Apostila Do Curso de Desmonte de Rocha 29-03-2011
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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINAS
ESCOLA DE MINAS DA UFOP
CURSO MIN 112 - OPERAES MINEIRAS
PROFESSOR VALDIR COSTA E SILVA
e-mail: [email protected]
Maro, 2011.
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1. APLICAES DA PERFURAO
Os tipos de trabalho, tanto em obras de superfcie como subterrneas, podemclassificar-se nos seguintes: perfurao de banco, perfurao de produo,
perfurao de chamins (raises), perfurao de poos (shafts), perfurao
de rochas com capeamento e reforo das rochas.
1.1 PRINCIPAIS MTODOS DE PERFURAO
Existem trs principais mtodos de perfurao para o desmonte de rochas comexplosivos aplicados minerao:
perfurao rotativa com brocas tricnicas (Holler Bit);
martelo de superfcie (Top-Hammer, mtodo roto-percussivo);
martelo de fundo de furo ou furo abaixo (Down the Hole, mtodo roto-
percussivo).
Perfurao por percusso:
Tambm conhecido por perfurao por martelo, o mtodo mais comum de
perfurao para a maioria das rochas, os martelos podem ser acionados a ar
comprimido ou hidrulicos.
A perfurao rotopercussiva o sistema mais clssico de perfurao e o seu
aparecimento coincide com o desenvolvimento industrial do sculo XIX. Asprimeiras mquinas, prottipos de Singer (1838) e Couch (1848), utilizavam
vapor para o seu acionamento, mas foi com a aplicao posterior do ar
comprimido como fonte de energia (1861) que este sistema evoluiu e passou a
ser utilizado de forma intensa (Jimeno,1994).
As perfuratrizes rotopercussivas geralmente exercem um papel menor quando
comparadas com as mquinas rotativas nas operaes mineiras a cu aberto.
Sua aplicao limitada produo das pequenas minas, perfurao
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secundria, trabalhos de desenvolvimento e desmonte controlado. Porm, o
sistema de furo abaixo ou de fundo de furo (down the hole) com dimetro de
perfurao na faixa de 150 mm (6) a 229 mm (9) vem ganhado campo de
aplicao nas rochas de alta resistncia por propiciar maiores taxas de
penetrao quando comparadas com o mtodo rotativo.
Estas perfuratrizes possuem dois sistemas de acionamento bsicos, rotao
e percusso.
Estas duas foras so transmitidas atravs da haste para a coroa de
perfurao.
Os martelos podem ter acionamento pneumtico ou hidrulico, e so
localizados na superfcie sobre a lana da perfuratriz, conforme figura 1. O
surgimento dos martelos hidrulicos na dcada de 70 deu novo impulso a este
mtodo de perfurao, ampliando o seu campo de aplicao.
Figura 1 Componentes bsicos do martelo de superfcie
Os equipamentos roto-percussivos se classificam em dois grandes grupos,
segundo a posio do martelo:
martelo de superfcie (Top-Hammer);
martelo de fundo de furo (Down The Hole).
Por muitos anos estes equipamentos foram operados, exclusivamente, usando
martelos pneumticos. Nos ltimos 15 anos mquinas hidrulicas tm sido
introduzidas no mercado. O alto custo de capital das perfuratrizes hidrulicas
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compensado por um menor custo operacional e maior produtividade quando
comparadas com mquinas pneumticas (Crosby, 1998).
A perfurao rotopercussiva se baseia na combinao das seguintes aes:
Percusso: os impactos produzidos pelas batidas do pisto do martelo
originam ondas de choque que se transmitem rocha.
Rotao: com este movimento se faz girar a broca para que se produzam
impactos sobre a rocha em diferentes posies.
Presso de avano: para se manter em contato a ferramenta de
perfurao e a rocha exercida um presso de avano sobre a broca de
perfurao. Fluido de limpeza: o fluido de limpeza permite extrair os detritos do fundo
do furo.
Em resumo, na perfurao percussiva o pisto transmite energia sobre a rocha
atravs da barra de percusso, das unies, da haste de perfurao e da broca.
O motor de rotao ao encontrar rocha nova, rompe os cortes em pedaos
ainda menores. O ar comprimido efetua a limpeza dos furos e a refrigerao
das brocas.
Perfuratrizes Pneumticas
Um martelo acionado por ar comprimido consta de:
um cilindro fechado com uma tampa dianteira que dispe de uma abertura
axial onde fixado o punho e as hastes de perfurao;
um pisto que com o seu movimento alternativo golpeia o punho de
perfurao, o qual transmite a onda de choque haste;
uma vlvula que regula a passagem de ar comprimido em volume fixado e
de forma alternada para a parte anterior e posterior do pisto;
um mecanismo de rotao para girar a haste de perfurao;
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um sistema de limpeza do furo que permite a passagem de ar pelo interior
da haste de perfurao e retirada dos detritos da rocha entre as paredes do
furo e a parte externa da haste.
. A profundidade mxima alcanada por este sistema no supera os 30 metros,
devido as perdas de energia na transmisso das ondas de choque do martelo
para a coroa. A cada haste adicionada na coluna de perfurao maior a
perda de energia devido a reflexo da energia nas conexes e luvas de
perfurao.
O campo de aplicao das perfuratrizes pneumticas de martelo de superfcie
est se reduzindo cada vez mais, devido baixa capacidade de perfurao em
rochas duras, profundidade (em torno de 15 m), ao dimetro de perfurao
(de 50 a 100 mm) e ao alto consumo de ar comprimido, aproximadamente, 2,4
m3/min por cada cm de dimetro, alm de apresentar alto desgaste das
ferramentas de perfurao: hastes, punhos, coroas, mangueiras etc., em
funo da frequncia de impacto e na forma de transmisso da onda de
choque do pisto de grande dimetro (Svedala Reedrill, sd.).
Perfuratrizes hidrulicas
No final da dcada de 60 e incio da dcada de 70 houve um grande avano
tecnolgico na perfurao de rochas com o desenvolvimento dos martelos
hidrulicos.
Uma perfuratriz hidrulica consta basicamente dos mesmos elementos
construtivos de uma pneumtica. A diferena mais importante entre ambas
que no lugar de se utilizar ar comprimido, gerado por um compressor acionado
por um motor diesel ou eltrico, para o acionamento do motor de rotao e
para produzir o movimento alternativo do pisto do martelo, utiliza-se um grupo
de bombas que acionam estes componentes.
As razes pela qual as perfuratrizes hidrulicas possuem uma melhor
tecnologia sobre as pneumticas so as seguintes:
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menor consumo de energia: as perfuratrizes hidrulicas consumem
apenas 1/3 da energia, por metro perfurado, em comparao com os
equipamentos pneumticos;
menor desgaste da broca de perfurao;
maior velocidade de penetrao: a energia liberada em cada impacto do
martelo superior a do martelo pneumtico, resultando em maiores taxas
de penetrao;
melhores condies ambientais: a ausncia de exausto de ar resulta em
menores nveis de rudo quando comparadas com perfuratrizes
pneumticas;
maior flexibilidade na operao: possvel variar a presso de
acionamento do sistema, a energia por impacto e a freqncia de
percusso do martelo;
maior facilidade para a automao: os equipamentos so muito mais
aptos para a automao das operaes, tais como a troca de haste e
mecanismos antitravamento da coluna de perfurao.
Martelos de Fundo (Down The Hole DTH)
Os martelos de fundo de furo foram desenvolvidos na dcada de 50 e,
originalmente, eram utilizados para aumentar a taxa de penetrao em rochas
duras e muito duras. Neste mtodo, o martelo e a broca de perfurao
permanecem sempre no fundo do furo, eliminando as perdas de energia ao
longo da coluna de perfurao.
A principal aplicao deste mtodo a perfurao em rochas duras quando seusa brocas de 152 a 229 mm (6 a 9). Para estes dimetros, os rolamentos
das brocas tricnicas so demasiadamente pequenos para suportar grandes
cargas verticais (presso de avano), o que se traduz em baixa taxa de
penetrao e altos custos. Este mtodo possui as seguintes caractersticas:
devido a posio do martelo e da broca evita a perda de energia ao longo
das hastes de perfurao;
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necessita de moderada fora de avano (250 a 500 lbf/in de dimetro de bit)
em comparao com o mtodo rotativo (3000 a 7000 lbf/in). Elimina a
necessidade de hastes pesadas e altas presses de avano;
os impactos produzidos pelo pisto do martelo no fundo do furo podem
provocar o desmoronamento e travamento da coluna de perfurao em
rochas no consolidadas ou muito fraturadas;
requer menor torque de rotao e a velocidade de rotao (rpm) muito
menor em comparao com o mtodo rotativo. A faixa normal de operao
de 10 a 60 rpm;
Rotao/Triturao
Foi inicialmente usada na perfurao de petrleo, porm, atualmente,
tambm usada em furos para detonao, perfurao de chamins verticais de
ventilao e abertura de tneis. Esse mtodo recomendado em rochas com
resistncia compresso de at 500 MPa.
Quando perfuramos por este mtodo, usando brocas tricnicas, a energia
transmitida para a broca por um tubo, que gira e pressiona o bit contra a rocha.
Os botes de metal duro so pressionados na rocha, causando o fraturamento
desta, de acordo basicamente com o mesmo princpio da perfurao por
percusso. A velocidade normal de rotao de 50 a 90 rev/min.
1.2 CARACTERSTICAS DOS FUROS
Os furos so geralmente caracterizados por quatro parmetros: dimetro,
profundidade, retilinidade e estabilidade.
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Dimetro dos furos
O dimetro do furo depende da finalidade do mesmo. Em furos para
detonaes, h vrios fatores que influem na escolha do dimetro, porexemplo, o tamanho desejado dos fragmentos, aps a detonao; o tipo de
explosivo a ser utilizado, a vibrao admissvel do terreno durante a detonao
etc. Em grandes pedreiras e outras mineraes a cu aberto, furos de grande
dimetro apresentam menores custos de perfurao e detonao por m3 ou
tonelada de rocha escavada. Nas minas subterrneas, as dimenses dos
equipamentos de perfurao so determinadas pelo mtodo de lavra adotado.
Em trabalhos menores, o dimetro do furo pode tambm ser determinado pelo
tamanho do equipamento disponvel para perfurao, carregamento e
transporte.
A eleio do dimetro dos furos depende, tambm, da produo horria, do
ritmo da escavao e da resistncia da rocha. A figura 2 mostra a relao entre
os dimetros e o nmero de furos, porte dos equipamentos de escavao,
altura da pilha e granulometria dos fragmentos rochosos aps a detonao.
