue mediante agentes que favorecem esse processo (agentes emulsificantes) e uma forte agitação mecânica.

51  A próxima tabela mostra a composição básica de um explosivo em emulsão:

INGREDIENTE Nitrato de Amônio

PERCENTAGEM EM MASSA 77,3

 Água

16,7

Óleo diesel

4,9

 Agente emulsificante: oleato de sódio ou

1,1

monoleato de ezorbitol 100,0

ANFO Pesado (Heavy

) ANFO 

 A primeira patente utilizando ANFO como agente redutor de densidade foi concedida em 1977, desde que os  prills (grãos ou pérolas) e os interstícios do ANFO podem ser utilizados para aumentar a sensibilidade da emulsão e ao mesmo tempo aumentar a densidade do ANFO. A blendagem da emulsão com o ANFO ou nitrato de amônio é conhecida como ANFO pesado. A densidade do ANFO pesado resultante situa-se na faixa de 1,00 a 1,33 g/cm 3. A resistência à água do ANFO pesado é moderada. Para uma blendagem de ANFO/emulsão: 50/50, a uma densidade de 1,33 g/cm 3, o ANFO pesado passa a apresentar resistência à água, porém, a mínima escorva de iniciação deve apresentar uma massa acima de 450 g.

Explosivos Permissíveis São assim chamados os explosivos que podem ser usados em algumas minas subterrâneas, nas quais podem acontecer emanações de metano que, com o ar, formam uma mistura inflamável, ou então, em minas com poeiras carbonosas em suspensão.

52 TÓPICO 3

CRITÉRIOS GERAIS PARA SELEÇÃO DE UM EXPLOSIVO COMERCIAL Critério de Seleção de Explosivos  A escolha adequada de um explosivo é uma das partes mais importantes no projeto de desmonte de rocha. Essa seleção é ditada por considerações econômicas e condições de campo. Os fatores que devem ser levados em consideração na escolha do explosivo incluem: tipo de desmonte, propriedades dos explosivos (densidade, velocidade e pressão de detonação, resistência

à

água,

classe

dos

gases),

segurança

no

transporte e manuseio, diâmetro da carga; custo do explosivo, da perfuração, do carregamento, do transporte e britagem da rocha; condições da geologia local, características da rocha a ser desmontada (densidade, resistência à tração, à compressão e cisalhamento, módulo de Young , coeficiente de Poisson, velocidade sísmica), condições da ventilação dos ambientes subterrâneos, impactos ambientais gerados pelos desmontes de rocha, etc. Conhecidos esses fatores, pode-se definir qual o explosivo mais indicado para cada situação particular.

Acessórios de Iniciação Introdução Paralelamente à evolução dos métodos de lavra, os acessórios de iniciação de desmonte de rochas por explosivos vêm sofrendo, desde os anos 40, um acentuado desenvolvimento tecnológico, objetivando alcançar os seguintes resultados: uma melhor fragmentação das rochas, maior precisão nos tempos de retardo, maior segurança e facilidade no manuseio, redução

53 dos problemas ambientais gerados durante os desmontes, menor custo por unidade de rocha desmontada.

Histórico Os acessórios surgiram a partir do momento em que o homem tendo conhecimento do poder do explosivo, pólvora negra, que até então era utilizada em armas de fogo e em fogos de artifícios, decidiu utilizá-la na atividade de mineração. No ano de 1613, Morton Weigold sugeriu a utilização de explosivos nas minas da região da Saxônia, porém, sua ideia não obteve sucesso. Em fevereiro de 1627, Kaspar Weindl, nascido na região do Tirol, nos Alpes austríacos, realizou uma detonação na mina real de Schemnitz, em Ober- Biberstollen, na Hungria, sendo esta, a primeira detonação em mineração que se tem notícia. Provavelmente, Kaspar Weindl utilizou um acessório, também de pólvora negra, para iniciar a carga explosiva. Possivelmente este primeiro acessório teria sido uma trilha, que descia acesa ao furo, preenchido por pólvora negra. O sistema era muito inseguro e impreciso.

Generalidades Os explosivos industriais tem certo grau de estabilidade química que os tornam perfeitamente manuseáveis, dentro de condições normais de segurança. Para desencadear a explosão, será necessário comunicar ao explosivo uma quantidade inicial de energia de ativação, suficientemente capaz de promover as reações internas para sua transformação em gases. Uma vez iniciada esta reação, ela se propaga através de toda a massa explosiva. Essa energia inicial provocadora é comunicada sob

54 forma de choques moleculares, oriundos de calor, chispas, atrito, impacto, etc. Os acessórios de detonação são destinados a provocar esses fenômenos iniciais de uma forma segura. Alguns deles são destinados a retardar a explosão, quando isto for desejável. Podemos, pois, dizer que os acessórios de detonação são

dispositivos,

aparelhos

ou

instrumentos

usados

na

operação de explosão, para se obter explosão segura e eficaz. Se o acessório iniciador não comunicar uma energia de ativação satisfatória para ocasionar uma iniciação desejável, pode resultar, simplesmente, na queima dos explosivos, sem detoná-lo. A eficiência da explosão está intimamente ligada ao modo pelo qual foi iniciado, pois, sabemos que se a energia desenvolvida pelo corpo, pela sua decomposição, for inferior a energia inicial de ativação, a reação não se propagará.

Principais Acessórios Transmissores de Energia Estopim de Segurança  Acessório desenvolvido para mineração, por William Bickford, na Inglaterra, no ano de 1831. O estopim de segurança, ou estopim, conduz chama com velocidade uniforme a um tempo de queima constante de 140 s (10s/m), para ignição direta de uma carga de pólvora ou detonação de uma espoleta simples. Constituída de um núcleo de pólvora negra, envolvida por materiais têxteis que, por sua vez, são envolvidos por material plástico ou outro, visando sua proteção e impermeabilização. Para se iniciar o estopim poderão ser utilizados palitos de fósforos comuns e isqueiros.

55

Espoleta Simples  Alfred Nobel, conhecedor do poder da nitroglicerina, por vários anos tentou criar uma carga de iniciação que pudesse detonar esse explosivo. Após várias tentativas fracassadas, utilizando-se de uma mistura de pólvora negra e nitroglicerina, observou que a nitroglicerina molhava a pólvora negra reduzindo assim a capacidade de queima. Então, no ano de 1863 ele desenvolveu o que seria chamado do primeiro protótipo da espoleta simples.  A espoleta simples consta de um tubo, de alumínio ou cobre, com uma extremidade aberta e outra fechada, contendo em seu interior uma carga detonante constituída por uma carga chama primária, ou de ignição, cujo explosivo é a azida de chumbo Pb (N 3)2  e uma carga básica de PETN - Tetranitrato de Pentaeritritol (C2H4N2O6). A razão dessas duas cargas, é devido ao fato de que a azida de chumbo é um explosivo fulminante que pode ser iniciado à custa de uma fagulha. A azida de chumbo, uma vez iniciada pela faísca do estopim, faz detonar a carga de PETN. Os tipos mais comuns das espoletas encontradas no mercado são do tipo nº 6 (massa de 0,325 g de PETN e 0,3 g de misto iniciador) e a nº 8 (massa de 0,5 g de PETN e 0,3 g de misto iniciador).  A cápsula de cobre só é usada para casos particulares, porque a presença de umidade contendo gás carbônico, a azida de chumbo pode se transformar em azida de cobre, que é muito mais sensível e, portanto, mais perigosa.

Espoletas Elétricas  As exigências do mercado com relação à necessidade de um acessório que oferecesse um maior controle da detonação

56 levaram H. Julius Smith a inventar a espoleta elétrica, em 1876. A grande ideia que esse cientista teve foi a de utilizar o conceito da lâmpada e da espoleta simples, para criar a espoleta elétrica. Essa novidade, que poderia ser chamada de cruzamento entre os dois acessórios, tinha como princípio de funcionamento uma fonte de energia elétrica que gerava um aquecimento pelo efeito  joule, em uma ponte de fio altamente resistente, incandescente, capaz de desencadear a detonação da carga explosiva de ignição da cápsula, formada por uma pequena substância pirotécnica.  A espoleta elétrica é um iniciador ativado por corrente elétrica. O tipo instantâneo funciona em tempo extremamente curto quando a corrente circula pela ponte elétrica. O tipo retardo, por ação de um elemento de retardo, proporciona um tempo de espera controlado entre suas iniciações e a detonação da espoleta propriamente dita. Tempo de Espera:  0

a 5 s ........................................................... série S;

 25

a 1000 ms ............................................. série MS.

 As espoletas elétricas são empregadas em trabalhos cuja iniciação deva ser controlada com rigor (prospecção geofísica) ou em condições em que não seja possível o uso do cordel detonante (carga de abertura de forno metalúrgico).

Cordel Detonante Histórico  A seguir um breve resumo histórico da evolução do cordel.  França  –  1879:

tubos finos de chumbo, carregados

com nitrocelulose que depois eram estirados;

57  Áustria

 –  1887: fulminato de mercúrio, misturado

com parafina, envolto por uma fiação de algodão. VOD = 5000 m/s;  França

 –  1906: melinte (trinitro fenol fundido

misturado com pó de nitrocelulose). VOD = 7000 m/s;  Alemanha  – 1910:

TNT fundido envolvido por tubos

flexíveis de estanho. VOD = 5400 m/s;  Europa

 –  1920: pentaeritritol (nitropenta) envolvido

por uma fiação de algodão parafinado ou coberto com betume ou uma capa de chumbo;  Cobertura

de chumbo  – anos 50;

 Cobertura

plástica  – meados da década de 50.

Definição

O que é um cordel detonante? O cordel detonante é um explosivo (antigamente era considerado um acessório, porém como o aumento no conhecimento desse material, hoje é considerado pelos fabricantes como explosivo) consistindo, essencialmente, de um tubo de plástico com um núcleo de explosivo de alta velocidade (nitropenta) e de materiais diversos que lhe dão confinamento e resistência mecânica. O cordel detonante é usado para iniciar cargas explosivas simultaneamente, ou com retardos em lavra a céu aberto e/ou subsolo. A sua velocidade de detonação é de aproximadamente 7000 m/s. Muito embora a alta velocidade e

58 violência de explosão, o cordel detonante é muito seguro no manuseio e impermeável. Veja a seguir as vantagens do cordel detonante em relação às espoletas elétricas: 

as correntes elétricas não o afetam;



permite o carregamento das minas em regime descontínuo, com o uso de espaçadores;

 

é muito seguro, pois não detona por atrito, calor, choques naturais ou faíscas;



detona todos os cartuchos que está em contato.

 A iniciação do cordel se faz com espoletas simples ou instantâneas, firmemente fixadas ao lado do cordel detonante com fita adesiva, e com sua parte ativa, isto é, o fundo, voltado para a direção de detonação. Ele é fabricado com as seguintes gramaturas: NP-10 (10 g/m de Nitropenta 10%), NP-5 (5 g/m de Nitropenta 10%), NP3 (3 g/m de Nitropenta 10%).

Retardo Bidirecional não Elétrico para Cordel Detonante O retardo de cordel é um tubo metálico, revestido de plástico, iniciado em um dos extremos pelo cordel e, ao passar pelo dispositivo, sofre uma queda de velocidade enquanto queima o misto de retardo. Terminada esta queima, ele detona o cordel na sua extremidade. Os retardos de cordel, denominados “osso de cachorro”,  são fabricados com os seguintes tempos de retardos: 5 ms, 10 ms, 20 ms, 30 ms, 50 ms, 75 ms, 100 ms, 200 e 300 ms.

59

Sistema não Elétrico com Linha Silenciosa O sistema não elétrico de iniciação com linha silenciosa foi desenvolvido por P. A. Person nos laboratórios da empresa Nitro Nobel, na Suécia, entre 1967 e 1968. Consiste, basicamente, de uma espoleta comum, não elétrica, conectada a um tubo de plástico transparente, altamente resistente, com diâmetro externo e interno de 3 mm e 1,5 mm, respectivamente. O tubo plástico contém, em média, uma película de PETN  pulverizada de 20 mg/m de tubo, que, ao ser iniciada, gera uma onda de choque, causada pelo calor e expansão dos gases dentro do tubo, que se propaga com uma velocidade, aproximadamente, de 2000 m/s. Essa reduzida carga explosiva geradora da onda de choque que se desloca através do tubo não chega a afetar o lado externo do mesmo, porém, inicia a espoleta instantânea ou de retardo. O sistema oferece inúmeras vantagens quando comparado a outros acessórios. Entre elas:  baixo

ruído;



é insensível à corrente elétricas e parasitas;



não destrói parte da coluna de explosivo dentro do furo;



diferentemente do cordel, seu tubo não detona nenhum tipo de explosivo comercial;

 

permite a iniciação pontual, contribuindo para diminuir a carga por espera.

Esse sistema apresenta a seguinte desvantagem em relação ao cordel detonante: quando a coluna de explosivos encartuchados perde o contato, a depender do “ Air Gap”, alguns cartuchos podem não ser iniciado.

PETN: tetranitrato de pentaeritritol ou tetranitrato de eritrina, também conhecido como pentrita.

