Disciplina na modalidade a distância Disciplina na modalidade a distância APOSTILA DE PERFURAÇÃO E DESMONTE APOSTILA DE PERFURAÇÃO E DESMONTE
Professor Tutor: Alberto Giovani Fronza Professor Tutor: Alberto Giovani Fronza
CRICIÚMA
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
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
ROCHAS ... 121
EXERCÍCIOS ... 141
CHECK LIST ... 144
GABARITO COMENTADO ... 145
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.
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
aprendizagem para cada unidade da apostila.
Mostra quais conteúdos serão estudados em cada unidade da apostila.
Apresenta exercícios sobre cada unidade.
Apresenta os conteúdos mais 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 pesquisa das figuras e as citações presentes na apostila.
Traz perguntas que auxiliam você na reflexão sobre os
conteúdos e no
sequenciamento dos mesmos. Apresenta curiosidades e
informações
complementares sobre um conteúdo.
Traz endereços da internet ou indicações de livros que possam complementar o seu 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 tutoria.eadedutec@satc.edu.br ou pelo telefone (48) 3431 – 7590/ 3431 – 7596.
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
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.
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
roto-percussivo);
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
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 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).
A figura abaixo foi retirada do artigo: Manual de Ferramentas de Perfuração.
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:
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 m3/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.
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;
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;
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:
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.
Existem basicamente quatro sistemas de avanço e elevação, que são:
cremalheira e pinhão direto; corrente direta;
cremalheira e pin hão 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:
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.
Esta figura foi retirada do artigo: Manual de Perfuração de Rochas da Sandvik.
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 m3 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:
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:
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.
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.
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.
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.
EXERCÍCIOS EXERCÍCIOS 1.
1. Qual a finalidade das brocas tricônicas?Qual a finalidade das brocas tricônicas? _____________ _________________________________________________________________________________________ ____ _____________ _________________________________________________________________________________________ ____ _____________ _________________________________________________________________________________________ ____ _____________ _____________________________________________________________________________________________ 2.
2. Qual o objetivo da Qual o objetivo da perfuração de rochas?perfuração de rochas? _____________ _________________________________________________________________________________________ ____ _____________ _________________________________________________________________________________________ ____ _____________ _________________________________________________________________________________________ ____ _____________ _____________________________________________________________________________________________ 3.
3. Cite as diferenças entre as perfuratrizes hidráulicas eCite as diferenças entre as perfuratrizes hidráulicas e pneumáticas. pneumáticas. _____________ _________________________________________________________________________________________ ____ _____________ _________________________________________________________________________________________ ____ _____________ _________________________________________________________________________________________ ____ _____________ _____________________________________________________________________________________________ 4.
4. Cite as características dos furos e a importância de cada umCite as características dos furos e a importância de cada um deles. deles. _____________ _________________________________________________________________________________________ ____ _____________ _________________________________________________________________________________________ ____ _____________ _________________________________________________________________________________________ ____ _____________ _____________________________________________________________________________________________
CHECK LIST CHECK LIST
Nessa unidade você pôde aprender como podemos Nessa unidade você pôde aprender como podemos selecionar os melhores tipos
selecionar os melhores tipos de equipamentos para perfuração dede equipamentos para perfuração de rochas, sabendo identificar as diferenças entre cada um desses rochas, sabendo identificar as diferenças entre cada um desses equipamentos para melhor utilização. Podemos ainda diferenciar equipamentos para melhor utilização. Podemos ainda diferenciar os tipos de martelos de perfuração aproveitando o melhor de cada os tipos de martelos de perfuração aproveitando o melhor de cada modelo e, por fim, ainda identificar as diferenças em cada tipo de modelo e, por fim, ainda identificar as diferenças em cada tipo de malha de perfuração, sabendo a importância de cada uma e como malha de perfuração, sabendo a importância de cada uma e como obter maior aproveitamento da perfuração.
UNIDADE 2 UNIDADE 2 PERFURATRIZES PERFURATRIZES Objetivos de Aprendizagem Objetivos de Aprendizagem Ao final desta unidade v
Ao final desta unidade você deverá:ocê deverá:
identificar cada tipo de perfuração identificar cada tipo de perfuração de rochas;de rochas;
identificar os tipos didentificar os tipos de perfuratrizes;e perfuratrizes;
selecionar o selecionar o equipamento e equipamento e a fa função para unção para asas operações de perfuração desejadas.
operações de perfuração desejadas.
Plano de Estudos Plano de Estudos
Esta unidade está dividida em três tópicos, organizada Esta unidade está dividida em três tópicos, organizada de modo a facilitar
de modo a facilitar sua compreensão dos conteúdos.sua compreensão dos conteúdos. TÓPICO 1:
TÓPICO 1: PERFURAÇÃPERFURAÇÃO VERTICAL O VERTICAL X PERFURAÇÃOX PERFURAÇÃO INCLINADA
INCLINADA TÓPICO 2:
TÓPICO 2: SELEÇÃO DOS DIFERENTES TIPOS DESELEÇÃO DOS DIFERENTES TIPOS DE PERFURATRIZES
PERFURATRIZES TÓPICO 3:
TÓPICO 3: CÁLCULO DOS COMPONENTES DACÁLCULO DOS COMPONENTES DA PERFURATRIZ
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 custo de perfuração;
Maior comprimento de furo para uma determinada altura da bancada;
Maior risco de ultralançamentos dos fragmentos rochosos.