Figura 2: Influncia do dimetro no n. de furos, na fragmentaoda rocha, na altura da pilha e no porte do equipamento de carregamento.
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A figura 3 mostra a relao entre o dimetro de perfurao e a seo do tnel
ou galeria e o tipo de equipamento de perfurao.
Figura 3 - Influncia do dimetro da perfurao no tamanho da seo
da galeria
Malhas de perfurao a cu aberto
A geometria das malhas de perfurao pode ser quadrada, retangular,
estagiada, tringulo equiltero ou malha alongada:
A
E
a) malha quadrada b) malha retangular
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c) malha estagiada (p de galinha)
Malhas quadradas (A=E) e retangulares (E>A): devido a sua geometria de
fcil perfurao (menor tempo de locomoo de furo a furo).
Malhas estagiadas: devido a geometria de furos alternados dificulta a
perfurao (maior tempo de locomoo furo a furo), porm possui melhor
distribuio do explosivo no macio rochoso.
Malha Tringulo Equiltero: so malhas estagiadas com a relao E/A =
1,15. So indicadas para rochas compactas e duras. Possuem tima
distribuio da energia do explosivo na rea de influencia do furo, maximizando
a fragmentao. O centro do tringulo equiltero, o ponto mais crtico para
fragmentao, recebe igual influncia dos trs furos circundantes.
Malhas alongadas: Conforme a relao E/A as malhas podem assumir vrias
configuraes. As malhas alongadas possuem elevada relao E/A,
geralmente acima de 1,75. So indicados para rochas friveis/macias
aumentando o lanamento por possurem menor afastamentos.
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1.3. ASPECTOS TERICOS DAS DETONAES
1.3.1 Combusto, Deflagrao e Detonao.
Qualquer matria ao ser excitada por calor, impacto ou onda de choque, pode
apresentar as seguintes reaes:
- Combusto: processo lento de liberao de energia (calor), normalmente, a
velocidade de reao de alguns mm/s.
- Deflagrao: Decomposio qumica por transferncia trmica. A reaoatinge velocidades de detonao variando de 100 a 1500 m/s, podendo atingir
uma presso de detonao de 50 MPa e temperaturas na faixa de 1270 a 2270
C.
- Detonao: Decomposio qumica produzida por uma onda de choque.
A reao atinge velocidades de detonao variando de 2 a 8 km/s, podendo
atingir presses de detonao de 5 a 15 GPa e temperaturas na faixa de 2230
a 4500 C.
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2. TIPOS DE EXPLOSIVOS
2.1 Explosivos nitroglicerinados
Os altos explosivos (figura 4) possuem na sua composio qumica a
nitroglicerina
Figura 4 Explosivos a base de nitroglicerina.
Dinamite simples
Resultante da mistura: Nitroglicerina + Serragem + Oxidante + Estabilizante.
Como se v, a serragem substitui o kieselguhr como absorvente e nitrato de
sdio , em geral, o oxidante usado. Como estabilizante, ou anticido, usa-se o
carbonato de clcio, com cerca de 1%. A dinamite simples produz boa
fragmentao. Em contrapartida, apresenta um alto custo e gera gases txicos.
Dinamites amoniacais
O alto custo da dinamite simples e as qualidades indesejveis j citadas
permitiram o desenvolvimento das dinamites amoniacais. As dinamites
amoniacais so similares em composio, s dinamites simples, mas a
nitroglicerina e o nitrato de sdio so parcialmente substitudos por nitrato de
amnio.
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Gelatinas
A gelatina tambm foi descoberta por Alfred Nobel, em 1875. A gelatina um
explosivo bastante denso de textura plstica, parecendo uma goma de mascar,
constituda de nitroglicerina + nitrocelulose + nitrato de sdio. So utilizadas
apenas em casos especiais. Geram gases nocivos. Tem grande velocidade de
detonao, produz boa fragmentao e timo adensamento no furo.
Gelatinas amoniacais
As gelatinas amoniacais tm formulaes semelhantes quelas das gelatinas,
porm o nitrato de amnio substitui, parcialmente, a nitroglicerina e o nitrato de
sdio. Essas gelatinas foram desenvolvidas para substituir as gelatinas, commaior segurana no manuseio e custo menor de produo, porm menos
resistentes gua.
Semigelatinas
Constituem um tipo intermedirio entre as gelatinas e as dinamites amoniacais,
combinando a baixa densidade das amoniacais com a resistncia gua e a
coeso das gelatinas, em grau mais atenuado. As composies so
semelhantes quelas das gelatinas amoniacais, com variaes nas propores
de nitroglicerina, nitrato de sdio e nitrato de amnio, este em porcentagens
mais altas. Os gases variam de excelentes a pouco txicos. Existem diversas
variantes comerciais.
2.2 AGENTES EXPLOSIVOS SECOS
2.2.1 ANFO
Entre os explosivos secos ou granulados, h um universalmente conhecido,
formado pela mistura pura e simples de nitrato de amnio (94,5%) e leo diesel
(5,5%) denominado ANFO, sigla esta resultante dos vocbulos ingleses
Ammonium Nitrate e Fuel Oil. As propores acima, consideradas ideais, foram
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determinadas pelos americanos Lee e Akre, em 1955. A figura 5 mostra os
explosivos granulados ensacados.
Figura 5 Explosivos granulados em embalagens de 25 kg.
As maiores vantagens do ANFO so: ocupar inteiramente o volume do furo,
grande insensibilidade aos choques, poucos gases txicos e reduo do preo
global do explosivo (US$ 0,40/kg). As maiores desvantagens: falta de
resistncia gua, baixa densidade (0,85 g/cm3) e necessidade de um
iniciador especial. A reao ideal do ANFO (N2H403 - Nitrato de amnio e CH2 -
leo diesel) quando o balano de oxignio zero, pode ser expressa por:
3N2H403 + CH2 CO2 + 7H2O + 3N2 + 900 cal/g.
Outros explosivos granulados, fabricados por diferentes produtores, nada mais
so do que formulaes similares do ANFO, com adio de outros
ingredientes, explosivos ou sensibilizantes, combustveis (leo queimado,
serragem, palha de arroz etc.) oxidantes e absorventes. A Vale fabrica, emItabira, Minas Gerais, explosivo granulado constitudo de leo queimado, palha
de arroz e nitrato de amnio.
2.2.2 Principais parmetros que afetam o desempenho do AN/FO
Os explosivos granulados, tipo ANFO, tem o desempenho comprometido pelosseguintes parmetros:
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- presena de gua nos furos (os explosivos granulados no tem resistncia a
gua);
- forma de iniciao quanto menor for a massa do iniciador (cartucho ou
Booster) menor ser a velocidade de detonao;
- dimetro da perfurao (quanto menor o dimetro, menor ser a VOD);
- forma da mistura (quanto menos homognea, menor ser o desempenho).
2.2.3 Condies de armazenagem e validade
Os explosivos secos devem ser armazenados, durante um ano, em paios com
boa ventilao e umidade adequada para que no tenham os seus
desempenhos comprometidos.
2.3 AGENTES EXPLOSIVOS MIDOS
2.3.1 Emulses
O interesse em explosivos em emulso deu-se no incio da dcada de 60.
Explosivos em emulso so do tipo gua-em-leo (water-in-oil). Eles
consistem de microgotculas de soluo oxidante supersaturada dentro de uma
matriz de leo. Para maximizar o rendimento energtico, enquanto minimiza
custos de produo e preo de venda, o oxidante dentro das microgotculas
consiste principalmente de nitrato de amnio. Dentro de um ponto de vista
qumico, uma emulso se define com uma disperso estvel de um lquidoimiscvel em outro, o qual se consegue mediante agentes que favorecem este
processo (agentes emulsificantes) e uma forte agitao mecnica. A figura 6
mostra a emulso encartuchada, enquanto a tabela 4 mostra a composio
bsica de um explosivo em emulso.
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Figura 6 Emulso encartuchada.
Tabela 4 - Composio tpica de um explosivo em emulso.
INGREDIENTE PERCENTAGEM EM MASSA
Nitrato de Amnio
gua
leo diesel
Agente Emulsificante: Oleato de sdio ouMonoleato de ezorbitol
77,3
16,7
4,9
1,1
_____
100,0
Fonte: Silva, V. C., 2008
ANFO PESADO (HEAVY ANFO)
A primeira patente utilizando ANFO como agente redutor de densidade foi
concedida em 1977 (Clay, 1977) desde que os prills (gros ou prolas) e osinterstcios do ANFO podem ser utilizados para aumentar a sensibilidade da
emulso e ao mesmo tempo aumentar a densidade do ANFO. A blendagem da
emulso com o ANFO ou Nitrato de amnio conhecida como ANFO Pesado
(tabela 5).
A densidade do ANFO Pesado resultante situa-se na faixa de 1,00 a 1,33
g/cm3. A resistncia gua do ANFO pesado moderada.
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Para uma blendagem de ANFO/Emulso: 60/40, a uma densidade de 1,33
g/cm3, o ANFO pesado passa a apresentar resistncia gua, porm a
escorva mnima de iniciao deve apresentar uma massa acima de 450 g.
A Mina de Sossego, da Vale, localizada em Cana dos Carajs, a maior
consumidora do Brasil de ANFO Pesado, fabricado pela empresa DEXPOL que
produz, aproximadamente, 3000 toneladas por ms.
Tabela 5 -Composio tpica do ANFO Pesado com resistncia gua.
INGREDIENTE PERCENTAGEM EM MASSA
Nitrato de Amnio
Nitrato de Clcio
gua
leo diesel
Alumnio
Agente Emulsificante: Oleato de sdio ouMonoleato de ezorbitol
59,1
19,7
7,2
5,9
7,0
1,1
_____
100,0
Fonte: Silva, V. C., 2008
2.4 PROPRIEDADES DOS EXPLOSIVOS
Densidade de um explosivo
Densidade a relao entre a massa e o volume dessa massa, medida em
g/cm3. A densidade dos explosivos comerciais varia de 0,6 a 1,45 g/cm3. A
densidade dos explosivos um fator importante para a escolha do explosivo.
Os explosivos com densidade inferior ou igual a 1 no devem ser utilizados em
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furos contendo gua, para evitar que os mesmos biem. Para detonaes
difceis, em que uma fina fragmentao desejada, recomenda-se um
explosivo denso. Para rochas fragmentadas in situ, ou onde no requerida
uma fragmentao demasiada, um explosivo pouco denso ser suficiente.