60

Detonador Eletrônico  Acompanhando a evolução tecnológica, o mercado desenvolveu o Sistema de Retardo Eletrônico, que consiste de uma espoleta de retardo eletrônico, fácil de usar, programável, para todo tipo de desmonte em mineração e na construção civil, podendo ser usado tanto em obras a céu aberto quanto em subterrâneas. O detonador eletrônico apresenta o mesmo layout e diâmetro de uma espoleta elétrica de retardo convencional. A grande diferença reside em que cada espoleta pode ter seu tempo de retardo programado individualmente. Contém, em média, 790 mg de PETN (Tetra Nitrato de Penta Eritritol), como carga de base e 90 mg de azida de chumbo, como carga primária, ponte de fio de alta resistência (inflamador) e um circuito eletrônico que contém um microchip inteligente e dois capacitores eletrônicos - um para assegurar a autonomia do detonador e o segundo para iniciar o inflamador. Ideal para uso nos altos explosivos comerciais sensíveis à espoleta podendo, também, ser usado para a detonação de boosters.

Programação da Unidade Cada detonador contém um microchip, possibilitando estabelecer o tempo de retardo por meio da unidade de programação individualmente, segundo a conveniência e a necessidade da sequência de saída dos furos. Outros sistemas utilizam um código de barra que permite identificar o tempo de retardo de cada espoleta através de um scanner manual. Quando a unidade é registrada, o scanner estabelece automaticamente um incremento de tempo no retardo em relação ao seu predecessor ou permite que o usuário especifique o tempo de retardo. Essas informações ficam

61 estocadas no scanner sendo transferidas, posteriormente, para a máquina detonadora. Desde que a unidade de programação registra o tempo de retardo de cada unidade, é irrelevante a sequência em que cada detonador é conectado, isto é, cada unidade detonará no tempo especificado pela unidade de programação.

Ligação no Campo  Após os fios de cada espoleta serem conectados a uma unidade de programação, três parâmetros de identificação são atribuídos para cada detonador: número do furo, sequência de saída e o tempo de retardo. Existe a possibilidade em qualquer instante ser checado ou modificado o seu tempo de retardo. Após a programação de cada detonador, elas são conectadas à linha de desmonte por meio de um conector. Duas linhas, então, são conectadas à máquina detonadora que armazena todos os dados contidos na unidade de programação. Caso ocorra curto-circuito ou existam fios desconectados, um aviso é emitido pela máquina detonadora, bem como sugestões para sanar o problema. Em desmontes mais complexos é possível programar os tempos de retardo dos detonadores, bem como a sequência de saída dos furos, utilizando-se um notebook , transferindo-se em seguida, através de um disquete, para a máquina detonadora, cuja memória tem capacidade de armazenar dados de até 3 planos de fogo. O fogo é iniciado quando o operador pressiona, simultaneamente, o botão de detonação e o de carga na máquina detonadora. Algumas máquinas detonadoras, por questão de segurança, exigem a senha ( password ) do operador. A depender do sistema, até 200 espoletas podem ser utilizadas em um

62 mesmo desmonte. Outro recurso do sistema consiste do operador poder programar na máquina detonadora o instante em que os mesmos desejam que o fogo seja iniciado em um determinado turno.

Precisão Medições realizadas nos tempos de detonação dos iniciadores eletrônicos em uma mina na França, em julho/1997, por meio de fotografias ultrarrápida e sismogramas dos desmontes, os valores observados apresentaram uma diferença de tempo de retardo, em relação aos teóricos, de 3 ms. Comprovando a grande precisão dos detonadores eletrônicos em relação aos sistemas convencionais de iniciação.

Segurança O detonador eletrônico é imune à eletricidade estática, a sinais de rádio e à detonação prematura pelos detonadores apresentarem as seguintes características eletrostáticas e eletromagnéticas.

Benefícios Os detonadores eletrônicos apresentam os seguintes benefícios aos desmontes de rochas: 

alta precisão no tempo de retardo (3 ms);

 

todos os detonadores são idênticos, podendo os tempos de retardo serem programados livremente e a qualquer instante;

 sistema

permite a detecção de possíveis falhas nas

ligações, sugerindo medidas de correção;

63  as

ligações dos furos são facilmente efetuadas, não

necessitando de mão de obra especializada;   por

não ser necessária a utilização de retardos de

superfície, ocorre uma redução considerável nos custos com acessórios de iniciação;  redução

do nível de vibração e ultralançamento dos

fragmentos rochosos, em função da grande precisão que evita a sobreposição dos tempos de retardo. Redução do nível de ruído e pulso de ar, pela iniciação ser elétrica; 

melhor fragmentação da rocha em função da precisão e da grande faixa de tempo de retardo (de 1 até 6000 ms) e da possibilidade de escolha do tempo de retardo pelo usuário;



seguro, por ser insensível a cargas estáticas e eletromagnéticas;

  aumento

da eficiência do explosivo, pela iniciação

ser pontual;   redução

da necessidade de estoque de espoletas,

visto que todas são idênticas.  A programação do tempo de retardo é feita durante o carregamento dos furos. TÓPICO 4

MECANISMOS DE RUPTURA DA ROCHA  A finalidade do desmonte por explosivo é de converter a rocha em vários fragmentos menores para que possam ser escavados, transportados e britados pelos equipamentos disponíveis. Para isso, são necessários quatro fatores:

64  fragmentação 

deslocamento, movimentação e lançamento da pilha;

 redução 

suficiente;

dos problemas ambientais;

mínimo de dano ao maciço remanescente.

Fase Dinâmica  A fase dinâmica do processo de fragmentação corresponde à ação das ondas de choque. Inicia pela deflagração da reação química do explosivo, termodinamicamente instável.  A fase dinâmica corresponde à fase de choque representada pelas ondas de tensão P  (compressão) e S (cisalhamento) associadas à rápida aceleração da explosão da parede do furo. A passagem da onda de tensão em volta do furo estabelece um estado de tensão semiestático. A fase dinâmica finda com o surgimento gradativo das fraturas tangenciais a partir das faces livres. Quando a onda de choque compressiva possui energia suficiente para alcançar a face livre e retornar refletida com amplitude de tensão superior a resistência de tração do maciço rochoso, resulta em fragmentação adequada.

Fase Semiestática Esta fase corresponde a ação da pressão dos gases de detonação. Trata-se do trabalho mecânico realizado durante o processo de expansão ou descompressão dos gases da detonação.  Ao percorrem pelas fendas e pelas microfissuras resultantes da fase dinâmica, os gases gerados da detonação agem por intermédio da ação de cunhas, propagando fendas e fraturas, conforme ilustrado na figura abaixo. Assim, separam parte do maciço rochoso em fragmentos de rochas. Na medida

65 em que os gases são liberados, ocorre o lançamento dos blocos, consumando-se o desmonte de rocha propriamente dito.

Esta figura foi retirada do site: http://miningandblasting.wo rdpress.com/

Trituração da Rocha Nos primeiros instantes da detonação, a energia é transmitida para o maciço rochoso vizinho, na forma de uma onda de compressão, ou onda de choque, que se propaga a uma velocidade de 2.000 a 6.000 m/s. A pressão da frente da onda de choque, que se expande de forma cilíndrica, atinge valores acima de 18.000 atm, superando a resistência dinâmica à compressão da rocha, provocando a destruição de sua estrutura intercristalina e intergranular.

Fraturamento Radial Durante a propagação da onda de choque, a rocha circundante ao furo é submetida a uma intensa compressão radial que induz componentes de tração nos planos tangenciais da frente da onda. Quando as tensões superam a resistência dinâmica à tração da rocha, inicia-se a formação de uma zona

66 densa de fraturas radiais ao redor da zona triturada que rodeia o furo.

Reflexão da Onda de Choque Quando a onda de choque alcança uma superfície livre são geradas uma onda de tração e outra de cisalhamento.  A onda de tração pode causar fissuramento e fazer a rocha se lascar na região da superfície livre. Ambas as ondas de tração e de cisalhamento podem estender as fissuras pré-existentes.

Extensão e Abertura de Fendas Radiais Durante e depois da formação das fendas radiais, os gases começam a expandir-se e penetrar nas fraturas prolongando as mesmas.

Fratura por Cisalhamento Em formações rochosas sedimentares quando os extratos apresentam distintos módulos de elasticidades ou parâmetros geomecânicos, se produz a ruptura nos planos de separação. O fraturamento por cisalhamento ocorre quando uma rocha adjacente é deslocada em tempos diferentes ou existem velocidades diferentes. O deslocamento é causado pelos gases a alta pressão.  A

figura a seguir apresenta

principais mecanismos de ruptura da rocha:

um

resumo

dos

67

Esta figura foi retirada do site: http://miningandblasting.wo rdpress.com/

Ruptura por Flexão  A pressão exercida pelos gases da explosão faz com que a rocha atue como uma viga, produzindo a deformação e o fraturamento na mesma pelos fenômenos da flexão, observe:

Esta figura foi retirada do site: http://www.lneg.pt/CienciaP araTodos/edicoes_online/di versos/boa_pratica/texto

68

EXERCÍCIOS 1. Defina explosivos.  _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________

2. Quais as classificações dos explosivos?  _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________

3. Quais os principais acessórios transmissores de energia?  _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________

4. Quais são os mecanismos de ruptura das rochas? Explique cada um deles.  _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________

69

CHECK LIST Nessa unidade você pôde aprender quais são os diferentes tipos de explosivos utilizados na mineração, suas aplicações e respectivas eficiências. Na realização do desmonte podemos identificar quais os mecanismos que são empregados para a fragmentação das rochas, as características de cada detonação com relação à fragmentação de rochas e, por fim, os tipos de acessórios utilizados no desmonte, suas aplicações, características e como são utilizados os tempos (retardos) em cada acessório, aprendendo ainda como aplicá-los com eficiência.

70

UNIDADE 4 PLANO DE FOGO

Objetivos de Aprendizagem  Ao final desta unidade você deverá: 

identificar os elementos de um plano de fogo;



identificar as diferenças em desmonte a céu aberto e subterrâneas;

 explicar

as variáveis empregadas em cada plano de

fogo; 

realizar a abertura de vias subterrâneas.

Plano de Estudos Esta unidade está dividida em seis tópicos, organizada de modo a facilitar sua compreensão dos conteúdos. TÓPICO 1: PLANO DE FOGO - A CÉU ABERTO TÓPICO 2: VARIÁVEIS GEOMÉTRICAS DE UM PLANO DE

FOGO TÓPICO 3: ESCAVAÇÃO DE TÚNEIS E GALERIAS COM O

USO DE EXPLOSIVOS TÓPICO 4: PLANO DE FOGO - SUBTERRÂNEO TOPICO 5: PLANO DE FOGO PARA O DESMONTE

ESCULTURAL TÓPICO 6: PROBLEMAS AMBIENTAIS GERADOS PELOS

DESMONTES DE ROCHAS

71 TÓPICO 1

PLANO DE FOGO - A CÉU ABERTO Introdução  A partir da década de 50 desenvolveu-se um grande número de fórmulas e métodos de determinação das variáveis geométricas: afastamento, espaçamento, subperfuração, etc. Essas fórmulas utilizavam um ou vários grupos de parâmetros:  diâmetro 

do furo;

características dos explosivos e dos maciços rochosos, etc.

Não obstante, devido a grande heterogeneidade das rochas, o método de cálculo do plano de fogo deve basear-se em um processo contínuo de ensaios e análises que constituem o ajuste por tentativa.  As regras simples permitem uma primeira aproximação do desenho geométrico dos desmontes e o cálculo das cargas. É óbvio que em cada caso, depois das provas e análises dos resultados iniciais, será necessário ajustar os esquemas e cargas de explosivos, os tempos de retardos até obter um grau de fragmentação, um controle estrutural e ambiental satisfatórios.

Desmonte em Banco Aplicações  As aplicações mais importantes são em escavação de obras públicas e mineração a céu aberto.

72

Diâmetro da Perfuração  A eleição do diâmetro de perfuração depende da produção horária, do ritmo de escavação, da altura da bancada e da resistência da rocha. Uma produção elevada requer furos maiores. A produção não aumenta linearmente em relação ao diâmetro do furo, mas praticamente de uma forma quadrática, o que depende da capacidade dos diferentes equipamentos de perfuração.

Altura do Banco  A escolha da altura de bancada é uma decisão que deve ser tomada levando-se em consideração questões de ordem técnica e econômica, a saber:  as

condições de estabilidade da rocha que compõe

o maciço e a segurança nas operações de escavação;   volume

de produção desejado, o qual determinará

o tipo e o porte dos equipamentos de perfuração, carregamento e transporte; 

a maximização da eficiência no custo total de perfuração e desmonte. Principalmente quando se considera a redução dos custos de perfuração e desmonte há uma tendência mundial por se trabalhar com bancadas altas.

Para se entender melhor o porquê disso, considere o exemplo de uma mineração em bancadas cuja cava tenha 60 metros de profundidade, conforme a figura abaixo.

73

Conforme se observa, no primeiro caso no qual a altura de bancada escolhida foi de 10 m, seriam necessárias seis bancadas para se atingir os 60 m de profundidade. Já no segundo caso, com bancadas de 15 m de altura, seriam necessárias apenas quatro bancadas para se atingir os mesmos 60 m. Ou seja, uma economia de 33 % em número de bancadas. Consideremos agora, que os seguintes itens de custo são iguais ou aproximadamente iguais tanto para a bancada de 10 m quanto para a bancada de 15 m:  a

é

metragem de tampão, por exemplo 1,5 m , a qual responsável

pela

maior

parte

dos

fogos

secundários de uma detonação por ser a porção do furo não carregada com explosivos;   a

metragem de subperfuração, a qual não contribui

com nenhum acréscimo para o volume de material detonado;   o

consumo de acessórios utilizados na ligação dos

furos na superfície superior da bancada;  a

mão de obra utilizada no carregamento dos fogos

de uma das bancadas;

74  

o período de tempo necessário para evacuação, espera e retorno às áreas detonadas, durante o qual as operações de lavra devem ser suspensas.