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
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.
Fatores para seleção dos diferentes tipos de perfuratrizes Fatores Perfuratriz Rotativa Perfuratriz de
Martelo de Superfície Perfuratriz de Martelo de Fundo de Furo Diâmetro do furo, mm 165 a 228 em rocha maciaa média 250 a 432emtodas formações, incluindo muito dura. 38 a 127. 152 a 228 em formações média amuito dura;
diâmetros menores em furos
longos.
Tipo de rocha Formações na faixa de macia a muito dura.
Média a muito dura. Media a muito dura.
Restrições em rochasmuito fraturadas.
Profundidade
máxima do furo, m.
Maior que 60 m. Menor que 20 m. Maior que 60m.
Volume de
ar
requerido
Grandes vazões para se
teruma limpeza eficiente do furo. O ar tem dupla função: limpeza dofuro e acionamento do martelo. Não podeusar pressões tão altas como no martelo de fundo. Máquinas hidráulicas reduzem bastante o consumo dear.
A taxa de penetração
aumenta com o aumento da
pressão de ar, mas o volume
dear requerido também.
Avanço
(pulldown) requerido
Baixo em formações
macias a muito alto em
rochas duras. Altas taxas de penetraçãopodem ser alcançadas com menores pressões de avanço.
Boa penetraçãocom
menos carga de avanço.
Velocidade de
rotação, rpm
Requer alta velocidade emrocha macia e
velocidadesmais baixas
em rocha dura.
Rotação para o bit é aproximadamente de 100 a 120 rpm para furos de 64 mm,em rocha macia; em rocha dura, 75 a100 rpm para furos de 64 mm e 40 a50 rpm para furos de 127mm.
Opera com menores
elocidades derotação:30 a
50 rpm para rocha macia; 20 a 40pararochas
intermediáriase 10 a 30 rpm pararochas duras.
Taxa de
penetração
Aumenta com o
aumentodo diâmetro da broca;diminui com o
aumento da resistência
da rocha.
Taxas iniciais mais altas que o
método
de martelo de fundo. Taxa cai
com cadahaste adicionada. Taxa decrescecom o
aumento do
diâmetro.
Taxas relativamente
constantesao longo do furo.
Maiores taxas em rochas duras, nafaixa de diâmetro
de 152 mm a 228 mm, comparando-secom o
método rotativo.
Níveis de ruído Geralmente baixo. Ruído é crítico:
impacto do martelo ear comprimido. Máquinas hidráulicas possuem menor nível de ruído.
Nível de ruído é mais baixo que o método demartelo de
superfície. Ruído é dissipado
dentro dofuro.
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 );
Sendo: VA = volume anual (m3); A = afastamento (m); E = espaçamento (m); Hf = comprimento do furo (m); Nd = dias trabalhados por ano.
Profundidade Total perfurado por ano (PT); Nf = VA/(A*E*Hf*Nd)
Onde: Nf = número de furos por dia; Hf = comprimento do furo (m); Nd = dias trabalhados durante o ano;
Metros diários Perfurados por uma perfuratriz (MP);
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.
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 mecânica do equipamento: 85%; rendimento da mão de obra: 80%;
utilização do equipamento : 80%; dias de trabalho no ano: 365; horas trabalhadas por dia: 8 h; comprimento das hastes: 3 m.
A vida útil média dos componentes é a seguinte: bits (coroas) : 2.500 m;
punho : 2.500 m;
haste 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).
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.
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 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
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;
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);
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
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:
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/cm3;
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 = 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:
Onde:
PF = pressão produzida no furo quando o explosivo está completamente acoplado ao furo (GPa);
ᵖ
= densidade do explosivo (g/cm3); 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.
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.
produtos resultantes são CO2, 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
iniciação for necessário um estímulo inicial de considerável grandeza;
exemplo de altos explosivos: tnt, dinamites, gelatinas.
baixos explosivos, ou deflagrantes, caracterizam-se 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.
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.
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.
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
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/cm3) 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.
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 15 - 20%
Nitrato de Amônio e/ou de Sódio/Cálcio 65 – 80%
Goma + A entes Cruzadores 1 – 2%
FASE DESCONT NUA
Óleo Diesel 2 - 5%
Alumínio 0 - 10%
A entes de Gaseifica ão 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.
A próxima tabela mostra a composição básica de um explosivo em emulsão:
INGREDIENTE PERCENTAGEM EM MASSA
Nitrato de Amônio Água
Óleo diesel
Agente emulsificante: oleato de sódio ou monoleato de ezorbitol 77,3 16,7 4,9 1,1 100,0 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/cm3. A resistência à água do ANFO pesado é moderada. Para uma blendagem de ANFO/emulsão: 50/50, a uma densidade de 1,33 g/cm3, 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.
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
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
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.
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 (N3)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
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
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 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