Energia de um explosivo
A finalidade da aplicao de um explosivo em um desmonte gerar trabalho
til. A energia liberada pelo explosivo em um furo utilizada da seguinte forma:
pulverizao da rocha nas paredes do furo, rompimento da rocha, produo de
calor e luz, movimento da rocha, vibrao do terreno e sobrepresso
atmosfrica.
No passado, a energia de um explosivo era medida em funo da porcentagem
de nitroglicerina (NG) contida no mesmo. Um explosivo que possua 60% de
(NG) em peso era qualificado como tendo fora de 60%. Acontece que os
modernos explosivos, especialmente os agentes detonantes, no possuem NG
nas suas formulaes, da a necessidade de se estabelecer um novo padrode comparao. Na atualidade, os seguintes conceitos so utilizados:
- RWS - Relative Weight Strength (Energia relativa por massa): a energia
disponvel por massa de um explosivo x, comparada com a energia disponvel
por igual massa de um explosivo tomado como padro. Normalmente o ANFO
tomado como o explosivo padro. O clculo do RWS feito atravs daseguinte expresso:
RWSETx
ETp
onde: ETx e ETp so as energias termoqumicas do explosivo x e padro,respectivamente.
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Exemplo 1: Considere como o explosivo padro, o ANFO que apresenta as
seguintes propriedades: densidade = 0,85 g/cm3; Energia termoqumica = 900
cal/g.
Clculo da Energia Relativa por Massa (RWS) do explosivo emulso que
apresenta as seguintes propriedades: densidade = 1,15 g/cm3; Energia
termoqumica = 850 cal/g.
g/cal900
g/cal850
ETp
ETxRWS
RWS = 0,944 ou RWS = 94,4. Uma unidade de massa da emulso
possui 5,6 % a menos de energia quando comparada com a mesma unidade
de massa do ANFO.
- RBS - Relative Bulk Strength (Energia relativa por volume): a energia
disponvel por volume de um explosivo x, comparada com a energia
disponvel por igual volume de um explosivo tomado como padro. Isto :
RBSETx
ETpx
x
pRWS x
x
p
onde: x e p so as densidades do explosivo x e p, respectivamente.
Exemplo 2: Utilizando os dados do exemplo anterior; clculo da Energia
Relativa por Volume (RBS):
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3
3
cm/g85,0
cm/g15,1x
g/cal900
g/cal850
p
xx
ETp
ETxRBS
RBS = 1,28 ou RBS = 128. Uma unidade de volume da emulso possui
28% a mais de energia quando comparada com a mesma unidade de volume
do ANFO.
Gases gerados pelos explosivos
A classificao dos fumos primordialmente importante na seleo deexplosivos para desmontes subterrneos ou utilizao em tneis em que as
condies de ventilao e renovao do ar so limitadas. Quando o explosivo
detona, decompe-se em estado gasoso. Os principais componentes so
Dixido de Carbono, Monxido de Carbono, Oxignio, xidos de Nitrognio e
Gs Sulfdrico. Os gases nocivos ao ser humano, quanto ao nvel de toxidade,
so classificados como:
- Classe 1 - no txicos (menor que 22,65 l/kg);
- Classe 2 - mediamente txicos (de 22,65 a menos de 46,7 l/kg);
- Classe 3 - txicos (de 46,7 a menos de 94,8 l/kg).
A toxidez dos gases da exploso avaliada pelo balano de oxignio (BO). Isto
quer dizer que, o oxignio que entra na composio do explosivo pode estar
em falta ou em excesso, estequiometricamente, resultando uma transformao
completa ou incompleta. Quando a transformao completa, os produtos
resultantes so CO2, H2O e N2, todos no txicos. Na realidade pequenas
propores de outros gases (NO, CO, NH3 e CH4 etc.) tambm so gerados,
mas no comprometem a boa qualidade dos produtos finais.
A pesquisa do BO de um explosivo apresenta uma grande importncia prtica,
no s do ponto de vista da formao dos gases txicos, mas, porque ela est
correlacionada com a energia da exploso, o poder de ruptura e outras
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propriedades do explosivo usado. O mximo de energia conseguido quando
o BO zero. Na prtica, esta condio utpica (Reis, 1992).
Balano de Oxignio de um explosivo e Energia de exploso (Hf)
A maioria dos ingredientes dos explosivos composto de oxignio, nitrognio,
hidrognio e carbono. Para misturas explosivas, a liberao de energia
otimizada quando o balano de oxignio zero. Balano zero de oxignio
definido como o ponto no qual uma mistura tem suficiente oxignio para oxidar
completamente todos os combustveis (leo diesel, serragem, carvo, palha de
arroz etc.) presentes na reao, mas no contm excesso de oxignio que
possa reagir com o nitrognio na mistura para formao de NO e NO2 e nem a
falta de oxignio que possa gerar o CO, pois alm de altamente txicos para o
ser humano, esses gases reduzem a temperatura da reao e,
conseqentemente, diminuem o potencial energtico e a eficincia do
explosivo. Teoricamente, os gases produzidos na detonao a balano zero de
oxignio so: CO2, H2O e N2 e na realidade pequenas quantidades de NO,
CO, NH2, CH4 e outros gases.
Como exemplo, considere a mistura ideal do nitrato de amnio (N2H403) com
o leo diesel (CH2), a tabela 6 mostra a necessidade de oxignio para
equilibrar a equao:
N2H403 + CH2 CO2 + H2O + N2
Tabela 6 - Clculo da necessidade de oxignio para equilibrar a equao.
Composto Frmula Produtos desejadosna reao
Necessidade (-) ouexcesso (+) de oxignio
Nitrato deamnio
leo diesel
N2H403
CH2
N2, 2H2O
CO2, H2O
+ 3 - 2 = + 1
- 2 - 1 = - 3
Necessidades de oxignio: -3
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O resultado uma deficincia de 3 tomos de oxignio por unidade de CH 2.
Desde que cada molcula do nitrato de amnio apresenta excesso de um
tomo de oxignio, 3 unidades de nitrato de amnio so necessrias para o
balano de cada unidade de leo diesel na mistura de AN/FO.
Equilibrando a equao:
3N2H403 + CH2 CO2 + 7H2O + 3N2
Clculo das percentagens de N2H403, CH2 por massa de mistura de AN/FO:
Usando as massas moleculares da tabela 7, podemos calcular a soma das
massas moleculares dos produtos a partir das massas atmicas: C = 12; O =
16; H = 1; N = 14.
Tabela 7 - Clculo da soma da massa molecular
dos produtos da reao.
Composio Massa molecular (g)
3N2H403 3 x 80 = 240
CH2 14
Total 254
A percentagem do nitrato de amnio na mistura, ser:
(240 : 254) x 100% = 94,5%
Ento sabemos que 240 g de nitrato de amnio reagem com 14 g de carbono
quando o balano perfeito, quer dizer, o leo deve representar, em massa:
(14 : 254) x 100% = 5,5%
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Calor de Formao ou Energia de Exploso (Hf)
Por definio, a energia da exploso (Hf) a diferena entre o calor de
formao dos produtos (Hp) e o calor de formao dos reagentes (Hr), isto :
Hf = Hp - Hr
Utilizando os valores da entalpia da tabela 8, teremos:
Tabela 8 - Entalpia de Formao para diferentes compostos
Composto Hf (kcal/mol)
N2H4O3 (nitrato de amnio) -87,30
H20 -57,80
CO2
-94,10
CH2 (leo diesel) - 7,00
CO -26,40
N 0
NO + 21,60
NO2 + 8,10
Al2O3 (alumina) -399,00
Hp = -94,10 + 7(-57,80) + 3(0) Hp = -498,7 kcal
Hp = 3(-87,30) - 7 Hp = -268,9 kcal
Hf = Hp - Hr = -498,7 kcal - (-268,9) kcal = -229,8 kcal
-
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Transformando para cal/g:
-229,8 x 1000 / 254 g Hf = - 905 cal/g
Velocidade e Presso de detonao de um explosivo
A velocidade de detonao de um explosivo (VOD) o ndice mais importante
do desempenho do mesmo, desde que a presso de detonao de um
explosivo diretamente proporcional ao quadrado da velocidade de detonao,
conforme a expresso abaixo. Uma maneira de avaliar o desempenho de um
explosivo pela comparao da presso produzida no furo durante a
detonao. Caso a presso produzida no furo durante a detonao no supere
a resistncia dinmica da rocha, a mesma no ser fragmentada, entretanto a
energia no utilizada no processo de fragmentao e deslocamento da rocha
se propagar no terreno sob a forma de vibrao.
O pico da presso exercida pela expanso dos gases depende primariamente
da densidade e da velocidade da detonao. As presses podem sercalculadas usando a seguinte equao:
62
10x4
VODPF
sendo:
PF = presso produzida no furo, quando o explosivo est completamente
acoplado ao furo (GPa);
= densidade do explosivo (g/cm3);
VOD = velocidade de detonao de um explosivo confinado (m/s).
Para a medio da VOD do explosivo, pode-se equipamento denominado de
MicroTrap, de fabricao da MREL do Canad (detalhes no site
www.mrel.com).
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A medio da velocidade de detonao dos explosivos tem os seguintes
objetivos:
determinar a velocidade de detonao do explosivo, para que a partir damesma seja calculada a presso produzida no furo durante a detonao;
comparar o desempenho do explosivo quando iniciado com diferentes
escorvas, acessrios e diferentes materiais utilizados para o confinamento
do tampo;
verificar se os explosivos e acessrios esto detonando de acordo com o
valor fornecido pelos fabricantes.
2.5. Seleo dos explosivos
Na seleo de explosivos, os seguintes itens devem ser observados:
a) Presena de gua nos furos.
b) Custo unitrio.
c) Tonelagem a ser consumida.
d) Possibilidade de fabricao na prpria mina.
e) Resistncia da rocha e tipos litolgicos.
f) Presena de fendas e cavernas no macio rochoso.
g) Dimetro da perfurao.
h) Interferncias com o meio ambiente.
2.6 Preos dos explosivos
Como qualquer produto, o preo do explosivo influenciado pelo volume a
ser adquirido. A tendncia, entre as grandes companhias, de terceirizar o
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carregamento dos fogos, principalmente em operaes de grande porte, onde
so necessrios caminhes bombeadores de explosivo. Em muitos contratos,
a mineradora fornece as matrias primas necessrias (nitrato de amnio, leo
combustvel, emulsificantes, nitrito de sdio, cido ntrico etc.) pagando pelo
servio prestado (R$/kg).