Fica claro que todos os itens acima sofreriam uma redução de 33 % se optássemos pelo segundo caso no exemplo da figura anterior. Todavia, ao adotarmos bancadas mais altas nos deparamos com alguns inconvenientes, os quais podem ou não anular e até suplantar o peso das vantagens obtidas:   a

precisão da perfuração torna-se cada vez menor

à medida que cresce a coluna de hastes de perfuração, gerando desvios indesejáveis que comprometem

seriamente

os

resultados

de

fragmentação e arranque do pé da bancada;  devido

aos mesmos desvios, há sempre um risco de

acidentes com ultralançamentos; 

a velocidade de perfuração efetiva cai com o aumento da profundidade perfurada, tanto pela diminuição na velocidade de avanço como pelo aumento no ciclo de introdução e remoção das hastes;

 

a altura da pilha de material detonado aumenta, demandando equipamentos de carga de maior porte, ou causando aumento no ciclo de carregamento e submetendo os equipamentos a um maior desgaste;



ocorre um ligeiro aumento na razão de carga.

 A altura do banco também é função do equipamento de carregamento. As dimensões recomendadas levam em conta os alcances e a s características de cada grupo de máquinas. Em alguns casos a altura do banco está limitada pela geologia do  jazimento, por imperativos do controle da diluição do minério, por

75 questões de vibração do terreno durante os desmontes e por razões de segurança.

Granulometria Exigida É função do tratamento e utilização posterior do material e em alguns casos indiretamente da capacidade dos equipamentos de carga. O tamanho dos blocos “Tb“ se expressa por sua maior longitude, podendo apresentar os seguintes valores: 

Tb < 0,8AD sendo: AD = tamanho de admissão do britador;

  Material

estéril que vai para a pilha de deposição

controlada, dependerá da capacidade da caçamba do equipamento de carregamento; 

Tb < 0,7 3 cc sendo: cc = capacidade da caçamba, em m3. Observação: o tamanho ótimo do bloco é, normalmente, aquele cuja relação com a dimensão da caçamba do equipamento de carregamento se encontra entre 1/6 e 1/8;

 

material para o porto e barragens: granulometria que vai deste 0,5 t a 12 t por bloco.

TÓPICO 2

VARIÁVEIS GEOMÉTRICAS GEOMÉTRICAS DE UM PLANO DE FOGO  A figura a seguir mostra as variáveis geométricas de um plano de fogo:

76

Esta figura foi retirada do site: http://www.lneg.pt/CienciaP araTodos/edicoes_online/di versos/boa_pratica/texto

Sendo: 

H = altura do banco; banco;

 D

= diâmetro do furo;



L = longitude do furo;



d = diâmetro da carga; carga;

 A

= afastamento nominal;



E = espaçamento espaçamento nominal;



LV = longitude do desmonte;



AV = comprimento da da bancada;



Ae = Afastamento efetivo; efetivo;



Ee = espaçamento espaçamento efetivo;

 T

= tampão;

 S

= subperfuração;



I = longitude da carga; carga;

 

= angulo de saída;

 v/w

= grau de equilíbrio;

 tr

= tempo de retardo.

 1

= repé;



2 = meia cana do furo;

 3

= rocha saliente;

77  4

= sobreescavação;



5 = fenda de tração;



6 = trincamento do maciço;

 7 

= cratera;

8 = carga desacoplada. desacoplada.

Afastamento (A) É a menor distância que vai do furo à face livre da bancada ou a menor distância de uma linha de furos a outra. De todas as dimensões do plano de fogo essa é a mais crítica.

Afastamento Muito Pequeno  A rocha é lançada a uma considerável distância da face. Os níveis de pulsos de ar são altos e a fragmentação poderá ser excessivamente fina.

Afastamento Muito Grande  A sobre-escavação sobre-escavação (backbreak ) na parede é muito severa.

Afastamento Excessivo Grande emissão de gases dos furos contribuindo para ultralançamentos

dos

fragmentos

rochosos

a

distâncias

consideráveis, crateras verticais, alto nível de onda aérea e vibração do terreno. A fragmentação da rocha pode ser extremamente grosseira e problemas no pé da bancada podem ocorrer.

78 Outras variáveis do plano de fogo são mais flexíveis e não produzirão efeitos drásticos nos resultados tal como os produzidos pelo erro na estimativa da dimensão do afastamento. O valor do afastamento (A) é função do diâmetro dos furos, das características das rochas e dos tipos de explosivos utilizados. Os valores do afastamento oscilam entre 33 e 39 vezes o diâmetro do furo, dependendo da resistência da rocha e da altura da carga de fundo. Uma formula empírica e bastante útil para o cálculo do afastamento (A) é expressa por:

Sendo:



e = densidade do explosivo (g/cm 3);



r = densidade da rocha (g/cm 3);



de = diâmetro do explosivo (mm).

Considerações sobre o Desmonte de Rochas Um dos fatores que interferem na qualidade do desmonte de rocha é a razão Y entre a altura da bancada (H b) e o afastamento (A).

Espaçamento (E) É a distância entre dois furos de uma mesma linha. No caso de bancada baixa (H b/A4), dois casos devem ser observados:  os

furos são iniciados instantaneamente, a seguinte

expressão pode ser usada: E = 2A;  os

furos são detonados com retardados, a seguinte

expressão pode ser usada: E = 1,4A. O espaçamento nunca deve ser menor que o afastamento, caso contrário, o número de matacões será excessivo. Observação: as malhas alongadas possuem elevada relação E/A, geralmente acima de 1,75. São indicadas para rochas friáveis/ macias.

Subperfuração(s) É o comprimento perfurado abaixo da praça da bancada ou do greide a ser atingido. A necessidade da subperfuração decorre do engasgamento da rocha no pé da bancada. Caso não seja observada esta subperfuração, a base não será arrancada segundo um angulo de 90º e o pé da bancada não permanecerá horizontal, mas formará o que é conhecido como “repé”. O repé exigirá perfurações secundárias de acabamento, grandemente onerosa e de alto risco para os operários e os equipamentos, S = 0,3A.

80

Profundidade do Furo (Hf ) É o comprimento total perfurado que, devido à inclinação e a subperfuração (S), será maior que a altura da bancada. O comprimento do furo aumenta com a inclinação, entretanto, a subperfuração (S) diminui com esta. Para calcular

(Hf ) utiliza-se a seguinte expressão:

Tampão (T) É a parte superior do furo que não é carregada com explosivos, mas sim com terra, areia ou outro material inerte bem socado a fim de confinar os gases do explosivo. O ótimo tamanho do material do tampão (T) apresenta um diâmetro médio (D) de 0,05 vezes o diâmetro do furo, isto é: T = D/20. O material

do

tampão

deve

ser

angular

para

funcionar

apropriadamente. Detritos de perfuração devem ser evitados. O adequado confinamento é necessário para que a carga do explosivo funcione adequadamente e emita o máxima de energia, bem como para o controle da sobrepressão atmosférica e o ultralançamento dos fragmentos rochosos. A altura do tampão pode ser calculada pela seguinte expressão: T =0,7A. Quanto

menor

o

T

maior

será

o

risco

de

ultralançamento da superfície mais alta aumentar. Quanto maior for o T haverá a produção de mais matacões, entretanto o lançamento será menor ou eliminado.

81

Volume de Rocha por Furo (V) O volume de rocha por furo é obtido multiplicando-se a altura da bancada (H b) pelo afastamento (A) e pelo espaçamento (E): V = H * A * E.

Perfuração Específica (PE) É a relação entre a quantidade de metros perfurados por furo e o volume de rocha por furo (V), isto é: PE = H/V.

Cálculo das Cargas Razão Linear de Carregamento (RL)

Onde: 

de = diâmetro do explosivo (mm);



e = densidade do explosivo (g/cm 3).

Altura da Carga de Fundo (Hcf )  A carga de fundo é uma carga reforçada, necessária no fundo do furo onde a rocha é mais presa.  Alguns autores sugerem que

H  cf

deve ser um valor

entre 30 a 40% da altura da carga de explosivos (Hc). A tendência, a depender dos resultados dos desmontes, é de reduzi-la cada vez mais para diminuir os custos com explosivos:

82

Hd = 0,3 Hc ou 0,3 (Hf  – T). Altura da Carga de Coluna (Hcc ) Carga de coluna é a carga acima da de fundo; não precisa ser tão concentrada quando a de fundo, já que a rocha desta região não é tão presa.  A altura da carga de coluna é igual à altura total da carga (Hc) menos a altura da carga de fundo (H cf ):

Hcc = Hc – Hcf. Carga Total (CT)  A carga total será a soma da carga de fundo mais a de coluna:

CT = CF + CC. Razão de Carregamento (RC)  A razão de carregamento pode ser obtida pela seguinte fórmula:

RC = CT/V (g/m³) ou (g/ton).  A razão de carregamento ou razão de cargo pode influenciar no aspecto ambiental da seguinte forma:  excessivo  maior

pulso de ar;

ultralançamento;



excessiva poeira e gases;



excessiva vibração;

83 

riscos

de

danos

às

instalações,

estruturas,

equipamentos e operários.  A fragmentação pode ser melhorada nos seguintes aspectos:  menor

espaçamento entre os furos;

 menor

afastamento;

 

furos mais rasos ou melhor distribuição da carga dentro do furo;

 maior  uso 

controle e supervisão na perfuração;

de maiores tempos de retardo;

uso de explosivos mais energéticos.

Para realizar uma avaliação global de um desmonte de rocha, os seguintes aspectos devem ser analisados: 

fragmentação e compactação da pilha da rocha desmontada;

 geometria

da pilha, altura e deslocamento;



estado do maciço residual e piso do banco;



presença de blocos na pilha de material;

  vibrações,

projeções dos fragmentos e onda aérea

produzida pelo desmonte.  As figuras a seguir analisam os diversos perfis de uma pilha de rocha desmontada e a altura da pilha apropriada para a pá carregadeira e para a escavadeira a cabo e hidráulica, respectivamente:

84

Esta figura foi retirada do artigo: Manual de Perfuração de Rochas da Sandvik.

Esta figura foi retirada do artigo: Manual de Perfuração de Rochas da Sandvik.

Efeito dos Retardos nos Desmontes de Rochas  A iniciação simultânea de uma fila de furos permite um maior espaçamento e consequentemente o custo por m 3 de material desmontado é reduzido. Os fragmentos poderão ser

85 mais grossos. Os tempos dos retardos produzem os seguintes efeitos: 

menores tempos de retardo causam pilhas mais altas e mais próximas à face;



menores tempos de retardo causam mais a quebra lateral do banco (end break );



menores tempos de retardo apresentam maior potencial de ultralançamento (fly rock );

 maiores

tempos de retardo diminuem a vibração do

terreno;  maiores

tempos de retardo diminuem a incidência da

quebra para trás (backbreak ).  As figuras a seguir mostram os diferentes tipos de ligação. Na figura “a” temos a ligação em um banco que apresenta apenas uma face livre; na figura “b” vemos a ligação em um

banco que apresenta duas faces livres:

Esta figura foi retirada do site: http://technology.infomine.c om/reviews/Blasting/welco me.asp?view=full

86 Na sequência, a figura mostra a ligação em “V” utilizada para se obter uma pilha mais alta e uma melhor fragmentação, utilizando o sistema de iniciação de tubos de choque:

Esta figura foi retirada do site: http://technology.infomine.c om/reviews/Blasting/welco me.asp?view=full

 A próxima figura traz o sistema de iniciação “down -thehole” utilizada para evitar cortes na ligação:

87

Esta figura foi retirada do site: http://technology.infomine.c om/reviews/Blasting/welco me.asp?view=full

TOPICO 3

ESCAVAÇÕES DE TÚNEIS E GALERIAS COM USO DE EXPLOSIVOS Histórico É possível que as primeiras aberturas de túneis fossem elaboradas pelo homem (mulher) pré-histórico(a), objetivando ampliar suas cavernas, primeiras moradias naturais. Todas as

88 civilizações da antiguidade desenvolveram métodos de abertura de túneis. Na Babilônia, os túneis eram usados extensivamente para irrigação e uma passagem para pedestres, revestida por alvenaria de tijolos com comprimento de 500 m, foi construído por volta de 2180-2160 a.C. sobre o rio Eufrates e ligava o palácio real com o templo. A construção foi procedida pelo desvio do rio, ou construção de uma ensecadeira, na estação seca. Os egípcios desenvolveram técnicas para o corte de rochas macias, com serras de cobre e perfuratrizes de canos ocos,

ambas

possivelmente

circundadas primeira

com

usada

abrasivos,

para

a

lavra

uma

técnica

de

rochas

ornamentais. Tanto os gregos como romanos fizeram extensivo uso de túneis para retificar cursos d ’água por drenagem para obtenção de água por aquedutos. O maior túnel da antiguidade foi rodoviário (o túnel de Pausilippo) de 1500 m de comprimento com largura de 8 metros e 9 m de altura, entre Nápoles e Pozzuoli, executado em 36 a.C. Para evitar a necessidade de revestimento, a maioria dos túneis foi localizada em rochas sólidas que eram fragmentadas (lascadas) pelo chamado fogo resfriado, um método envolvendo o aquecimento da rocha com fogo, seguido de seu súbito resfriamento por lançamento de água fria. Os métodos de ventilação eram primitivos, frequentemente se limitavam a agitação de leques nas bocas dos poços, e a maioria dos túneis custou a vida de centenas ou mesmo milhares de escravos utilizados como trabalhadores. Em 41 d.C. os romanos usaram cerca de 20.000 homens por 10 anos para abrir um túnel de 6 km para drenar o lago Fucinus. O primeiro dos diversos túneis hidroviários foi o do canal “du Medi” túnel francês construído de 1666-1681 por Pierre Riquet como parte do primeiro canal ligando o oceano Atlântico ao

mar

Mediterrâneo

através

da

Europa

Central.

89 Simultaneamente, a abertura de túneis ferroviários espetaculares foi iniciada na Europa Central através dos Alpes.  A abertura de túneis sob rios era considerada impossível até o desenvolvimento da couraça protetora, na Inglaterra, por Mar Brunel, um engenheiro imigrante francês. O primeiro uso da couraça foi em 1825, no túnel de WappingRotherhithe através das argilas do rio Tamisa.  As esporádicas tentativas do sonho dos engenheiros de túneis de possuir uma escavadora mecânica rotativa foram coroadas com êxito em 1954, na barragem de Oahe no rio Missouri, perto de Pierre no Dakota do Sul.

Túnel na Engenharia Civil  A abertura em túneis é uma obra muito comum nos projetos de engenharia civil. Os comprimentos dos túneis podem variar de alguns metros, em túneis ferroviários, até alguns quilômetros, em projetos hidrelétricos. Em muitos casos, os túneis na engenharia civil não apresentam nenhum valor até os mesmos serem completados, então, uma rápida taxa de avanço é usualmente uma meta. Outros fatores de preocupação incluem o uso final (requerendo um acabamento na parede), tipos de suporte, tipos de revestimentos, tipos de rochas encontradas, perfuração, carregamento e equipamentos de carregamento, ventilação, habilidade e experiência dos trabalhadores e outras restrições, tais como a proximidade de estruturas e a presença de água.

Finalidades das Vias Subterrâneas Quanto à finalidade a que a via subterrânea se destina podemos distinguir as seguintes categorias:

90  túneis

hidroviários ou de canal;

 túneis

ferroviários;

 túneis

rodoviários;

 sistemas

metropolitanos;

 sistemas

para suprimento d ’água;



sistema de disposição de esgotos;



condutos forçados de usinas hidrelétricas;



vias

e

câmaras

(armazenamento

de

subterrâneas resíduos

estratégicas

atômico,

testes

nucleares, etc.);  vias

de mineração.

Ciclo da Escavação da Rocha O objetivo da escavação com o uso de explosivos é de desenvolver um ciclo de operações compatível com os recursos e as condições de trabalho para que se atinja uma taxa de avanço máximo. Isso inclui a combinação do tempo de perfuração (número e comprimento dos furos) com o tempo de limpeza (tipo de carregadeiras e/ou escavadeiras e equipamentos de transporte) e as necessidades de reforço da rocha (tempo de instalação e o comprimento do túnel a ser reforçado). Nos últimos anos, várias tentativas para eliminar o ciclo natural da perfuração e detonação vêm sendo tentadas, porém, com limitado sucesso. O ciclo básico das escavações dos túneis é composto das seguintes operações: 

marcação da posição dos furos

 perfuração

dos furos;

 carregamento

dos furos;



conexão dos acessórios e disparo do desmonte;

 

espera até que a ventilação retire a poeira e os fumos;

91 

verificação de possíveis falhas dos explosivos e acessórios

 abatimento

de choco;

 carregamento  reforço

e transporte do material desmontado;

da rocha (se necessário);

 levantamento  preparação

topográfico;

do novo desmonte.

Diâmetro da Perfuração da Rocha Pequenos diâmetros de perfuração, frequentemente necessitam de um ciclo de perfuração, detonação e carregamento a ser completado em uma ou mais vezes por turno. Em túneis perfurados com grande diâmetro, o ciclo de perfuração, de detonação, de carregamento e de reforço da rocha será influenciado não somente pelo tempo para executar a tarefa, mas também pelos seguintes fatores:  as

necessidades de reforço que limitam o avanço da

face; 

a preocupação com os níveis de vibração que restringem a massa e a profundidade da carga;



a logística da movimentação necessária dos equipamentos para execução de uma determinada tarefa, mantendo fora do circuito outras atividades que poderiam ser feitas simultaneamente.

Formas de Ataque mais Comuns (Sistemas de Avanço) Em rochas competentes os túneis com seções inferiores a 100 m2 podem ser escavados com perfuração e desmonte à seção plena. As escavações por fase são utilizadas

92 na abertura de grandes túneis onde a seção é demasiada grande para ser coberta pelo equipamento de perfuração ou quando as características geomecânicas das rochas não permitem a escavação à plena seção.  As cinco formas de ataque mais comuns são:  seção

plena;

 galeria

superior e bancada;

 galeria

lateral;

abertura integral da galeria superior e bancada;



 galerias

múltiplas.

Seção Plena Sempre que possível o sistema conhecido por sistema inglês ou da seção plena, avanço integral da seção, é escolhido para realizar um determinado avanço de uma só vez.  As principais vantagens da abertura de túneis por seção plena constituem que esse tipo de avanço permite a aplicação

de

equipamento

de

alta

capacidade

e,

consequentemente, é o procedimento que atinge as maiores velocidades de avanço nas frentes. Existem sérias restrições quando as seções são maiores, principalmente em áreas de grande tensão tectônica, quando a descompressão da rocha pode causar sérios problemas de explosão da rocha ( “rock bursting”).

Galeria Superior e Bancada  A área total é retirada em duas seções, sendo a superior uma galeria de seção em forma de arco (parte da pata de cavalo) sempre em primeiro lugar, ficando sempre à frente da bancada inferior.

93  As principais vantagens dessa forma de ataque estão na redução de armações, pois sempre há bancadas para trabalhar em cima. O avanço da bancada inferior fica condicionado ao avanço da abertura da galeria superior, assim algum problema que ocorra na parte superior se reflete no avanço inferior.  A figura abaixo mostra detalhes da forma mista de ataque do túnel:

Esta figura foi retirada do site: http://technology.infomine.c om/reviews/Blasting/welco me.asp?view=full

O sistema de ataque que abre a metade da área da seção do túnel, porém, subdividindo o mesmo em duas galerias que são detonadas em separado, é também conhecido pelo nome de sistema belga. Na escolha da forma de ataque ou método de escavação deve-se levar em conta o sistema de suporte a ser empregado. Essa seleção de método sempre consiste num compromisso entre uma tentativa de acelerar ao máximo a operação de abertura e a necessidade de suportar a rocha antes

94 que esta caia no túnel originando problemas de segurança ou estabilidade. Por isso o método de ataque depende do comportamento, da dimensão, da forma da seção transversal do túnel e, principalmente, do tipo e natureza e comportamento mecânico estrutural da rocha.  A figura a seguir a)  mostra os tipos de sistemas de avanços, enquanto b)  mostra as perfurações e um túnel com avanço em duas seções; já a c)  mostra uma perfuração de um túnel efetuada por um jumbo:

Esta figura foi retirada do site: http://technology.infomine.c om/reviews/Blasting/welco me.asp?view=full

c) Perfuração de um túnel sendo efetuada por um jumbo

Pilões Para um desmonte ser econômico, é necessário que a rocha a ser desmontada tenha face livre. Em algumas aplicações

95 de desmontes essas faces livres inexistem. É o caso do desenvolvimento de túneis, poços (shafts) e outras aberturas subterrâneas, onde se torna necessário criar faces livres artificialmente. Isto é feito preliminarmente no desmonte principal, por meio da perfuração e detonação de uma abertura na face da perfuração. Essa abertura é denominada “pilão” (cut ).  A seleção do pilão depende não somente das características da rocha e da presença de juntas e planos de fraqueza, mas também da habilidade do operador, do equipamento utilizado, do tamanho da frente e da pr ofundidade do desmonte. Os principais tipos de pilão são:  pilão

em centro ou em pirâmide (Center Cut );

 pilão

em V (Wedge Cut );

 pilão

norueguês (The Draw Cut );

 pilão

coromant;

 pilão

queimado ou estraçalhante (The Burn Cut );

 pilão

em cratera;



pilão circular ou pilão de furos grandes.

Pilão em Pirâmide O pilão em pirâmide, também conhecido por pilão alemão, caracteriza-se por ter os três ou quatro furos centrais convergentes a um ponto. Usa-se principalmente em poços e chaminés. Em trechos horizontais esse pilão não tem sido muito utilizado devido aos furos desviados para baixo. Observe abaixo a figura de um pilão pirâmide:

96

Esta figura foi retirada do site: http://technology.infomine.c om/reviews/Blasting/welco me.asp?view=full

Não mais são necessários os furos descarregados de diâmetro grande, pois o alívio da rocha, dado o ângulo do furo em relação à face livre, faz-se não mais em direção a um furo descarregado, mas em direção à própria face livre. Veja na figura a seguir um pilão em V:

Esta figura foi retirada do site: http://technology.infomine.c om/reviews/Blasting/welco me.asp?view=full

97

Pilão Norueguês O pilão norueguês consta de uma combinação do pilão em V com o pilão em leque. Apresenta-se simétrico em relação ao eixo vertical do túnel e tem sido utilizado com sucesso em rochas com fissuramento horizontal.  Abaixo, temos a figura de um pilão norueguês:

Esta figura foi retirada do site: http://technology.infomine.c om/reviews/Blasting/welco me.asp?view=full

Pilão Coromant Consiste na perfuração de dois furos secantes de igual diâmetro, que constituem a face livre em forma de 8 para as primeiras cargas:

98

Esta figura foi retirada do site: http://technology.infomine.c om/reviews/Blasting/welco me.asp?view=full

Pilão em Cratera Esse tipo de pilão desenvolvido originalmente por Hino, no Japão, aproveitando o efeito cratera que as cargas de explosivo concentradas no fundo dos furos produzem sobre a superfície livre mais próxima. Essa metodologia se aplica mais nas escavações de chaminés do que em túneis.

Pilão Queimado (Burn Cut) O pilão queimado é o mais utilizado na abertura de túneis e galerias. É assim chamado porque consta de uma série de furos, dos quais um ou mais não são carregados. A detonação da carga se faz por fogos sucessivos, servindo os furos não carregados como pontos de concentração de tensões.  A figura a seguir ilustra um pilão com quatro cessões:

Esta figura foi retirada do site: http://technology.infomine.c om/reviews/Blasting/welco me.asp?view=full

99 Observe também a vista lateral do mesmo pilão:

Esta figura foi retirada do site: http://technology.infomine.c om/reviews/Blasting/welco me.asp?view=full

TOPICO 4

PLANO DE FOGO - SUBTERRÂNEO Conceituação Chama-se “plano de fogo” o plano que engloba o conjunto dos elementos que permitem perfuração e detonação correta de um túnel, galeria, poço, etc., por intermédio do equipamento previsto para esse serviço e dos tempos necessários ao cumprimento do cronograma.  A primeira parte de um plano de fogo refere-se à determinação do explosivo e sua forma de detonação. Seguem-se a verificação do projeto e o estudo do tempo. As figuras abaixo mostram as zonas de um desmonte de um túnel ou galeria:

100 Esta figura também destaca os elementos da face de um túnel:

 A operação unitária de perfuração e desmonte por explosivos usada em túneis realiza-se perfurando a rocha na frente de avanço do túnel ou galeria com uma série de furos de mina nos quais se coloca o explosivo juntamente com linha silenciosa para túnel (Brinel, Exel etc.), cordel detonante e estopim espoletado. Os furos de mina e a sua sequência de iniciação são dispostos segundo um plano previamente estabelecido que irá determinar como a rocha vai se romper, em geral denominado como plano de fogo. Os primeiros furos de mina a detonarem devem criar um vazio para o qual se lança sucessivamente o resto da rocha. Esta abertura, o pilão, que em geral ocupa 1 m ² da frente de avanço é a chave que abre a rocha até uma profundidade que depende da forma e sucesso conseguido no mesmo.  As fases seguintes do desmonte, repartidas no espaço remanescente, devem ser projetadas para se obter o contorno desejado com um menor dano possível da rocha

101 remanescente. A maior parte da rocha de um desmonte por explosivos em um túnel deve romper, contra uma face mais ou menos livre, o que significa com um ângulo inferior a 90º.

Cálculo dos Elementos do Plano de Fogo Pilão O pilão é composto de um ou mais furos de diâmetro grande e descarregados, os quais são rodeados por furos com diâmetros menores e carregados. Os furos do pilão são dispostos em quadrados (seções) em torno da abertura inicial (furos de alívio). O pilão de três seções tem sido aplicado para equipamento de perfuração leve, manual e com um furo central vazio de 75 mm. Por outro lado, o pilão de quatro seções por proporcionar avanço satisfatório tornou-se o tipo de pilão mais atualizado na atualidade, devido, especialmente, a elevada mecanização e automação, principalmente com o emprego de  jumbos. No projeto do pilão, os seguintes parâmetros são muito importantes para a obtenção de um bom resultado: 

diâmetro do furo alargado;



afastamento;

concentração

da

carga;

precisão

da

perfuração.