O preo do explosivo no pode ser analisado isoladamente, pois um explosivo
mais caro (mais potente) permite o uso de uma maior malha de perfurao e,
consequentemente, a reduo do custo do desmonte de rocha por tonelada
desmontada.
2.7 Mtodos de desaguamento
Em algumas operaes, quando a altura da coluna dgua pequena (at 0,5
m) utiliza-se bombas dgua para retirar a mesma, permitindo assim, o uso de
explosivos secos (granulados), figura 7 (esquerda). Recomenda-se que aps
a retirada da gua os furos sejam encamisados (filme plstico), para que oexplosivo no venha a ser contaminado e, consequentemente, venha falhar
figura 7 (direita).
Figura 7 Mtodo de desaguamento e encamisamento do furo.
Em furos de pequeno dimetro (at 76 mm) pode-se ensalsichar os
explosivos granulados com filmes plsticos (figura 8).
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Figura 8 Ensalsichamento do explosivo granulado.
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3. ACESSRIOS DE INICIAO MAIS COMUNS
3.1 Estopim e espoleta comum
Acessrio desenvolvido para minerao, por William Bickford, na Inglaterra, no
ano de 1831. O estopim de segurana, ou estopim, conduz chama com
velocidade uniforme a um tempo de queima constante de 140 s ( 10 s) por
metro, para ignio direta de uma carga de plvora ou detonao de uma
espoleta simples. Constituda de um ncleo de plvora negra, envolvida por
materiais txteis que, por sua vez, so envolvidos por material plstico ou
outro, visando sua proteo e impermeabilizao.
Para se iniciar o estopim (figura 9), poder-se- usar palitos de fsforos comuns
e isqueiros.
Figura 9 Espoleta simples e estopim de segurana.
Espoleta simples
A espoleta simples consta de um tubo, de alumnio ou cobre, com uma
extremidade aberta e outra fechada, contendo em seu interior uma carga
detonante constituda por uma carga chama primria, ou de ignio, cujo
explosivo a azida de chumbo Pb (N3)2, e uma carga bsica de PETN -
Tetranitrato de pentaeritritol (C2H4N2O6). A razo destas duas cargas devido
ao fato de que a azida de chumbo um explosivo fulminante que pode seriniciado custa de uma fagulha. A azida de chumbo, uma vez iniciada pela
Espoleta Simples
Estopim de Segurana
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fasca do estopim, faz detonar a carga de PETN. Os tipos mais comuns das
espoletas encontradas no mercado so do tipo n. 6 (massa de 0,325 g de
PETN e 0,3 g de misto iniciador) e a n. 8 (massa de 0,5 g de PETN e 0,3 g
de misto iniciador). A cpsula de cobre s usada para casos particulares,
porque a presena de umidade contendo gs carbnico, a azida de chumbo
pode se transformar em azida de cobre, que muito mais sensvel e, portanto,
mais perigosa.
3.2 Cordel detonante
O cordel detonante um acessrio de detonao consistindo, essencialmente,
de um tubo de plstico com um ncleo de explosivo de alta velocidade -
nitropenta (C5H8N4O12) - e de materiais diversos que lhe do confinamento e
resistncia mecnica (figura 10).
Figura 10 Bobinas de cordel detonante.
O cordel detonante usado para iniciar cargas explosivas simultaneamente, ou
com retardos em lavra a cu aberto e/ou subsolo. A sua velocidade de
detonao de, aproximadamente, 7000 m/s. Muito embora a alta velocidade e
violncia de exploso, o cordel detonante muito seguro no manuseio e
impermevel. Vantagens do cordel detonante em relao s espoletas
eltricas:
a) As correntes eltricas no o afetam.
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b) Permite o carregamento das minas em regime descontnuo, com o uso de
espaadores.
c) muito seguro, pois, no detona por atrito, calor, choques naturais ou
fascas.
d) Detona todos os cartuchos, ao longo dos quais est em contato.
A iniciao do cordel se faz com espoletas simples ou instantneas,
firmemente fixadas ao lado do cordel detonante com fita adesiva, e com sua
parte ativa, isto , o fundo, voltado para a direo de detonao.
Exemplos de gramaturas dos cordeis detonantes mais utilizadas:
NP-10 (10 g/m de Nitropenta 10%),
NP-5 (5 g/m de Nitropenta 10%),
NP-3 (3 g/m de Nitropenta 10%).
Retardo Bidirecional no eltrico para Cordel Detonante
O retardo de cordel um tubo metlico, revestido de plstico, iniciado em um
dos extremos pelo cordel, 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, so fabricados com os seguintes tempos de retardos: 5 ms, 10
ms, 20 ms, 30 ms, 50 ms, 75 ms, 100 ms e 200, 300 ms. Os conectores de
superfcie de milisegundos (MS Conectors) vem substituindo o retardo de
superfcie, tipo osso de cachorro, devido a sua facilidade na amarrao dos
furos (figura 11).
Figura 11 Conectores bidirecionais para cordel detonante.
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3.3 Tubo de choque tipo nonel
O sistema no eltrico de iniciao, com linha silenciosa (figura 12), foi
desenvolvido por P. A. Person, nos laboratrios da empresa Nitro Nobel, na
Sucia, entre 1967 e 1968. Consiste basicamente de uma espoleta comum,
no eltrica, conectada a um tubo de plstico transparente, altamente
resistente, com dimetro externo e interno de 3 mm e 1,5 mm,
respectivamente. O tubo plstico contm, em mdia, uma pelcula de PETN
pulverizada de 20 mg/m de tubo ou 20 g/km, que, ao ser iniciada, gera uma
onda de choque, causada pelo calor e expanso 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 atravs
do tubo, no chega a afetar o lado externo do mesmo, porm, inicia a espoleta
instantnea ou de retardo. O sistema oferece inmeras vantagens quando
comparado a outros acessrios. Entre elas, baixo rudo, insensvel corrente
eltricas e parasitas, no destri parte da coluna de explosivo dentro do furo,
diferentemente do cordel, seu tubo no detona nenhum tipo de explosivo
comercial, permite a iniciao pontual, contribuindo para diminuir a carga porespera.
Figura 12 Tubo de choque (linha silenciosa)
Esse sistema apresenta a seguinte desvantagem em relao ao cordel
detonante: quando a coluna de explosivos encartuchados perde o contato, a
depender do Air Gap (figura 13), alguns cartuchos podem no ser iniciados.
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Figura 13 Possibilidade de falha devido ocorrncia de Air Gap
demasiado.
Booster (Reforador)
Carga explosiva destinada a iniciar explosivos bombeados de baixa
sensibilidade (Granulados, Emulses e ANFO Pesado) ou furos contendo
explosivos encartuchados com dimetro superior a 3. O Booster possui carga
pirotcnica constituda de Nitro Penta e TNT (50/50 e 60/40), figura 14.
Figura 14 Reforadores com massas diferentes.
Detonador Eletrnico
Acompanhando a evoluo tecnolgica, o mercado desenvolveu o Sistema de
Retardo Eletrnico (figura 15), que consiste de uma espoleta de retardo
eletrnico, fcil de usar, programvel, para todo tipo de desmonte em
Air Gap
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minerao e na construo civil, podendo ser usado tanto em obras a cu
aberto como subterrneas.
Figura 15 Detalhes do Retardo Eletrnico.
O detonador eletrnico apresenta o mesmo layout e dimetro de uma espoleta
eltrica de retardo convencional. A grande diferena reside em que cada
espoleta pode ter seu tempo de retardo programado individualmente. Contm,
em mdia, 790 mg de PETN (Tetra Nitrato de Penta Eritritol), como carga debase, e 90 mg de azida de chumbo, como carga primria, ponte de fio de alta
resistncia (inflamador) e um circuito eletrnico que contm um microchip
inteligente e dois capacitores eletrnicos - um para assegurar a autonomia do
detonador e o segundo para iniciar o inflamador. Ideal para uso nos altos
explosivos comerciais sensveis espoleta, podendo tambm, ser usado para
a detonao de boosters.
DETONADOR ELETRNICO
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4. DESMONTE DE ROCHAS
4.1. Plano de fogo a cu aberto
A figura 16 mostra as variveis geomtricas de um plano de fogo.
Figura 16 Variveis de um plano de fogo para bancada.
Afastamento (A) - a menor distncia que vai do furo face livre da bancada
ou a menor distncia de uma linha de furos a outra. De todas as dimenses do
plano de fogo essa a mais crtica.
AFASTAMENTO MUITO PEQUENO - A rocha lanada a uma considervel
distncia da face. Os nveis de pulsos de ar so altos e a fragmentao poder
ser excessivamente fina.
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AFASTAMENTO MUITO GRANDE - A sobreescavao (backbreak) na parede
muito severa.
AFASTAMENTO EXCESSIVO - Grande emisso de gases dos furos
contribuindo para um ultralanamento dos fragmentos rochosos a distncias
considerveis, crateras verticais, alto nvel de onda area e vibrao do
terreno. A fragmentao da rocha pode ser extremamente grosseira e
problemas no p da bancada podem ocorrer.
Outras variveis do plano de fogo so mais flexveis e no produziro efeitos
drsticos nos resultados tal como os produzidos pelo erro na estimativa da
dimenso do afastamento.
O valor do afastamento (A) funo do dimetro dos furos, das caractersticas
das rochas e dos tipos de explosivos utilizados. Os valores do afastamento
oscilam entre 33 e 39 vezes o dimetro do furo, dependendo da resistncia da
rocha e da altura da carga de fundo. Uma frmula emprica e bastante til para
o clculo do afastamento (A) expressa por:
e
r
e dxA
5,120123,0
sendo: e = densidade do explosivo (g/cm3
);
r = densidade da rocha (g/cm3);
de = dimetro do explosivo (mm).
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Consideraes sobre o desmonte de rochas
Um dos fatores que interferem na qualidade do desmonte de rocha a razoentre a altura da bancada (Hb) e o afastamento (A). A tabela 9 tece alguns
comentrios acerca desta relao.
Tabela 9 - Comentrios a respeito da relao Hb e Afastamento (A).
Hb/A Fragmentao Onda
area
Ultralana-
Mento
Vibrao Comentrios
1 Ruim Severa Severo Severa Quebra para trs. No
detonar.
Recalcular o plano de fogo.