Profundidade de Perfuração (H) e Avanço (X) No pilão de quatro seções a profundidade do furo pode ser estimada com a seguinte expressão:

102

Sendo D2 = diâmetro do furo alargado (vazio), em metro. Quando se utiliza mais de um furo vazio o valor de D 2 pode ser calculado através da expressão:

Onde: 

D2 = diâmetro do furo alargado (m);

 n

= número de furos vazios.

O avanço dos desmontes está limitado pelo diâmetro do furo de expansão (alargado) e pelos desvios dos furos carregados. Sempre que esta última se mantenha abaixo dos 2%, os avanços médios “X” podem chegar a 95% da profundidade dos furos “H”, de acordo com a expressão:

X = 0,95 x H Um bom avanço nos desmontes de rochas, bem como uma boa fragmentação da rocha, são extremamente dependentes da precisão do esquema de perfuração. A qualidade da perfuração da rocha é afetada pelos três tipos de erros:  erros

de embocadura (emboque dos furos);

 erros

de alinhamento dos furos;



erros de desvios adicionais no interior da rocha decorrentes da presença de descontinuidades (falhas e juntas) e mudanças litológicas, bem como pelo peso da coluna de perfuração.

103 Cada centímetro perdido no avanço tem que ser novamente perfurado, recarregado e desmontado. A qualidade do desmonte possui grande impacto na segurança e nas necessidades de suporte. É muito importante que os furos do pilão sejam perfurados o mais paralelo possível, respeitando a distância calculada no plano de fogo. Desvios tão pequenos como, por exemplo, de 50 mm em uma perfuração de 3 m podem resultar em uma saída ruim do pilão. Quando possível, o pilão deve ser perfurado no mínimo 150 mm a mais do que os demais furos para aumentar o desempenho do pilão, a região mais crítica da face.

Cálculo do 1 Quadrado Pela figura a seguir observa-se que a distância “a” entre os furos de carga do 1 Quadrado e o furo alargado para se obter a quebra e a expulsão do material fragmentado (desmonte limpo) deve ser calculada pela expressão :

a = 1,5 x D2

104

Distância entre os Centros dos Furos e os Efeitos nos Desmontes Cálculo do Tampão (T 1): T1 = a Cálculo da Razão Linear (RL):

Onde: 

de = diâmetro do explosivo (mm);



ᵖ= densidade do explosivo (g/cm 3).

Carga explosiva por furo do 1 Quadrado (Q 1):

Q1 = (H – T1) x RL Número de cartuchos por furo do 1 Quadrado (NC 1):

Onde: 0,610m é o comprimento do cartucho. Distância entre os furos do 1 Quadrado ou superfície livre (W 1):

W1 = a √2

105

Cálculo da Distância entre o Centro do Furo Alargado e o Centro do Furo do 2 Quadrado Quadrado (d cc2  ):

dcc2 = 1,5W1 Cálculo do lado do 2 Quadrado (W2): W2 = d  c c 2 √2

Cálculo do Tampão (T 2):

T2 = 0,5W1 Carga explosiva por furo do 2 Quadrado (Q2):

Q2 = (H – T2) x RL Número de cartuchos por furo (NC 2):

Cálculo do 3 Quadrado Cálculo da distância entre o centro do furo alargado e o centro do furo do 3 Quadrado (d cc3):

dcc3 = 1,5W2 Cálculo do lado do 3 Quadrado (W3):

106

W3 = dcc3 √3 Cálculo do Tampão (T 3):

T3 = 0,5W2 Carga explosiva por furo do 3 Quadrado (Q3):

Q3 = (H – T3) x RL Número de cartuchos por furo (NC 3):

Cálculo do 4 Quadrado Cálculo da distância entre o centro do furo alargado e o centro do furo do 4 Quadrado (d cc4):

dcc4 = ar + 0,5 x W3 Sendo ar  o afastamento recomendado pela tabela 14, ar = 1,0 m.

Valores do Afastamento para Diversos Diâmetros da Perfuração Diâmetro da perfuração 25 mm = 1”  29 mm = 1 1/8”  32 mm = 1 ¼”  38 mm = 1 ½”  51 mm = 2” 

Afastamento recomendado - ar (m) 0,75 0,80 084 1,00 1,18

Cálculo do lado do 4 Quadrado (W 4):

107

W4 = dcc4 √4 Cálculo do tampão (T 4) T4 = 0,5ar. Carga explosiva por furo do 4 Quadrado (Q4):

Q4 = (H – T4) x RL Cálculo dos Demais Furos da Seção Furos do Piso (Levante, Sapateira, Rebaixe)  Afastamento recomendado (a r ) do último quadrado. Cálculo do Espaçamento do levante (E l):

El = 1,1ar  Número de Furos do piso (NF l):

NFi = INT (largura do túnel/Ep) O tampão dos furos de levante é calculado por intermédio da seguinte expressão:

Tl = 0,2ar  Carga explosiva de cada furo do levante (Q l):

Ql = (H – Tl) x RL Número de cartuchos por furo (NC l):

108

Furos da Parede Neste caso teremos que executar a técnica de “Detonação Amortecida ”, utilizando a tabela abaixo:

Valores a serem aplicados na técnica de Detonação Amortecida Diâmetro da

Diâmetro do RL

perfuração (mm) 25 – 32 25 – 48 51 – 64 76

0,11 0,23 0,42 0,50

Afastamento (m) cartucho (mm) 11 17 22 38

0,3 – 0,5 0,7 – 0,9 1,0 – 1,1 1,4

Espaçamento (m) 0,25 – 0,35 0,50 – 0,70 0,80 – 0,90 1,6

Cálculo do tampão dos furos da parede (T p):

Tp = 0,5ap Cálculo da carga dos furos da parede (Q p):

Qp = (H-Tp) x RL Cálculo do número de cartuchos dos furos da parede (NCp):

NCp = (H – Tp) / 0,5 Onde: 0,5 é o comprimento do cartucho utilizado na parede. Cálculo do número de na parede (NF p):

109

Cálculo dos Furos do Teto Os furos do teto apresentam os mesmos dados que os furos da parede:

at = ap; Et = Ep; Qt = Qp; Tt = Tp

Número de furos do teto (NFt):

Onde: LD = (altura da parede  – al) x 2 + R.  Ao locar os furos de contorno, devemos ter em mente os ângulos de saída. A magnitude do ângulo depende do equipamento de perfuração e da profundidade do furo. Para um avanço em torno de 3 m um ângulo igual a 3 (corresponde a 5 cm/m) deve ser suficiente para permitir espaço para a perfuração da nova frente, evitando-se que o túnel afunile.  A figura abaixo mostra o ângulo de saída dos furos:

Esta figura foi retirada do site: http://technology.infomine.c om/reviews/Blasting/welco me.asp?view=full

110

Cálculo dos Furos Intermediários Laterais ao Pilão Número de linhas verticais (NLV):

Número de furos intermediários laterais ao pilão (NFil):

NFil = NLV x NLH Cálculo do Tampão (Til):

Til = 0,5 x ar Cálculo da carga por furo (Qil):

Qil = (H - Til ) x RL Cálculo do número de cartuchos por furo (NCil):

NCil = (H - Til ) / 0,601 m

111

Cálculo dos Furos Intermediários Acima do Pilão (Realce) Ei = 1,2 x ai = 1,2 m Número de arcos e linhas (Nal):

Nal = INT(R – ap) Número de furos dos arcos superiores:

NF = INT (/) Número de furos na horizontal:

Onde: Eh = espaço disponível na horizontal. Cálculo do tampão dos furos intermediários acima do pilão (T iap):

Tiap = 0,5 x ar Cálculo da carga dos furos intermediários acima do pilão (Qiap):

Qiap = (H - Tiap ) x RL Cálculo do número de cartuchos por furo (NC iap):

NCiap = (H - Tiap ) / 0,610 m

112

Tempos de Iniciação da Seção do Túnel Existem poucas regras para a determinação dos tempos de retardo na escavação por explosivos de um túnel. Os tempos de retardo serão influenciados pelas condições específicas das faces, incluindo:  tipo

de rocha a ser detonada: resistência, estrutura,

elasticidade, etc.;  lançamento  a

necessário dos fragmentos;

fragmentação exigida.

Tempos Curtos Versus Tempos Longos  A África do Sul é um dos poucos países no mundo em que a iniciação dos furos na escavação do túnel é feita utilizandose retardos de períodos longos (LPD), incluindo o uso do estopim de segurança. Na maioria dos túneis na Europa e na América do Norte e em outras partes do mundo é utilizado retardo de tempos curtos (SPD). Vantagens dos retardos de tempos curtos:  fragmentação

mais fina;



pilha mais solta (mais fácil de escavar);



reduzida

probabilidade

de

cortes

devido

a

movimentação do maciço rochoso causada pela detonação dos primeiros furos. Vantagens dos retardos de tempos longos: 

menor sobrepressão atmosférica, permitindo que as tubulações de água e ar permaneçam próximas à face;

 menor

lançamento do material.

113 É importante na detonação do túnel, termos um intervalo de tempo suficiente. Para furos com profundidade de 4 m são indicados normalmente os seguintes tempos:  pilão:

75 a 100 ms, devendo usar tempos diferentes

para cada furo; 

nos demais furos, usar intervalo de 100 a 500 ms.

TOPICO 5

PLANO DE FOGO PARA O DESMONTE ESCULTURAL Introdução O

desmonte

escultural,

também

chamado

de

detonação controlada, pode ser considerado como a técnica de minimizar as irregularidades provocadas na rocha pelo ultraarranque (backbreak ) nos limites da escavação, quando se usa explosivos. O ultra-arranque, ou sobreescavação, ocorre quando a resistência à compressão dinâmica do maciço rochoso é excedida. Se a resistência à compressão dinâmica for igual a pressão máxima do explosivo, a mesma não produzirá a quebra da parede no limite da escavação.  As consequências negativas que derivam do ultraarranque (quebra para trás): 

maior diluição do minério com o estéril, nas zonas de contato, nas minas metálicas;

 

aumento do custo de carregamento e transporte, devido ao incremento do volume do material escavado;

114   aumento

do custo de concretagem nas obras civis:

túneis,

centrais

hidráulicas,

câmaras

de

armazenamento, sapatas, muralhas, etc.; necessidade



residual,

de

reforçar a

mediante

estrutura rochosa

custosos

sistemas

de

sustentação: tirantes, cavilhas, split set , cintas metálicas,

revestimento

e/ou

jateamento

de

concreto, redes metálicas, enchimento, etc.;  manutenção

do maciço residual com um maior risco

para o pessoal da operação e equipamentos;  

aumento da vazão da água na zona de trabalho devido a abertura e prolongamento das fraturas e descontinuidades do maciço rochoso.

Nas minerações a céu aberto, o controle dos taludes finais podem produzir as seguintes vantagens:   elevação

do ângulo do talude, conseguindo-se um

incremento nas reservas recuperáveis ou uma diminuição da relação estéril/minério;  

redução dos riscos de desprendimento parcial do talude, minimizando a necessidade de bermas largas,

repercutindo

produção

e

a

positivamente

segurança

nos

sobre

a

trabalhos

de

explotação;   tornar

seguro e estético os trabalhos de desmonte

relacionados à engenharia urbana. Paralelamente, nos trabalhos subterrâneos a aplicação dos desmontes de contorno tem as seguintes vantagens: 

menores dimensões dos pilares nas explotações e,

por

 jazimento;

conseguinte,

maior

recuperação

do

115  melhora

a ventilação, devido ao menor atrito entre o

ar e as paredes das galerias;  

aberturas mais seguras com um menor custo de manutenção das paredes, tetos e pisos;

  menor

risco de danos à perfuração prévia, no caso

do método de lavra VCR (Vertical Crater Retreat).  Assim, os esforços destinados à aplicação do desmonte escultural, nas obras subterrâneas e a céu aberto, são  justificados por motivos técnicos, econômicos e de segurança.

Desacoplamento e Espaçadores O ultra-arranque pode ser reduzido por meio do desacoplamento das cargas e espaçadores. A razão entre o diâmetro da carga de explosivo (d) e o diâmetro do furo (D) é a medida do desacoplamento entre as cargas de explosivos e as paredes dos furos (d/D < 1). As cargas são espaçadas através da separação de porções da coluna de explosivos, por meio do uso de material inerte (argila, detritos da perfuração, madeira, etc.).  A redução da pressão de detonação da carga de explosivo, decorrente da expansão dos gases na câmara de ar (colchão de ar) pode ser quantificada a partir da seguinte expressão:

 = (√1 ∗ /)2,4 Onde: 

PE = pressão efetiva (amortecida), GPa;

116 

Cl = quociente entre a longitude da carga de explosivo e da longitude da carga de coluna (C l = 1 para cargas contínuas, isto é, sem espaçadores);

  d

= diâmetro da carga de explosivo (polegadas ou

mm); D = diâmetro da perfuração (polegadas ou mm). Dessa maneira a pressão do furo é drasticamente reduzida por meio do desacoplamento. Nesse texto abordaremos os seguintes tipos de desmonte

escultural:

pré-corte

( pre-splitting )

com

cargas

desacopladas ou espaçadas e pré-corte com o sistema  Air deck . O método do pré-corte compreende uma carreira de furos espaçadamente próximos, perfurados ao longo da linha limite da escavação. Os furos são carregados levemente com um explosivo apropriado e são detonados antes que qualquer escavação nas adjacências tenha sido executado. Acredita- se que esse procedimento cria umas fraturas abertas, necessárias para dissipar a expansão dos gases provenientes da escavação principal.  A figura abaixo mostra o método do pré-corte (presplitting):

Esta figura foi retirada do site: http://technology.infomine.c om/reviews/Blasting/welco me.asp?view=full

117

Regras Empíricas para o Cálculo do Plano de Fogo do Desmonte Escultural Plano de Fogo para o Pré-Corte com Carga Contínua ou Desacopladas  As seguintes regras empíricas podem ser utilizadas para o cálculo do plano de fogo: 

espaçamento entre os furos: 10 a 12 vezes o diâmetro do furo (em metros); longitude do tampão: 0,6 a 1,5 m, dependendo do diâmetro do furo;

 distância

da linha do pré-corte à linha de furos mais

próxima de produção: 15 a 20 vezes o diâmetro do furo (em metros).