2 Regular Regular Regular Regular Recalcular, se possvel.
3 Boa Boa Bom Boa Bom controle e boa
fragmentao
4 Excelente Excelente Excelente Excelente No h aumento em
benefcios para Hb/A > 4.
Se Hb/A > 4 A bancada considerada alta.
Se Hb /A < 4 A bancada considerada baixa.
b) ESPAAMENTO (E) - a distncia entre dois furos de uma mesma linha.No caso de bancada baixa (Hb/A
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- os furos so detonados com retardados, a seguinte expresso pode ser
usada:
No caso de bancada alta (Hb/A>4), dois casos devem ser observados:
- os furos so iniciados instantaneamente, a seguinte expresso pode ser
usada:
E = 2 x A
- os furos so detonados com retardados, a seguinte expresso pode ser
usada:
E = 1,4 x A
O espaamento nunca deve ser menor que o afastamento, caso contrrio, o
nmero de mataces ser excessivo.
Observao: as Malhas Alongadas possuem elevada relao E/A,
geralmente acima de 1,75. So indicadas para rochas friveis/macias.
c) SUBPERFURAO (S) - o comprimento perfurado abaixo da praa da
bancada ou do greide a ser atingido. A necessidade da subperfurao
decorre do engasgamento da rocha no p da bancada. Caso no seja
observada esta subperfurao, a base no ser arrancada segundo um
angulo de 90 e o p da bancada no permanecer horizontal, mas formar
o que conhecido como rep. O rep exigir perfuraes secundrias de
acabamento, grandemente onerosa e de altos riscos para os operrios e os
equipamentos.
S = 0,3 A
8
)7( AHE b
-
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d) PROFUNDIDADE DO FURO (Hf) - o comprimento total perfurado que,
devido a inclinao e a subperfurao (S), ser maior que a altura da
bancada. O comprimento do furo aumenta com a inclinao, entretanto, a
subperfurao (S) diminui com esta. Para calcular (Hf) utiliza-se a seguinte
expresso:
SxH
H bf
100
1cos
e) TAMPO (T) - a parte superior do furo que no carregada com
explosivos, mas sim com terra, areia ou outro material inerte bem socado a fim
de confinar os gases do explosivo. O timo tamanho do material do tampo
(OT) apresenta um dimetro mdio (D) de 0,05 vezes o dimetro do furo, isto :
OT = D / 20
O material do tampo deve ser angular para funcionar apropriadamente.Detritos de perfurao devem ser evitados.
O adequado confinamento necessrio para que a carga do explosivo
funcione adequadamente e emita a mxima de energia, bem como para o
controle da sobrepresso atmosfrica e o ultralanamento dos fragmentos
rochosos. A altura do tampo pode ser calculada pela seguinte expresso:
T = 0,7 A
T < A risco de ultralanamento da superfcie mais alta aumenta.
T > A produzir mais mataces, entretanto o lanamento ser menor ou
eliminado.
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f) VOLUME DE ROCHA POR FURO (V) - O volume de rocha por furo
obtido multiplicando-se a altura da bancada (Hb) pelo afastamento (A) e pelo
espaamento (E):
V = Hb x A x E
g) PERFURAO ESPECFICA (PE) - a relao entre a quantidade de
metros perfurados por furo e o volume de rocha por furo (V), isto :
PEH
V
f
h) CLCULO DAS CARGAS
Razo Linear de Carregamento (RL)
RLd
xe e
2
4000
onde: de = dimetro do explosivo (mm);
e = densidade do explosivo (g/cm3).
Altura da carga de fundo (Hcf)
A carga de fundo uma carga reforada, necessria no fundo do furo onde a
rocha mais presa.
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Alguns autores sugerem que Hcf deve ser um valor entre 30 a 40% da altura
da carga de explosivos (Hc). A tendncia, a depender dos resultados dos
desmontes, de reduzi-la cada vez mais para diminuir os custos com
explosivos.
Hcf = 0,3 x Hc = 0,3 x (Hf - T)
Altura da carga de coluna (Hcc)
Carga de coluna a carga acima da de fundo; no precisa ser to concentrada
quando a de fundo, j que a rocha desta regio no to presa.
A altura da carga de coluna igual a altura total da carga (Hc) menos a altura
da carga de fundo (Hcf):
Hcc = Hc - Hcf
Carga Total (CT)
A carga total ser a soma da carga de fundo mais a de coluna:
CT = CF + CC
h) RAZO DE CARREGAMENTO (RC)
)/( 3mgV
CTRC ou )/( tg
V
CTRC
r
-
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Exemplos de clculo de plano de fogo
Exemplo 1
Dados:
Rocha: calcrio
Altura da bancada: 15,0 m
Dimetro da perfurao: 101 mm (4)
Angulo de inclinao dos furos: 20
Explosivo utilizado: ANFO (94,5/5,5); = 0,85 g/cm3
Densidade da rocha: 2,7 g/cm3 = 2,7 t/m3
Condio de carregamento: furos secos.
a) Clculo do Afastamento (A)
e
r
e Dx5,120123,0A
mxA 6,21015,17,2
85,020123,0
Clculo da Subperfurao (S)
S = 0,3 x A = 0,3 x 2,6 m = 0,8 m
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b) Clculo da profundidade do furo (Hf)
mxSxHH bf 6,168,0100201
20cos15
1001
cos
d) Clculo do Espaamento (E)
Como Hb/A = 5,8 Hb/A > 4, e utilizaremos elementos de retardos entre osfuros de uma mesma linha, a seguinte expresso ser aplicada:
E = 1,4 x A = 1,4 x 2,6 = 3,6 m
e) Clculo do Tampo (T)
T = 0,7 x A = 0,7 x 2,6 m = 1,8 m
f) Clculo da razo linear de carregamento (RL)
RLd
xe
e
2
4000
Para o ANFO:
mKgxx
dRL e
e
ANFO /8,685,04000
10114,3
4000
22
-
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Clculo da altura da carga de explosivo (He)
He = Hf - T = 16,6 1,8 = 14,8 m
h) Clculo da carga de explosivo (CE)
CE = RLANFO x He = 6,8 Kg/m x 14,8 m = 100,64 kg
g) Clculo do volume de rocha por furo (V)
V = Hb x A x E = 15 x 2,6 x 3,6 = 140,4 m3
j) Clculo da razo de carregamento (RC)
tgmtxm
kgmg
m
kg
V
CERC /48,265
/7,24,140
64,100/81,716
4,140
64,10033
3
3
l) Clculo da Perfurao Especfica (PE)
t
m04,0
m/t7,2
m/m12,0oum/m12,0
m4,140
m6,16
V
HPE
3
33
3
f
-
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Exemplo 2
Considere os dados do problema anterior, assuma que um total de 4481 m3 de
rocha deve ser escavada. Dados:
Custo com explosivos e acessrios:
ANFO: R$ 0,9/kg
Boosters de 150 g (um por furo): R$ 7,0 / unidade
Retardos de superfcie de 25 e 42 ms: R$ 6,0 / unidade
Cordel detonante: R$ 0,60/m
Estopins espoletados: R$ 0,80
Custo da perfurao da rocha / m:
Acessrios da perfuratriz: R$ 0,81
Mo de obra: R$ 1,50 Custo do equipamento e compressor: R$ 2,01
Combustvel, graxas, lubrificantes etc. : R$ 1,20
Total: R$ 5,52 / m
Determinar o custo do desmonte por m3 e tonelada (perfurao + explosivos +
acessrios).
a) Clculo do nmero de furos necessrios (NF)
NF = (m3 necessrios) : (volume de rocha por furo)
= 4481 m3: 140,4 m3 /furo= 32 furos
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b) Clculo do total de metros perfurados (MP)
MP = NF x Hf = 32 x 16,6 = 531,2 m
c) Clculo do total de explosivos (TE)
TE = NF x CE = 32 x 100,64 kg = 3220,48 kg
d) Clculo do custo dos explosivos e acessrios (CEA)
Custo com explosivo (CCE):
CCE = ANFO = R$ 0,9 x 3220,48 Kg = R$ 2.898,43
Custo com acessrio (CA):
Boosters: 32 furos x R$7,0/furo = R$224,00
Cordel Detonante (estimando um total de 581 m): 581/m x R$0,6 = R$348,60
Estopins espoletados (2 por motivo de segurana): 2 x R$0,8 = R$1,60
Retardos de superfcie (total de 12): 20 x R$6,0 = R$120
CA = R$ 224 + R$ 348,60 + R$ 1,6 + R$ 120 = R$ 694,20
-
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Custo com explosivo e acessrio (CEA)
CEA = CCE + CA = R$ 2.898,43 + R$ 694,20 = R$ 3.592,63
e) Clculo do custo da perfurao (CP)
CP = MP x custo/m = 531,2 m x R$ 5,52/m = R$ 2.932,22
f) Clculo do Custo Total do Desmonte (Perfurao + Explosivos e acessrios)
[CTD]
CTD = CP + CEA = R$ 2.932,22 + R$ 3.592,63 = R$ 6.524,85
g) Custo por m3
(R$ 6.524,85 : 4481 m3) = R$ 1,46 / m3
h) Custo por tonelada
[R$ 6.524,85 : (4481 m3 x 2,7 t/m3)] = R$ 0,54 / t
-
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Exemplo 3
Clculo do Plano de Fogo usando Cartuchos
Dados:
Rocha: granito
Altura da bancada: 7,5 m
Dimetro da perfurao: 76 mm (3)
Angulo de inclinao dos furos: 15
Explosivo utilizado: Emulso encartuchada; = 1,15 g/cm3; Furos com gua.
Dimenses dos cartuchos: 2 x 24 (64 mm x 610 mm)
Densidade da rocha: 2,5 g/cm3 = 2,5 t/m3.
a) Clculo do Afastamento (A)
mxA 0,2645,15,2
15,120123,0
b) Clculo da Subperfurao (S)
S = 0,3 x A = 0,3 x 2,0 m = 0,6 m
-
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c) Clculo da profundidade do furo (Hf)
mxSxHH bf 2,86,0100201
15cos5,7
1001
cos
d) Clculo do Espaamento (E)
Como Hb/A =3,8 Hb/A < 4, e utilizaremos elementos de retardos entre os
furos de uma mesma linha, a seguinte expresso ser aplicada:
e) Clculo do Tampo (T)
T = 0,7 x A = 0,7 x 2,0 m = 1,4 m
f) Clculo da altura da carga de explosivo (Hce)
Hce = Hf - T = 8,2 m - 1,4 m = 6,8 m
g) Clculo do nmero de cartuchos da carga de explosivo (NCe)
11610,0
8,6
.
m
m
cartuchodoComp
HN ccCe
m
xAHE b 7,2
8
275,7
8
)7(
-
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h) Clculo da massa da carga de explosivo (CE)
Como a razo linear do cartucho (RL) de 64 mm x 610 mm de 3,7 kg/m,
teremos:
CE = Hce x RL = 6,8 m x 3,7 kg/m = 25,16 kg
j) Clculo do volume de rocha por furo (V)
V = Hb x A x E = 7,5 m x 2,0 m x 2,7 m = 40,5 m3
k) Clculo da razo de carregamento (RC)
RC = CE : V = 25,15 kg : 40,5 m3 = 621 g/m3 = 621 : 2,5 = 248,4 g/t
l) Clculo da Perfurao Especfica (PE)
t
m08,0
m/t5,2
m/m20,0oum/m20,0
m5,40
m2,8
V
HPE
3
33
3
f
5. ESTUDO DA FRAGMENTAO DA ROCHA
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- excessivo pulso de ar
- maior ultralanamento
- excessiva poeira e gases
- excessiva vibrao
- riscos de danos s instalaes,
estruturas, equipamentos e
operrios
A fragmentao pode ser melhora nos seguintes aspectos:
menor espaamento entre os furos;
menor afastamento;
furos mais rasos ou melhor distribuio da carga dentro do furo;
maior controle e superviso na perfurao;
uso de maiores tempos de retardo;
uso de explosivos mais energticos.
Para realizar uma avaliao global de um desmonte de rocha, os seguintes
aspectos devem ser analisados:
fragmentao e compactao da pilha da rocha desmontada;
geometria da pilha, altura e deslocamento;
estado do macio residual e piso do banco;
presena de blocos na pilha de material;
vibraes, projees dos fragmentos e onda area produzida pelo
desmonte.
A figura 17 analisa os diversos perfis de uma pilha de rocha desmontada.
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Figura 17 - Perfis de pilhas de rochas desmontadas.
(As figuras 18-(a) e 15-b) mostram a altura da pilha apropriada para a p
carregadeira, e para a escavadeira a cabo e hidrulica, respectivamente.Prof. Valdir Costa e
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Figura 18: a) altura de pilha apropriada para a p carregadeira de pequeno porte;
b) altura da pilha apropriada para escavadeiras a cabo e hidrulica.
6. EFEITO DOS RETARDOS NOS DESMONTES DE ROCHAS
A iniciao simultnea de uma fila de furos permite um maior espaamento e
conseqentemente o custo por m3 de material desmontado reduzido. Os
fragmentos podero ser mais grossos. Os tempos dos retardos produzem os
seguintes efeitos:
a) menores tempos de retardo causam pilhas mais altas e mais prximas
face;
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b) menores tempos de retardo causam mais a quebra lateral do banco (end
break);
c) menores tempos de retardo causam onda area;
d) menores tempos de retardo apresentam maior potencial de ultralanamento
(fly rock);
e) maiores tempos de retardo diminuem a vibrao do terreno;
f) maiores tempos de retardo diminuem a incidncia da quebra para trs
(backbreak).
As figuras 19, 20 e 21 mostram diferentes tipos de ligao.
Figura 19: a) ligao em um banco que apresenta apenas uma face livre;
b) ligao em um banco que apresenta duas faces livres.
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Figura 20 - Ligao em V utilizada para se obter uma pilha mais alta e uma melhor
fragmentao, utilizando o sistema de iniciao de tubos de choque.
Figura 21 - Sistema de iniciao down -the-hole utilizada para evitar cortes na ligao.
7. MTODOS DE AVALIAO DO DESEMPENHO DO DESMONTE DEROCHA
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Nas operaes mineiras utilizam-se os seguintes mtodos:
anlise quantitativa visual;
mtodo fotogrfico;
mtodo fotogramtrico;
fotografia ultra-rpida
estudo da produtividade dos equipamentos;
curva granulomtrica completa (Fragmentation Photoanalysis System
WipFrag e SplitSet);
volume do material que requer fragmentao secundaria (fogacho); interrupes pela presena de mataces no britador primrio.
8. PLANO DE FOGO NA LAVRA SUBTERRNEA
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so utilizadas na abertura de grandes tneis onde a seo demasiada
grande para ser coberta pelo equipamento de perfurao ou quando as
caractersticas geomecnicas das rochas no permitem a escavao plena
seo.
As cinco formas de ataque mais comuns so:
Seo Plena;
Galeria Superior e Bancada;
Galeria Lateral;
Abertura Integral da Galeria Superior e Bancada;
Galerias mltiplas.
Seo Plena
Sempre que possvel o sistema conhecido por sistema ingls ou da seoplena avano integral da seo escolhido para realizar um determinado
avano de uma s vez.
As principais vantagens da abertura de tneis por seo plena constituem que
esse tipo de avano permite a aplicao de equipamento de alta capacidade, e
conseqentemente o procedimento que atinge as maiores velocidades de
avano nas frentes.
Existem srias restries quando as sees so maiores principalmente em
reas de grande tenso tectnica, quando a descompresso da rocha pode
causar srios problemas de exploso da rocha (rock bursting).
Galeria Superior e Bancada
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A rea total retirada em duas sees, sendo a superior uma galeria de seo
em forma de arco (parte da pata de cavalo) sempre em primeiro lugar, ficando
sempre frente da bancada inferior.
As principais vantagens desta forma de ataque esto na reduo de armaes,
pois sempre h bancadas para trabalhar em cima.
O avano da bancada inferior fica condicionado ao avano da abertura da
galeria superior, assim algum problema que ocorra na parte superior se reflete
no avano inferior.
A figura 22 mostra detalhes dessa forma de ataque.
Figura 22 Forma mista de ataque do tnele galeria
Galeria Lateral
O sistema de ataque que abre a metade da rea da seo do tnel, porm
subdividindo o mesmo em duas galerias que so detonadas em separado,
tambm conhecido pelo nome de sistema belga.
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Na escolha da forma de ataque ou mtodo de escavao deve-se levar em
conta o sistema de suporte a ser empregado. Esta seleo de mtodo sempre
consiste de num compromisso de entre uma tentativa de acelerar ao mximo a
operao de abertura e a necessidade de suportar a rocha antes que esta caia
no tnel originando problemas de segurana ou estabilidade. Por isso o mtodo
de ataque depende do comportamento e da dimenso e forma da seo
transversal do tnel, e principalmente do tipo e natureza e comportamento
mecnico estrutural da rocha.
A figura 23 a) mostra os tipos de sistemas de avanos, enquanto a figura 23b)
mostra as perfuraes e um tnel com avano em duas sees. J a figura 24
mostra uma perfurao de um tnel/galeria efetuada por um jumbo.
Figura 23 - a) tipos de sistemas de avanos; b) tnel com avano em
duas sees.
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Figura 24 - Perfurao de um tnel sendo efetuada por um jumbo.
Piles
Para um desmonte ser econmico, e necessrio que a rocha a ser desmontada
tenha face livre. Em algumas aplicaes de desmontes essas faces livres
inexistem. o caso do desenvolvimento de tneis, poos (shafts), e outras
aberturas subterrneas, onde se torna necessrio criar faces livresartificialmente. Isto feito preliminarmente no desmonte principal, atravs da
perfurao e detonao de uma abertura na face da perfurao. Essa abertura
denominada pilo (cut).
A seleo do pilo depende no somente das caractersticas da rocha e da
presena de juntas e planos de fraquezas, mas tambm da habilidade do
operador, do equipamento utilizado, do tamanho da frente e da profundidade
do desmonte. Os principais tipos de pilo so:
Pilo em centro ou em pirmide (Center Cut) figura 25
Pilo em V (Wedge Cut) figura 26
Pilo Noruegus (The Draw Cut) figura 27
Pilo Coromant figura 28
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Pilo queimado ou estraalhante (The Burn Cut) figura 29
Pilo em Cratera
Pilo Circular ou Pilo de Furos Grandes
Pilo em Pirmide
O pilo em pirmide, tambm conhecido por pilo alemo, caracteriza-se por
ter os 3 ou 4 furos centrais convergentes a um ponto. Usa-se principalmente
em poos e chamins. Em trechos horizontais este pilo no tem sido muitoutilizado devido aos furos desviados para baixo.
Figura 25 - Pilo em Centro ou em Pirmide
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Pilo em V ou em Cunha
No mais so necessrios os furos descarregados de dimetro grande, pois o
alvio da rocha, dado o ngulo do furo em relao face livre, faz-se no mais
em direo a um furo descarregado, mas em direo prpria face livre.
Figura 26 - Pilo em V (em cunha)
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Pilo Noruegus
O pilo noruegus consta de uma combinao do pilo em V com o pilo em
leque. Apresenta-se simtrico em relao ao eixo vertical do tnel e tem sido
utilizado com sucesso em rochas com fissuramento horizontal.
Figura 27 - Pilo Noruegus
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Pilo Coromant
Consiste na perfurao de dois furos secantes de igual dimetro, que
constituem a face livre em forma de 8 para as primeiras cargas
Figura 28 Pilo Coromant
Pilo em Cratera
Esse tipo de pilo desenvolvido originalmente por Hino no Japo, aproveitandoo efeito cratera que as cargas de explosivo concentradas no fundo dos furos
produzem sobre a superfcie livre mais prxima.
Esta metodologia se aplica mais nas escavaes de chamins do que em
tneis.
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Pilo Queimado (Burn Cut)
O pilo queimado o mais utilizado na abertura de tneis e galerias. assimchamado porque consta de uma srie de furos, dos quais um ou mais no so
carregados. A detonao da carga se faz por fogos sucessivos, servindo os
furos no carregados como pontos de concentrao de tenses. As figuras 29
e 30 mostram o esquema de um pilo queimado.
Figura 29 - Pilo queimado de quatro sees
Figura 30 Vista Lateral do Pilo Queimado
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Exemplo prtico
Pretende-se realizar a escavao, em macio rochoso, dum tnel. As
dimenses do tnel so de 12 m de vo ou largura, 3,28 m de parede e 6 m de
altura de abbada. A rea da seo de 96 m2.