Desmonte de Pré-Corte com Carga Contínua Desacoplada Desacoplamento entre a carga de explosivo e o furo (d/D): 0,4 a 0,6; sendo (d) o diâmetro do explosivo e (D) o diâmetro da perfuração. A literatura recomenda os seguintes espaçamentos e razões lineares de carregamento em função do diâmetro do furo:

Diâmetro do furo (mm) Espaçamento (m) Razão linear (g/m) 32

0,25

- 0,40

90

38 45 51 64 76 89 102 127 152

0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,65 0,75 0,90

- 0,45 - 0,50 - 0,55 - 0,65 - 0,75 - 0,85 - 0,95 - 1,15 - 1,30

130 180 230 350 500 690 900 1400 2000

118

Observação: uma boa indicação é fazer a distância X igual ao comprimento do cartucho utilizado.

Pré-Corte com o Sistema Air Deck O pré-corte com air deck refere-se a um sistema que combina o efeito do explosivo explosi vo com uma câmara de ar no furo da perfuração. Esse sistema difere do tradicional de carga sólida. O ar se forma ao remover parte da quantidade de explosivo normalmente utilizado em uma carga sólida. O multiplugue consiste de uma bolsa inflada de ar com uma pressão aproximadamente de 7 psi, cujo objetivo é de reter os gases por um certo tempo, que é colocada colocada a um nível de profundidade profundidade determinado, vindo logo abaixo do tampão.

O método de desmonte escultural com air deck diminui a pressão inicial dos gases produzidos pela explosão e incrementa o confinamento dos gases e tempo de ação da explosão sobre a rocha. O princípio básico é o de permitir que a energia potencial do explosivo seja transferida ao meio sólido em uma sequência de pulsos em vez de uma expansão instantânea. Essa técnica apresenta as seguintes vantagens em relação à técnica do pré-corte com cargas desacopladas ou cargas espaçadas:

119 

uso de explosivos comuns (ANFO), em vez de explosivos especiais utilizados para o pré-corte, traduzindo-se em redução de custo;



obtenção de taludes mais altos e seguros pela diminuição de fraturas nos bancos;



diminuição dos níveis de vibração do terreno provocado pelo desmonte escultural;

 permite

usar o mesmo diâmetro de perfuração que é

utilizado na produção, evitando-se a necessidade de usar uma segunda perfuratriz.

Plano de Fogo para o Pré-Corte com o Sistema Air-Deck Regras Práticas para o Cálculo do Desmonte Escultural com o Sistema Air Deck Espaçamento dos furos: 16 a 24 vezes o diâmetro do furo (em metros); longitude do tampão: 12 a 18 vezes o diâmetro do furo (em metros). Carga de explosivos por furo (Q): (0,4 a 1,4) x H x E (em kg), sendo: H = prof. do furos, E = espaçamento. Distância da linha do pré-corte à linha de furos mais próxima de produção: 12 vezes o diâmetro do furo (em metros).

veja a seguir um exemplo do cálculo do desmonte escultural com o sistema air deck. Considerando os seguintes dados na realização de um desmonte escultural com o sistema air deck: diâmetro dos furos: 6”  = 0,1524 m; profundidade dos furos (H): 15 m; número de furos: 17.

120 Para efeito de cálculo utilizaremos os valores médios das regras práticas na determinação dos seguintes parâmetros:   espaçamento

entre os furos (E): 20 x 0,1524 = 3,0

m;   longitude

do tampão (T) ou posição do plugue em

relação ao topo do furo: 15 x 0,1524 = 2,3 m;   carga

de explosivos por furo (Q): 0,9 x 15 x 3,0 =

40,5 kg;  distância

à linha de furos mais próxima de produção:

12 x 0,1524 = 1,8 m;   carga

total de explosivo: 40,5 kg/furo x 17 furos =

688,5 kg.

Observações 

A última linha linha de furos de produção (buffer line) line) deve ter sua carga reduzida, no mínimo de 50%, para que a parede do pré-corte não seja danificada durante a detonação principal;



Nos exemplos acima, os valores devem ser ajustados ajustados em função das descontinuidades (falhas, juntas, fissuras, dobras, etc.) apresentadas pelas rochas e o tipo de explosivo;



Sucesso do pré-corte pode ser constatado constatado no campo por meio da ocorrência das “meias canas” (vestígios dos furos no talude após a detonação);



Pré-corte com cargas desacopladas vem caindo em desuso desuso em função do método ser laborioso e apresentar um alto custo de execução em relação ao uso do sistema air deck;



Com a introdução introdução do sistema air deck, deck, as minerações vêm reduzindo seus custos de perfuração e explosivos, no précorte, em até 30%, aumentando a segurança dos taludes e

121 diminuindo os níveis de vibração do terreno, provocados pelo desmonte escultural. O uso da técnica de air-deck no desmonte de produção, além de melhorar quantitativamente a fragmentação da rocha, reduz significativamente os problemas ambientais gerados durante o desmonte de rocha (vibração do terreno, sobrepressão atmosférica e ultralançamento dos fragmentos rochosos). TOPICO 6

PROBLEMAS AMBIENTAIS GERADOS PELOS DESMONTES DE ROCHAS Problemas Gerados pelos Desmontes de Rochas  A detonação de uma carga explosiva contida em um furo gera pressões instantâneas que podem atingir níveis que variam de 2 a 10 GPa, dependendo das características e quantidades do explosivo utilizado. Parte da energia gerada pelo explosivo vai trabalhar na quebra e no lançamento da massa rochosa; outra parte vai passar diretamente ao maciço rochoso na forma de ondas de choque instáveis, de alta velocidade (body waves), que vai se propagar pelo maciço, sob forma ondulatória, provocando vibrações, até que a energia se dissipe; uma terceira parte da energia de detonação vai ser transmitida à atmosfera, provocando ruídos e onda aérea (sobrepressão atmosférica). A figura abaixo mostra os principais problemas gerados pelos desmontes de rochas:

122

Detonações realizadas próximas a locais populosos muitas vezes geram conflitos devido a impactos ambientais. Um dos principais problemas de atrito da comunidade com a mineração é o desmonte de rochas por explosivo. Nessas situações, os responsáveis pelas detonações têm, muitas vezes, pouco o que fazer, pois tentam encontrar um plano de fogo para otimizar o desmonte de rocha sem realizar uma pesquisa, com o uso adequado de instrumentação, para determinar a influencia de diversos parâmetros nos problemas ambientais gerados pelas detonações com o uso de explosivos.  A maioria dos países tem normas locais, que especificam legalmente níveis aceitáveis de vibração do solo provocadas por detonações. Essas normas são baseadas em pesquisas que relacionam o pico da velocidade com os dados estruturais. No Brasil, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) estabeleceu normas, válidas a partir de 31 de outubro de 2005, através da ABNT NBR 9653 (Norma Brasileira Registrada), para reduzir os riscos inerentes ao desmonte de rocha com uso de explosivos em minerações, estabelecendo os seguintes parâmetros a um grau compatível com a tecnologia disponível para a segurança das populações vizinhas.

123  A ABNT NBR 9653:2005 apresenta as seguintes definições:  velocidade

de vibração de partícula de pico: máximo

valor instantâneo da velocidade de uma partícula em um ponto durante um determinado intervalo de tempo, considerando como sendo o maior valor dentre os valores de pico das componentes de velocidade de vibração da partícula para o mesmo intervalo de tempo;  

velocidade de vibração de partícula resultante de pico (VR): máximo valor obtido pela soma vetorial das três componentes ortogonais simultâneas de velocidade de vibração de partícula, considerado ao longo de um determinado intervalo de tempo, isto é:

Onde: VL, VT e VV são respectivamente os módulos de velocidade de vibração de partícula, segundo as direções L longitudinal, T - transversal e V  – vertical.   pressão

acústica: aquela provocada por uma onda

de choque aérea com componentes na faixa audível (20 Hz a 20.000 Hz) e não audível, com uma duração menor do que 1 s;  área

de operação: área compreendida pela união da

área de licenciamento ambiental mais a área de propriedade da empresa de mineração;

124  ultralançamento:

arremesso de fragmentos de rocha

decorrente do desmonte com uso de explosivos, além da área de operação;  

Distância Escalonada (DE) ou distância reduzida: calculada por intermédio da seguinte expressão e usada para estimar a vibração do terreno:

Onde:  

D é a distância horizontal entre o ponto de medição e o ponto mais próximo da detonação, em metros;



Q é a carga máxima de explosivos a ser detonado por espera, em quilogramas. g) desmonte de rocha com uso de explosivos: operação de arrancamento, fragmentação, deslocamento e lançamento de rocha mediante aplicação de cargas explosivas.

Os limites para velocidade de vibração de partícula de pico acima dos quais podem ocorrer danos induzidos por vibrações do terreno são apresentados numericamente na figura abaixo:

125

Esta figura foi retirada do site: www.abnt.org. br 



nível de pressão acústica: a pressão acústica, medida além da área de operação, não deve ultrapassar o valor de 100 Pa, o que corresponde a um nível de pressão acústica de 134 dBL pico;

 ultralançamento:

o ultralançamento não deve ocorrer

além da área de operação do empreendimento, respeitadas as normas internas de segurança referentes à operação de desmonte. Na maioria das operações, os níveis de vibrações são mantidos bem abaixo dos critérios estabelecidos para evitar danos. Entretanto, o respeito às leis não excluem problemas: vibrações dentro de limite legais podem ainda aborrecer vizinhos. Esses

aborrecimentos

poderão

induzir

a

problemas

de

relacionamento com a vizinhança, litígios e fechamento da mina.

126 Situações excepcional

excepcionais:

houver

o

quando

impedimento

da

por

motivo

realização

do

monitoramento sismográfico, pode ser considerada atendida essa Norma com relação à velocidade de vibração de partícula de pico, se for obedecida uma distância escalonada que cumpra com a seguinte exigência: 40 m/kg0,5 para D 300 m

Causas

dos

Problemas

Ambientais

Gerados

pelos

Desmontes de Rochas por Explosivos Vibração do Terreno Quando um explosivo detona dentro de um furo, ondas de tensão são geradas causando distorções e fissuras no maciço rochoso. Entretanto, imediatamente fora dessa vizinhança, não ocorrem permanente deformações e sim uma rápida atenuação das ondas de tensão, fazendo com que o terreno exiba propriedades elásticas. As vibrações dos terrenos geradas pelos desmontes de rochas por explosivos se transmitem através dos materiais como ondas sísmicas, cuja frente se desloca radialmente a partir do ponto de detonação. As distintas ondas sísmicas se classificam em dois grupos: “ondas internas” e “ondas superficiais”. O primeiro tipo de onda interna é denominada “primária ou de compressão ”. Estas ondas se propagam

dentro dos materiais, produzindo alternadamente compressões e rarefações e dando lugar a um movimento das partículas na direção de propagação das ondas. São as mais rápidas e produzem troca de volumes, sem troca de forma, no material através do qual se movimentam.

127 O

segundo

tipo

é

constituído

“ondas

pelas

transversais ou de cisalhamento-S”. Que dão lugar a um movimento das partículas perpendicular a direção de propagação da onda. Os materiais submetidos a esses tipos de onda experimentam trocas de forma e não de volume.  A figura abaixo mostra o efeito das ondas P e S sobre as estruturas:

Esta figura foi retirada do site: http://cosmellaxia.blogspot. com.br/

 As ondas do tipo superficial, que são geradas pelos desmontes de rochas, são: as ondas Rayleigh-R e as ondas Love-Q. Outros tipos de ondas superficiais são as ondas Canal e as ondas Stonelly. Na prática, a velocidade de pressão das ondas transversais é da ordem de 50 a 60% da velocidade das ondas compressionais.

Sobrepressão Atmosférica e Ruído Sempre que um explosivo é detonado ondas transientes

de

pressões

são

geradas.