O tnel de 1500 m de extenso apresenta os seguintes dados de projeto:
Dimetro da perfurao (D1) = 38 mm = 0,038 m
Dimetro do furo central vazio do pilo - alargado (D2) = 127 mm = 0,127
m
ngulo de sada dos furos de contorno () = 3
Explosivo a ser utilizado: Emulso com as seguintes dimenses = 29mm x 610 mm; Explosivo (petecas): 22 mm x 500 mm; densidade da
peteca () = 1,0 g/cm3
Rocha e densidade: calcrio; = 2,7 g/cm3 = 2,7 t/m3
Pede-se dimensionar o plano de fogo e o consumo de explosivos e acessrios
necessrios para a execuo da obra.
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Soluo:
a) Clculo da profundidade do furo (H) e do Avano (X)
2
22 4,391,3415,0 DDH
mHH 8,3127,04,39127,01,3415,0 2
Avano (X)
mXmxHX 6,38,395,095,0
b) Clculo do 1 Quadrado do Pilo
Clculo da distncia a (centro a centro) entre os furos de carga do 1
quadrado e o furo alargado:
a = 1,5D2 = 1,5 x 0,127 m a = 0,19 m = 19 cm
-
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Clculo da razo linear (RL) para de= 29 mm
mkgRLxx
dRL e /759,015,1
4000
2914,3
4000
22
Tampo (T1)
T1 = a = 0,19 m = 19 cm
Carga explosiva por furo do 1Quadrado (Q1)
Q1 = (H T1) x RL = (3,8 m - 0,19 m) x 0,759 kg/m Q1 = 2,740 kg
Nmero de cartuchos por furo do 1quadrado (NC1)
6NC
m610,0
m19,0m8,3
cartuchodoocompriment
THNC 1
11
Distncia entre os furos do 1Quadrado ou Superfcie Livre (W1)
cmmWxmaW 2727,04142,119,02 11
-
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c) Clculo do 2 Quadrado do Pilo
A detonao do 1 Quadrado ocasionar uma abertura de 0,27 m x 0,27 m.
Clculo da distncia entre o centro do furo alargado e o centro do furo do 2
Quadrado (dcc2):
dcc2 = 1,5W1 = 1,5 x 0,27 m dcc2 = 0,405 = 41 cm
Clculo do lado do 2Quadrado (W2)
cm57m57,0W4142,1xm405,02dW 22cc2
T2 = 0,5W1 = 0,5 x 0,27 m T2 = 0,14 m = 14 cm
-
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Carga explosiva por furo do 2Quadrado (Q2)
Q2 = (H T2) x RL = (3,8 m - 0,14 m) x 0,759 kg/m Q2 = 2,778 kg
Nmero de cartuchos por furo (NC2)
6
61,0
14,08,3
610,02
2
2
NCm
mm
m
THNC
d) Clculo do 3 Quadrado
A detonao do 2 Quadrado dar uma abertura de 0,57 m x 0,57 m.
dcc3 = 1,5W2 = 1,5 x 0,57 m dcc3 = 0,86 m = 86 cm
mWxmdW cc 22,14142,186,02 333
-
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T3 = 0,5W2 = 0,5 x 0,56 m T3 = 0,3 m = 30 cm
Carga explosiva por furo do 3Quadrado (Q3)
Q3 = (H T3) x RL = (3,8 m - 0,3 m) x 0,759 kg/m Q3 = 2,657 kg
Nmero de cartuchos por furo (NC3)
6
61,0
3,08,3
610,02
3
3
NCm
mm
m
THNC
e) Clculo do 4 Quadrado
A detonao do 3 Quadrado dar uma abertura de 1,22 m x 1,22 m.
dcc4 = ar + 0,5 x W3; sendo aro afastamento recomendado
-
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Pela tabela 10, ar= 1,0 m
Tabela 10- Valores do afastamento para diversos dimetros da perfuraoDimetro da perfurao Afastamento recomendado - ar (m)
25 mm = 1 0,75
29 mm = 1 1/8 0,80
32 mm = 1 084
38 mm = 1 1,00
51 mm = 2 1,18
dcc4 = 1 + 0,5 x 1,22 dcc4 = 1,61 m
mWxmdW cc 28,24142,161,12 444
T4 = 0,5ar= 0,5 x 1,00 m T4 = 0,5 m = 50 cm
Carga explosiva por furo do 4Quadrado (Q4)
Q4 = (H T4) x RL = (3,8 m - 0,5 m) x 0,759 kg/m Q4 = 2,505 kg
Nmero de cartuchos por furo (NC4)
5,5610,0
5,08,3
610,02
4
4
NCm
mm
m
TH
NC
-
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Clculo dos demais furos da seo
f) Furos do Piso (Sapateira, Levante)
Afastamento prtico (ar) do ltimo quadrado (ar= 1,0 m)
Clculo do Espaamento do levante (El)
El = 1,1ar = 1,1 x 1,0 m El = 1,1 m
Nmero de furos do piso (NFl)
1221,1
122
arg
l
p
l NFm
mINTE
TneldouraLINTNF
-
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O tampo dos furos de levante calculado atravs da seguinte expresso:
Tl = 0,2ar= 0,2 x 1,00 m Tl = 0,2 m = 20 cm
Carga explosiva de cada furo do levante (Ql)
Ql = (H Tl) x RL = (3,8 m - 0,2 m) x 0,759 kg/m Ql = 2,732 kg
Nmero de cartuchos por furo (NCl)
6
610,0
2,08,3
610,0
l
l
l NCm
mmTHNC
g) FUROS DA PAREDE
Neste caso teremos que executar a tcnica de Detonao Amortecida,
utilizando a tabela 11:
-
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Tabela 11 - Valores a serem aplicados na tcnica de Detonao
Amortecida.
Dimetro daperfurao (mm)
RL(kg/m)
Dimetro docartucho (mm)
Afastamento(ap), em metros
Espaamento(Ep), em metros
25 32 0,11 11 0,3 0,5 0,25 0,35
25 48 0,23 17 0,7 0,9 0,50 0,70
51 64 0,42 22 1,0 1,1 0,80 0,90
76 0,50 38 1,4 1,6
Logo para D1 = 38 mm, utilizando os valores mdios ap = 0,8 m e Ep = 0,6m.
Tp = 0,5ap = 0,5 x 0,8 m Tp = 0,4 m
RL = 0,230 kg/m
Clculo da carga dos furos da parede (Qp)
Qp = (H-Tp) x RL = (3,8 m 0,4 m) x 0,230 kg/m Qp = 0,782 kg
NCp = (H Tp) / 0,5 = (3,8 m 0,4 m) / 0,5 NCp = 7
8216,0
0,128,321
p
p
l
p NFxm
mmINTx
E
aparededaAlturaINTNF
-
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h) Furos do teto
Os furos do teto apresentam os mesmos dados que os furos da parede:
at = 0,8 m; Et = 0,6 m; Qt = 0,782 kg; Tt = 0,4 m
Nmero de furos do teto (NFt)
301
6,0
0,614,31
t
T
t NF
m
mxINT
E
RINTNF
sendo R = altura da abobada.
Nmero de furos do contorno (teto + parede) (NFc)
-
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3816,0
4,231
c
T
c NFm
mINT
E
LDINTNF
onde:
LD = (altura da parede al) x 2 + R = (3,28 m 1,0 m) x 2 + 3,14 x 6,0m
LD = 23,4 m
i) Furos intermedirios laterais ao pilo
Nmero de linhas verticais (NLV)
1
)(
liE
EDHhorizontalnadisponvelEspaoINTNLV
-
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sendo:
Eli = 1,1 x ar = 1,1 x 1,0 m Eli = 1,1 m
EDH = LT W4 2 x ap = 12 m - 2,28 m 2 x 0,8 EDH = 8,12 m
Sendo: LT = largura do tnel, ento:
811,1
12,8
NLV
m
mINTNLV
Nmero de linhas horizontais (NLH)
1
)(
ra
EDVverticalnadisponvelEspaoINTNLH
sendo:
ar = 1,0 m
EDV = ap al = 3,28 m 1,0 m EDV = 2,28 m; ento:
310,1
28,2
NLV
m
mINTNLH
-
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Nmero de furos intermedirios laterais ao pilo (NFil)
NFil = NLV x NLH = 8 x 3 NFil = 24
Clculo do Tampo (Til)
Til = 0,5 x ar = 0,5 x 1,0 m Til = 0,5 m
Clculo da carga por furo (Qil)
Qil = (H - Til ) x RL = (3,8 m 0,5 m) x 0,759 kg/m Qil = 2,505 kg
Clculo do nmero de cartuchos por furo (NCil)
NCil
= (H - Til) / 0,601 m = (3,8 m 0,5 m) / 0,601 m NC
il= 5,5
-
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Furos Intermedirios acima do pilo (Realce)
ai = 1,0 m (ltimo quadrado); Ei = 1,2 x ai = 1,2 m
Nmero de arcos e linhas (Nal)
Nal = INT(R ap) = INT(6,0 m 0,8 m) Nal = 5
Nmero de furos do 1arco superior (NF1)
132,1
)8,06(14,31
1
1
NF
m
mmINT
E
rINTNF
i
Nmero de furos do 2arco superior (NF2)
102,1
)0,18,06(14,32
2
2
NF
m
mmmINT
E
rINTNF
i
Nmero de furos do 3arco superior (NF3)
82,1
)0,10,18,06(14,33
3
3
NF
m
mmmmINT
E
rINTNF
i
Aps o 3 arco o espao disponvel na horizontal ser (Eh)
Eh = 12 m 2 x 0,8 m 4 x 1,2 m Eh = 5,6 m
-
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Nmero de furos na horizontal (NFh)
62,1
6,5
h
i
h
h NFm
mINTE
EINTNF
Clculo do tampo dos furos intermedirios acima do pilo (Tiap)
Tiap = 0,5 x ar = 0,5 x 1,0 m Tiap = 0,5 m
Clculo da carga dos furos intermedirios acima do pilo (Qiap)
Qiap = (H - Tiap ) x RL = (3,8 m 0,5 m) x 0,759 kg/m Qiap = 2,505 kg
Clculo do nmero de cartuchos por furo (NCiap)
NCiap = (H - Tiap ) / 0,610 m = (3,8 m 0,5 m) / 0,610 m NCiap = 5,5
-
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Resumo
Nmero de furos por detonao: 127 Dimetro dos furos carregados: 38 mm
Dimetro do furo vazio alargado: 127 mm Profundidade da perfurao por fogo: 3,8 m Avano mdio por detonao: 95 % x 3,8 m = 3,6 m Nmero total de detonaes: 1500 m / 3,6 m por detonao = 417
detonaes Volume total de rocha in situ por detonao (V): 3,6 m x 96 m2 =
346 m3
Sistemtica de carregamento do fogo (tabela 12)
Tabela 12 Resumo das cargas utilizadas por seo.