Como

o

ar

é

compressível, absorve parte da energia da onda de pressão, à

128 medida que essas ondas passam de um ponto a outro, a pressão do ar aumenta rapidamente a um valor acima da pressão atmosférica. Antes dessas ondas retornarem a um valor abaixo da pressão atmosférica, as mesmas sofrem uma série de oscilações.  A pressão máxima, isto é, acima do valor da pressão atmosférica, é conhecida como sobrepressão atmosférica ou

sopro de ar . Essas pressões compreendem energia em diferentes faixas de frequências. A sobrepressão atmosférica que se transforma com a distância em relação à detonação ao atingir a frequência acima de 20 Hz é perceptível pela audição humana na forma de ruído, já os valores abaixo de 20 Hz são imperceptíveis, entretanto, eles podem causar uma concussão nas residências. A sobrepressão atmosférica e o ruído são medidos em decibéis (dB) ou pascal (Pa).  A sobrepressão atmosférica contém uma considerável quantidade de energia de baixa frequência que pode chegar a produzir danos diretamente sobre as estruturas, entretanto são mais comuns as vibrações de alfa frequência que se manifestam como ruído das janelas, portas, etc.  A sobrepressão atmosférica de baixa frequência ao atingir uma residência provoca vibrações nas estruturas. Se a vibração induzida é de suficiente magnitude será percebida pelos ocupantes da residência podendo causar danos materiais. Os elementos flexíveis de uma residência (paredes, pisos, teto, etc.) e os objetos fixados aos mesmos (quadros, lustres, persianas, móveis, louças, etc.) são muito sensíveis as sobrepressões atmosféricas. Muitas vezes a intensidade da sobrepressão é percebida pelos residentes por meio de objetos situados nas mesas, armários, estante, quando esses começam a vibrar, ocorrendo assim uma vibração secundária, provocando a reação imediata dos ocupantes das residências.

129

Causas da Sobrepressão Atmosférica  As sobrepressões atmosféricas, decorrentes das atividades dos desmontes de rocha por explosivo, são causadas pela movimentação da rocha, emissão dos tampões, emissão dos gases através dos tampões e fendas da rocha, colisão dos fragmentos projetados, afastamentos incorretos e a falta de cobertura dos cordéis detonantes, como mostra a figura a seguir:

Esta figura foi retirada do site: http://www.lneg.pt/CienciaP araTodos/edicoes_online/di versos/boa_pratica/texto

Os temperatura

gradientes podem

do

afetar

vento os

e

níveis

as da

inversões

de

sobrepressão

atmosférica. Coberturas de nuvens também podem causar a reflexão da onda de pressão de volta para a superfície a uma certa distância do local do desmonte.  A topografia e a geometria das formações geológicas podem conduzir a reflexão e a concentração de frentes de ondas em determinados pontos.

130

Ultralançamento dos Fragmentos Rochosos O ultralançamento é o lançamento indesejável de fragmentos rochosos da área de desmonte, representando um grande perigo para as pessoas que vivem fora do limite da mina. Quando o afastamento da frente de uma bancada é inadequado ou quando a coluna de tamponamento é muito curta, uma cratera é formada e a rocha é ejetada da cratera e pode ser arremessada a uma distância considerável, como é mostrado na figura:

Esta figura foi retirada do site: http://www.lneg.pt/CienciaP araTodos/edicoes_online/di versos/boa_pratica/texto

131  A continuação da figura a seguir mostra que o ultralançamento pode ser causado pela inclinação incorreta da perfuração e por condições que permitam a fuga de gases explosivos ao longo da descontinuidade do maciço rochoso ou uma alta concentração de explosivo em virtude da presença de vazios (cavernas) na rocha.

Variáveis que Afetam as Características das Vibrações 

Geologia local e características das rochas;

 Massa 

da carga operante;

Distância ao ponto do desmonte.

Medida da Velocidade de Vibração do Terreno  A velocidade de vibração proveniente de uma detonação é diretamente proporcional à energia desenvolvida durante a reação do explosivo e, consequentemente, da quantidade de explosivos utilizados e inversamente proporcional à distância do sensor ao ponto do desmonte. A fim de se estudar o comportamento do terreno é necessário realizar um certo número de testes, por intermédio da medida da velocidade de vibração do terreno em diferentes pontos, com o uso de sismógrafo. Das três propriedades mais facilmente mensuráveis das ondas de tensão, que são aceleração, velocidade e deslocamento, é de consenso geral que a velocidade pode ser correlacionada de maneira mais imediata a danos em estruturas.  A onda de tensão possui três componentes - vertical, longitudinal (radial) e transversal, sendo necessária à medição das três componentes devendo-se usar a maior delas, denominada de Velocidade do Pico de Vibração da Partícula ou PPV ( Peak Particle Velocity ), para avaliar o potencial do dano. A velocidade

132 de partícula é a medida da velocidade de partícula do terreno durante a passagem da onda de vibração e não a velocidade da onda em si. Na prática, a lei de atenuação da vibração dos terrenos, que relaciona a velocidade de partícula com a distância escalonada, D

Q,

é regida pela seguinte expressão:

Onde: 

V = velocidade de vibração da partícula (mm/s);

  D

= distância do local do desmonte até o ponto de

registro (m); Q = carga máxima por retardo (kg); 

K e m = constantes que dependem do tipo de desmonte, tipo de explosivo, da homogeneidade da rocha e da presença de juntas, falhas, fendas, etc. No gráfico da figura a seguir, lei de atenuação da vibração do terreno, o valor de inclinação da reta e

k

m

corresponde a

é o ponto onde a reta

intercepta o eixo das ordenadas:

133

Tem sido observado que os valores de

k

e

m

variam

consideravelmente de um local para outro, por isso as medições de vibração são úteis em situações críticas, a menos que restrições conservadoras sejam aplicadas para a escolha da carga máxima por espera. Se este gráfico indicar que o nível de vibração está se aproximando do limiar de dano, então seria prudente a realização dos testes de desmontes e medições de níveis de vibração produzidos. O uso do sismógrafo permite levantar os seguintes dados: deslocamento, velocidade, aceleração e frequência de vibração do terreno, pulsos de ar, etc.

Distância Reduzida (DR)  A distância reduzida é um desenvolvimento da lei de propagação da United States Bureau of Mines  (USBM) e

134 constitui um meio prático e efetivo no controle da vibração. A distância reduzida é definida pela relação.

Segurança nos Desmontes de Rochas Introdução Estas instruções e regras não invalidam, e isso deve ser bem compreendido, as leis, ordens ou regulamentações federais, estaduais, corporacionais ou municipais com as quais possam estar em conflito. Para o controle do transporte, do manuseio, da armazenagem e da destruição dos explosivos sugere-se a leitura do R-105 elaborado pelo exército brasileiro.  A maioria dos acidentes ocorridos com explosivos poderia ter sido evitada e o objetivo deste capítulo é o de ajudar na prevenção de tais acidentes. Para que os trabalhos de perfuração e desmonte de rochas se realizem em condições seguras, é preciso que em tais operações se observem os seguintes aspectos:  cumprimento  

das normas e regulamentos vigentes;

formação técnica dos operadores, cabos de fogo (blasters)

e

do

pessoal

encarregado

do

carregamento com cursos periódicos adequados;   utilização

de máquinas, explosivos e acessórios e

sistema de iniciação em condições de segurança.

Perfuração Uma lista das principais causas de traumatismo industrial que ocorre durante as operações de perfuratrizes na mineração são:

135   quebra

e acidente durante a perfuração do furo de

mina; 

operário machucado por parte móvel da máquina;



condição precária e incorreto uso de cabo;

  incorreta

união de coluna de perfuração e troca de

bit;  queda

de objetos do alto;

 escorregamento

e desalinhamento da perfuratriz, em

virtude de instabilidade;  

movimentos da perfuratriz com a torre elevada e violação de outras regras para movimento.

 A operação de perfuração implica na adoção de uma série de medidas de segurança a fim de minimizar os riscos potenciais, tanto humanos como materiais:  a

perfuração se realizará de acordo com as normas

existentes, oficiais ou estabelecidas pela empresa; 

pessoal de operação deverá tem uma formação correta e conhecer o manual de operação da máquina antes de fazer uso dela;



os operadores devem usar equipamentos de segurança (máscara adequada para proteger das poeiras e gases, protetor auricular, óculos de segurança, luvas, botas, capacetes, etc.);

  toda

máquina ou equipamento de perfuração deve

estar sobre um piso nivelado, de tal modo que suas esteiras estejam pelo menos a 3 metros de distância da crista da bancada. Sempre que o terreno for instável, o equipamento deve ser ancorado por meio de cabo de aço;

136 

nenhum equipamento de perfuração deve ser deslocado por distância superior a 100 metros com seu mastro levantado. Quando o equipamento deve cruzar por baixo de linhas de força, o mastro deve ser baixado. A perfuratriz deverá manter uma distância de segurança mínima de 10 m de qualquer rede elétrica;

 não

abandonar a perfuratriz em funcionamento;

  manter

as perfuratrizes em boas condições de uso

(manutenção preditiva, preventiva e corretiva); 

é dever do operador informar ao seu substituto sobre as condições de operação do equipamento, todos os defeitos que porventura forem notados durante o turno devem ser registrados em relatório ao respectivo turno. Todas as mudanças bruscas ocorridas

nas

velocidades

de

perfuração,

especialmente quando for detectada a presença de vazios no maciço rochoso deve ser comunicada aos responsáveis pelo desmonte; 

nos trabalhos subterrâneos manter uma boa ventilação e iluminação;



nunca utilize tocos de furos como pontos de emboque, pois os mesmo podem conter restos de explosivos.

 

estabelecer um programa para a verificação dos problemas ocorridos durante a perfuração (desvios dos furos, profundidade incorreta dos furos, faces irregulares,

afastamento,

espaçamento

e

subperfuração fora da especificação) por meio do uso dos equipamentos BoreTrak  e Laser Profile.

137

Desmonte Medidas de Armazenamento de Explosivos Todos os explosivos, agentes detonantes, espoletas simples e elétricas, cordel detonante, estopins, tubos de choque e retardos deverão ser armazenados em paióis especialmente construídos para esse fim e localizados segundo as leis locais existentes. Devem-se manter sempre os paióis bem trancados, abrindo-os somente para a entrada e saída do material.

Normas para os Paióis de Explosivos 

Armazene somente explosivos neste paiol. Não armazene

acessórios,

materiais

inflamáveis,

ferramentas e outros utensílios metálicos;   Sempre

embarque, despache e use com prioridade

o estoque mais antigo;  Não

utilize ferramentas de metal para abrir ou fechar

embalagens de explosivos; 

Não deixe explosivos soltos pelo paiol;

 

Não fume, nem porte fósforos, isqueiros ou outro material inflamável;



Mantenha o interior do paiol sempre limpo e ventilado e o terreno ao redor livre de folhas, capim vegetação de qualquer espécie, lixo e detritos, a fim de evitar incêndios;

  Proíba

a presença de pessoas estranhas dentro e

nas vizinhanças do paiol;  

Quando necessário o uso de luz artificial, utilize unicamente lanterna de segurança ou pilha elétrica;

138 Sinalizar adequadamente as instalações e os



veículos destinados ao armazenamento e transporte de explosivos;   Armazenar

os produtos de mesmo tipo e classe de

maneira que seja fácil identificá-los.  Mantenha

constante vigilância sobre as embalagens

que apresentam avarias, exsudação ou defeito. Coloque-as a um lado no paiol ou nas proximidades do paiol.

Medidas

para

Transportar

Explosivos

Dentro

das

Explotações   Acatar

rigorosamente as disposições estabelecidas

pelos regulamentos vigentes;  

Verificar diariamente se os veículos destinados a transportar explosivos reúnem as condições exigidas pelo organismo competente; Levar nos veículos extintores de incêndio, em



lugares apropriados, de fácil acesso, devendo conhecer

obrigatoriamente

o

motorista

e

os

ajudantes o seu uso;   Desligar

o motor do veículo durante as operações

de carga e descarga dos explosivos;

Nunca transportar os acessórios de iniciação



 juntamente com explosivos em veículos que não estejam de acordo com a exigência do R-105; 

Não permitir fumar no veículo e a presença de pessoas não autorizadas ou desnecessárias;

 Usar

itinerários de transporte com pouco movimento

de pessoal e equipamentos;  

Vigiar a zona de descarga de explosivos até sua colocação nos furos e amarração.

139

Medidas de Segurança na Área do Desmonte 

Limpar a área do desmonte retirando as rochas soltas, os metais e outros materiais;

 

Delimitar com estacas, tambores ou bandeiras de cores informativas da zona a desmontar e impedir o trânsito de pessoal e veículos sobre a mesmo;



Na entrada do serviço anunciar ao pessoal a operação e a realização doa desmontes do dia;



Verificar

as

amarrações

dos

acessórios

de

detonação.

Medidas de Segurança Durante o Carregamento dos Furos 

Examinar cada furo cuidadosamente antes do carregamento a fim de se conhecer a longitude e o sue estado, usando para isso uma trena;

  Fixar

os extremos dos acessórios de detonação a

uma estaca de madeira ou rocha para impedir a queda dos mesmos dentro do furo; 

Não carregar os furos imediatamente após a perfuração, sem antes verificar se o mesmo está limpo e não contem pedaços de rochas ou pedaços de metal;



Nunca recarregar furos que tenham sido carregados e detonados anteriormente.

Medidas de Segurança Durante o Tamponamento dos Furos 

Confinar os explosivos nos furos por meio de detritos da perfuração, rocha britada ou outro material não combustível;

140 

Nunca utilizar atacadores metálicos de nenhuma classe;

 

Realizar o tamponamento sem violência para não danificar os acessórios de detonação;



Não introduzir pedras, sacos plásticos ou outros objetos juntamente com o material do tampão.

Medidas de Segurança Antes e Depois do Disparo  

Certificar-se de que todos os explosivos excedentes se encontram em lugar seguro e que todas as pessoas e veículos estão a uma distância segura ou devidamente resguardadas;

 

Impedir os acessos a área de desmonte dispondo de pessoal e meios adequados;

 

Não disparar sem um sinal de autorização da pessoa encarregada e sem haver dado o aviso adequado por meio de sirenes ou outros meios;



Proteger os equipamentos auxiliares, de carregamento e transporte;

 

Não regressar a área de desmonte até que se tenha dissipado as poeiras e os gases;



No caso de desmonte subterrâneo não regressar até que se tenha uma ventilação adequada, bem como tenha ocorrido o batimento dos chocos;



Sinalizar o lugar onde se encontram os furos falhados;



Antes de regressar a área do desmonte, contar o número de furos detonados e não regressar até que tenha transcorrido meia hora no caso de falha de alguma carga;



Estabelecer

um

programa

de

monitoramento

das

vibrações dos terrenos e pulsos de ar, por meio do uso de sismógrafos; 

Motivar a equipe na discussão da importância de cumprir as normas de segurança.

141

EXERCÍCIOS 1. Quais os elementos de um plano de fogo?  _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________

2. Qual o efeito dos retardos no desmonte?  _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________

3. a) Calcule os elementos de um plano de fogo para o desmonte de uma rocha dura, cuja bancada deverá ter 10 m de altura e que deverá atender a uma produção requerida de 1.800.000 m³ por ano desta rocha em estado bruto. Considere a utilização de um explosivo cuja densidade é de 1,1 g/cm³.

142

b.  Justifique a escolha dos coeficientes do afastamento da subfuração e do tampão em função do tipo de rocha e escolha coeficientes tais que resultem em uma razão de carga de 0,725 kg/m³, aproximadamente.  _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________

c. Calcule o número de furos por dia necessário para atender a produção e desenhe, esquematicamente, a bancada e a disposição dos furos, observando os elementos calculados no plano de fogo. Considere uma bancada com 25 m de frente. Densidade da rocha 2,75to n/m³.

143

4. Quais as finalidades das vias subterrâneas?  _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________

5. Cite três tipos de pilão e explique cada um deles.  _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________   _____________________________________________________

144

CHECK LIST Nessa unidade você pôde aprender quais os elementos de um plano de fogo, o cálculo de cada um dos elementos, as diferenças entre desmonte a céu aberto e desmonte subterrâneo considerando suas aplicações e implicações. Podemos aprender ainda sobre as características de cada desmonte, a utilização de retardos nos desmontes. E considerando mineração subterrânea podemos ainda identificar e dimensionar os tipos de saídas, as características de cada pilão e por fim as finalidades das vias subterrâneas.

145

GABARITO COMENTADO UNIDADE 1 Questão 1 São utilizadas para perfurar as rochas utilizando-se da energia que é transmitida pela máquina. Elas têm maior eficiência devido a uma combinação de fatores, sendo que a broca quebra e remove a rocha por uma ação de raspagem em rochas macias, esmagamento-trituração-lasqueamento em rochas duras ou por uma combinação destas ações.

Questão 2 Como pudemos aprender, a perfuração das rochas é a etapa inicial para o desmonte de rochas, tendo como finalidade abrir furos na rocha que se tem interesse em desmontar com explosivos, seguindo sempre uma distribuição pré-definida.

Questão 3  As perfuratrizes pneumáticas utilizam o ar comprimido gerado por um compressor para realizar a perfuração, sendo que não superam os 30 metros de profundidade. Já as perfuratrizes hidráulicas, são muito semelhantes as pneumáticas, contudo a rotação é gerada por um motor que aciona uma série de bombas que fazem o acionamento do motor de rotação.

Questão 4 Os furos são caracterizados por quatro parâmetros principais: diâmetro, profundidade, retilineidade e estabilidade. Diâmetro: no desmonte de rochas a finalidade principal é a desagregação do maciço para que o mesmo possa sofrer modificações de granulometria, sendo que o diâmetro do furo irá interferir diretamente nesses diâmetros de rochas desmontadas.

146

Profundidade: a profundidade do furo está diretamente ligada ao volume de material que se necessita, mas principalmente a altura da bancada, sendo que esta última é fator preponderante na profundidade. Retilineidade: para podermos ter um bom desmonte de rochas com a utilização de explosivos, os furos devem ficar o mais próximo possível da retilineidade, pois teremos maior eficiência do desmonte e segurança, uma vez que um furo desalinhado poderá interferir diretamente em um furo próximo.

UNIDADE 2 Questão 1 Como vantagens podemos citar melhora na fragmentação, redução dos problemas de repé devido ao melhor aproveitamento das ondas de choque na parte crítica do furo, maior lançamento da pilha, maior malha, redução da razão de carregamento que pode ser obtida pelo uso de explosivos de menor densidade, maior estabilidade da face da bancada e menor ultra-arranque. Já como desvantagens surgem a menor produtividade da perfuratriz, maior desgaste de brocas, hastes e estabilizadores, maior custo de perfuração, maior comprimento de furo para uma determinada altura da bancada, maior risco de ultralançamentos dos fragmentos rochosos.

Questão 2 Os tipos de malhas mais utilizados no desmonte de rochas são: retangular, estagiada, triângulo equilátero ou malha alongada, sendo que desses tipos a que tem a maior disseminação é a malha estagiada ou conhecida também “ como pé de galinha” .

Questão 3 Número de furos por dia (Nf): Nf = 1.000.000/(2,5 x 5 x 10 x 365) = Nf = 22. Profundidade Total perfurado por ano (PT) : PT = Nf x H f x N d = 22 x 10 x 365 = 80.300 m.

147

Metros diários perfurados por uma perfuratriz (MP) : MP = NH x TP x DM x RMO x U = 8 x 40 x 0,85 x 0,8 x 0,8 = 174,08 m. Número de perfuratrizes necessárias (NP): Np = 80.300/(174,08 x 365) = 1,26. Obs.: matematicamente o cálculo aponta, aproximadamente, para a necessidade de duas perfuratrizes. Entretanto, a escolha correta será de uma só perfuratriz, pois basta aumentarmos o número de horas trabalhadas por dia para obtermos a produção diária desejada. Outra possibilidade seria a de perfurar com uma maior taxa de penetração.

Relação entre metros de haste e metro de furo (K): K= (Hf   + C)/2C = (10 + 3)/(2*3) = 2,17.

Número de hastes (NH) e luvas (NL): Nh e Nl = (Pt  * K)/vida útil = (80.300 * 2,17)/1.500 = 116.

Número de punhos (NP): Np = Pt/vida útil = 80.300/2/500 = 32. Número de coroas (NB):

UNIDADE 3 Questão 1 São substâncias que quando submetidas a grande impacto, recebendo grande carga de energia, podendo ser térmica ou mecânica. Nesse caso quando submetidas a um impacto muito forte se transformam em gases, liberando enorme quantidade de calor.

Questão 2 No caso dos explosivos químicos, são divididos em baixos explosivos, quando a velocidade de reação é muito baixa; altos explosivos, quando a velocidade de reação é extremamente elevada; e os agentes detonantes quando são provenientes de misturas não consideradas explosivas.

148

Questão 3 Estopim de segurança conduz a chama com velocidade uniforme; espoleta simples é um tubo com uma extremidade aberta e outra fechada, contendo em seu interior uma carga detonante constituída por uma carga chamada primária, ou de ignição; espoletas elétricas são ativadas por corrente elétrica; e o cordel detonante é um tubo plástico com um material explosivo de alta velocidade no seu interior.

Questão 4 São divididas em duas, a fase dinâmica e a fase semiestática. Fase dinâmica: no processo de fragmentação corresponde à ação das ondas de choque.

Inicia

pela

deflagração

da

reação

química

do

explosivo,

termodinamicamente instável. Fase semiestática: corresponde a ação da pressão dos gases de detonação. Esta fase é dividida em: 

trituração da rocha: é a energia inicial transmitida as rochas;

 fraturamento

radial: quando há a liberação dos gases, há uma intensa

compressão radial, que da origem ao fraturamento radial;   reflexão

da onda de choque: quando a onda de choque alcança uma

superfície livre são geradas uma onda de tração e outra de cisalhamento. A onda de tração pode causar fissuramento e fazer a rocha se lascar na região da superfície livre;   extensão

e abertura de fendas radiais: durante e depois da formação

das fendas radiais, os gases começam a expandir-se e penetrar nas fratura prolongando as mesmas; 

fratura por cisalhamento: quando há diferenças em velocidades e tempos de propagações de ondas nas rochas, ocasionando o cisalhamento das mesmas;

  ruptura

por flexão: a pressão exercida pelos gases da explosão faz

com que a rocha atue como uma viga, produzindo a deformação e o fraturamento na mesma pelos fenômenos da flexão.

149

UNIDADE 4 Questão 1 H = altura do banco; D = diâmetro do furo; L = longitude do furo, d = diâmetro da carga; A = afastamento nominal; E = Espaçamento nominal; LV = longitude do desmonte; AV = comprimento da bancada; Ae = Afastamento efetivo; Ee = Espaçamento efetivo; T = Tampão; S = Subperfuração; I = longitude da carga; = ângulo de saída; v/w = grau de equilíbrio; tr = tempo de retardo.

Questão 2  Menores

tempos de retardo causam pilhas mais altas e mais próximas

à face; 

Menores tempos de retardo causam mais a quebra lateral do banco (end break );



Menores tempos de retardo apresentam maior potencial de ultralançamento (fly rock );

 Maiores

tempos de retardo diminuem a vibração do terreno;

 Maiores

tempos de retardo diminuem a incidência da quebra para trás

(backbreak ).

Questão 3 a) 

Diâmetro do furo (D), em mm ≤ 15 x altura da bancada (BH), em metros -

12X10 = 120mm 

Afastamento (B) = 25 a 40 x D = 30*120 = 3,6m



Espaçamento (S) = 1,15 x B = 1,15*3,6 = 4,14m



Subfuração (SD) = 3 a 15 x D = 10*120 = 1,2m



Tampão 0,7 a 1,2 x B = 0,7*3,6 = 2,52m



Altura da coluna de carga (C) BH+SD-T = 10+1,2-2,52 = 8,68m



Volume desmontado por furo BH*B*S =149m³



Volume de explosivo por furo  –  Volume do cilindro*Coluna de carga  –

b). 0,10m³ 

Massa de explosivo – Vol por furo * densidade explosivo – 108Kg

150



Razão de carga –Massa expl/ Vol desmon  – 108/149 = 0,725Kg



Produção requerida 1.800.000m³



Furos por dia (Prod/Vol)//12/22 – (1.800.000/149) – 33,6 furos por dia

c).

Questão 4  As vias subterrâneas tem como finalidade vários fatores, são eles:  túneis

hidroviários ou de canal;

 túneis

ferroviários;

 túneis

rodoviários;

 sistemas

metropolitanos;

 sistemas

para suprimento d ’água;



sistema de disposição de esgotos;



condutos forçados de usinas hidrelétricas;



vias e câmaras subterrâneas estratégicas (armazenamento de resíduos atômico, testes nucleares, etc..);

 vias

de mineração.

Questão 5 Pilão em pirâmide: também conhecido por pilão alemão, caracteriza-se por ter os três ou quatro furos centrais convergentes a um ponto. Usa-se principalmente em poços e chaminés. Pilão norueguês: consta de uma combinação do pilão em V com o pilão em leque.  Apresenta-se simétrico em relação ao eixo vertical do túnel e tem sido utilizado com sucesso em rochas com fissuramento horizontal. Pilão Coromant: consiste na perfuração de dois furos secantes de igual diâmetro, que constituem a face livre em forma de 8 para as primeiras cargas.

151

REFERÊNCIAS  AUSTRALASIAN INSTITUTE OF MINING AND METALLURGY (AusIMM). Cost estimation handbook for the Australian mining industry. Sidney, 1992. CHAVES, A. P. et al.  Teoria e prática de tratamento de minérios. 4.ed., São Paulo: Signus, 2006. FURUKAWA. Disponível em: http://www.furukawa.com.br/br/. Acesso em: 20 jul. 2012. HARTMAN, H.L.et al. SME Mining Engineering Handbook. 2.ed., Society for Mining, Metalurgy and Exploration,Inc. Littleton, Colorado, 1992. V. 1-2. LUZ, A. B. da et al. Tratamento de minérios. 3.ed., Rio de Janeiro: CETEM, 2002. METSO. Manual de britagem Metso, 6.ed., 2005. REVISTA M&T. A importância do correto dimensionamento. Disponível em: http://www.revistamt.com.br/index.php?option=com_conteudo&task=viewMateria&id =97. Acesso em: 25 jul. 2012. SILVA, Rogério P. da. Perfuradores. Disponível em: http://www.perfuradores.com.br/index.php?CAT=pocosagua&SPG=equipamentos.  Acesso em: 02 ago. 2012. UNDERGROUND MINING EQUIPMENT. Disponível em: http://daymix.com/Underground-Mining-Equipment/ . Acesso em: 10 jun. 2012. WESTERN MINE ENGINNERING. Mine and mill equipment costs, an estimator’s guide. Washington, 1995.