Regio Nmero de
furos
Dimenses do
explosivo
Carga por furo
(kg)
Total de
explosivo (kg)
1 Quadrado 4 29 mm x 200 mm 2,740 10,960
2 Quadrado 4 29 mm x 200 mm 2,778 11,110
3 Quadrado 4 29 mm x 200 mm 2,657 10,628
4 Quadrado 4 29 mm x 200 mm 2,505 10,020
Piso (sapateira) 12 29 mm x 200 mm 2,732 32,784
Paredes 8 17 mm x 500 mm 0,782 6,256
Teto 30 17 mm x 500 mm 0,782 23,460
Intermedirios
laterais ao pilo
24 29 mm x 200 mm 2,505 60,120
Intermedirios
acima do pilo
37 25 mm x 200 mm 2,505 92,685
Consumo total de explosivos por desmonte: 258,023 kg
-
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Consumo total de explosivos e acessrios por detonao
Cartuchos de 29 mm x 610 mm: 228,307 kg
Cartuchos de 17 mm x 500 mm: 29,716 kg
Espoleta no eltrica com retardo (Nonel-Tnel, Exel-T, Brinel-Tnel):127 peas
Cordel detonante: 115 m
Estopim espoletado (1,2 m): 2 peas
Consumo de explosivos e acessrios para o total da obra:
Cartuchos de 29 mm x 610 mm: 228,307 kg / detonao x 417 detonaes:95,20 t
Cartuchos de 15 mm x 500 mm: 29,716 kg / detonao x 417 detonaes:12,39 t
Espoleta no eltrica com retardo: 127 peas / desmonte x 417 detonaes:52.959 peas
Cordel detonante: 115 m / desmonte x 417 detonaes: 47.955 m
Estopim de segurana espoletado: 2 peas / desmonte x 417 detonaes: 834
Razo de carregamento (RC): 258,023 kg / 346 m3 RC = 745,73 g/m3
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Razo de carregamento (RC) em g/t:
745,73 g/m3
/ densidade da rocha = 745,73 g/m3
/ 2,7 t/m3
RC = 276,20 g/t
Metros perfurados por detonao (MPD)
MPD = 127 furos x 3,8 m MPD = 482,6 m
Perfurao especfica (PE)
PE = MPD / V = 482,6 m / 346 m3 PE = 1,39 m/m3
Ligao da Face do Tnel (figura 31)
Figura 31 Sequncia de iniciao dos furos.
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9. OTIMIZAO DO DESMONTE INSTRUMENTAO
9.1 Instrumentao
Na marcao dos furos (afastamento e espaamento), para que se obtenha a
mxima preciso, pode-se utilizar o GPS.
Na verificao da qualidade da perfurao utiliza-se o equipamento
denominado Boretrak(figura 32) permite determinar a profundidade exata dos
furos e dos desvios ocorridos durante a perfurao da rocha.
Figura 32 Perfilamento do furo com o Boretrak
Quando o macio rochoso contm cavernas e grandes fendas, recomenda-se o
uso da cmera de inspeo, evitando a ocorrncia de ultralanamentos,
principalmente quando o desmonte realizado com explosivos bombeados.
Ainda para evitar a ocorrncia de ultralanamento devido a irregularidades nas
faces da bancadas, deve-se fazer o perfilamento das mesmas, atravs do
equipamento denominado Laser Profile (Quarryman) figura 33, corrigindo-se,
logo em seguida, as quantidades de explosivos da primeira linha de detonao.
Prof. Valdir Costa e Silva
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Figura 33 Perfilamento da face da bancada com o Quarryman.
9.2 Equipamentos disponveis para gerao e anlise direta de dados
Nas avaliaes dsa distribuies granulomtricas dos desmontes de rochas
(figura 33) utilizam-se os sistemas de fotoanlises denominados WipFrag
(Canad) e SpliSet (Estados Unidos), que permitem quantificar a qualidade dosdesmontes de rocha, sem as famosas subjetividades.
Figura 33 Curva de distribuio granulomtrica obtida na fotoanlise.
Prof. Valdir Costa e Silva
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9.3 Resultados dos desmontes por explosivo
Um desmonte de rocha com o uso de explosivo atinge seu objetivo quando:
a) Apresenta uma boa fragmentao com um menor custo possvel.
b) No danifica (backbreak) a face e a rocha remanescente do prximobanco a ser perfurado.
c) No gera grandes problemas ambientais (vibrao do terreno,sobrepresso atmosfrica e ultralanamento).
d) Forma uma pilha mais adequada aos equipamentos de carregamento.
e) No gera grande quantidade de mataces e reps.
9.3.1 Presena de mataces na pilha de material detonado
Na maioria dos desmontes, inevitvel a ocorrncia de mataces devido aosseguintes fatores:
- presena de blocos pr-formados pelas presenas de descontinuidades(juntas e falhas);
- falta de carga nos furos, devido a entupimentos;
- desvios dos furos ocorridos durante a perfurao;
- alto grau de confinamento dos furos (afastamento grande ou tempo de retardocurto);
- irregularidades nas malhas de perfurao.
- face da bancada bastante irregular;
- falhas de explosivos e/ou acessrios de iniciao;
- blocos formados pela quebra-pra-trs (back break) do desmonte anterior.
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9.3.2 Volume de material para a fragmentao secundria
O volume mximo de material para a fragmentao secundria bastante
controvertido. Entretanto, alguns autores sugerem um volume mximo de 5%em relao aos fragmentos presentes na pilha.
9.3.3 Produo e interrupo do britador primrio
A produo do britador (t/h) e, consequentemente, dos equipamentos de
transporte e moagem, so bastante afetados pelo engaiolamento de blocos no
britador. Estudos desenvolvidos na Mina de Sossego, da Vale, Par, indicaram
que um aumento significativo na razo de carregamento dos fogos, reduziram onmero de mataces e a produtividade do britador e dos equipamentos de
transporte (caminhes), tendo com consequncia, uma maior produo na
moagem, contribuindo para uma operao unitria bastante lucrativa.
9.3.4 Geometria da pilha de material desmontado
A geometria da pilha fundamental para a produtividade dos equipamentos de
carregamento (carregadeiras e escavadeiras). A figura 34 mostra a forma de
pilha mais adequada para o equipamento de carregamento.
Figura 34: a) altura de pilha apropriada para a p carregadeira de pequeno porte;
b) altura da pilha apropriada para escavadeiras a cabo e hidrulica.
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9.4 Avaliao dos explosivos utilizados
Na avaliao do desempenho dos explosivos utilizados no desmonte de rocha,
os seguintes fatores devem ser levados em conta:
- qualidade da fragmentao;
- custo da tonelada de rocha desmontada;
- presena de fumaas negras ou alaranjadas (indicador de explosivodesbalanceado).
- ndice de falhas dos explosivos.
- resistncia a gua (nmero de horas ou dias).
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10. EFEITOS SECUNDRIOS DAS DETONAES
A detonao de uma carga explosiva contida em um furo gera presses
instantneas que podem atingir nveis que variam de 2 a 10 GPa, dependendo
das caractersticas e quantidades do explosivo utilizado.
Parte da energia gerada pelo explosivo vai trabalhar na quebra e lanamento
da massa rochosa; outra parte vai passar diretamente ao macio rochoso na
forma de ondas de choque instveis, de alta velocidade (body waves), que vai
se propagar pelo macio, sob forma ondulatria, provocando vibraes, at que
a energia se dissipe; uma terceira parte da energia de detonao vai ser
transmitida atmosfera, provocando rudos e onda area (sobrepresso
atmosfrica). A figura 35 mostra os principais problemas gerados pelos
desmontes de rochas.
Figura 35 - Perturbaes originadas pelos desmontes de rochas.
Detonaes realizadas prximas a locais muitas vezes geram conflitos devido
a impactos ambientais. Um dos principais problemas de atrito da comunidade
com a minerao o desmonte de rochas por explosivo. Nestas situaes, os
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responsveis pelas detonaes tm, 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 instrumentao, para
determinar a influencia de diversos parmetros nos problemas ambientais
gerados pelas detonaes com o uso de explosivos.
A maioria dos pases tem normas locais, que especificam legalmente nveis
aceitveis de vibrao do solo provocadas por detonaes. Estas normas so
baseadas em pesquisas que relacionam o pico da velocidade com os dados
estruturais. No Brasil a ABNT (Associao Brasileira de Normas Tcnicas)
estabeleceu normas, vlidas a partir de 31/10/2005, atravs da ABNT NBR
9653 (Norma Brasileira Registrada), para reduzir os riscos inerentes ao
desmonte de rocha com uso de explosivos em mineraes, estabelecendo os
seguintes parmetros a um grau compatvel com a tecnologia disponvel para a
segurana das populaes vizinhas:
A ABNT NBR 9653:2005 apresenta as seguintes definies:
a) velocidade de vibrao de partcula de pico: mximo valor instantneo da
velocidade de uma partcula 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 vibrao da partcula para o mesmo intervalo
de tempo;
b) velocidade de vibrao de partcula resultante de pico (VR): mximo
valor obtido pela soma vetorial das trs componentes ortogonais simultneas
de velocidade de vibrao de partcula, considerado ao longo de umdeterminado intervalo de tempo, isto :
2
v
2
T
2
L VVVVR
onde:
-
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VL, VT e VV so respectivamente os mdulos de velocidade de vibrao de
partcula, segundo as direes L - longitudinal, T - transversal e V vertical;
c) presso acstica: aquela provocada por uma onda de choque area comcomponentes na faixa audvel (20 Hz a 20.000 Hz) e no audvel, com uma
durao menor do que 1 s;
d) rea de operao: rea compreendida pela unio da rea de licenciamento
ambiental mais a rea de propriedade da empresa de minerao.
e) ultralanamento: arremesso de fragmentos de rocha decorrente do
desmonte com uso de explosivos, alm da rea de operao.
f) distncia escalonada (DE) ou distncia reduzida: calculada atravs da
seguinte expresso e usada para estimar a vibrao do terreno:
Q
DDE
onde:
D a distncia horizontal entre o ponto de medio e o ponto mais prximo da
detonao, em metros;
Q a carga mxima de explosivos a ser detonado por espera, em quilogramas.
g) desmonte de rocha com uso de explosivos: operao de arra