Apostila Desmonte de Rochas

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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINAS ESCOLA DE MINAS UFOPCURSO DE MIN 210 - OPERAES MINEIRASPROFESSOR VALDIR COSTA E SILVADEMINe-mail:valdir@demin.ufop.brMaro, 2009.1.PERFURAODEROCHA1.1OBJETIVOAperfurao das rochas, dentro do campo dos desmontes, a primeira operao que se realiza e temcomo finalidade abrir uns furos comuma distribuio e geometria adequada dentro dos macios para alojar as cargas de explosivos e acessrios iniciadores. A figura 1 mostra a evoluo dos sistemas de perfurao ao longo dos anos.Figura 1:A evoluo dos mtodos e da velocidade de perfurao das rochas2Prof. Valdir Costa e SilvaProf. Valdir Costa e Silva1.2 APLICAES DA PERFURAO Os tipos de trabalho, tanto em obras de superfcie como subterrneas, podem classificar-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.1.3 PRINCIPAIS MTODOS DE PERFURAOExistem trs principais mtodos de perfurao para o desmonte de rochas com explosivos aplicados minerao: perfurao rotativa com brocas tricnicas (Holler Bit); martelo de superfcie (Top-Hammer, mtodo roto-percussivo); martelodefundodefurooufuroabaixo(DowntheHole, mtodoroto-percussivo).Perfurao por percusso: Tambmconhecidopor perfuraopor martelo, omtodomaiscomumde 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 oseu aparecimento coincide com o desenvolvimento industrial do sculo XIX. As primeiras mquinas, prottipos de Singer (1838) e Couch (1848), utilizavam vapor paraoseuacionamento, masfoi comaaplicaoposterior doar 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 papelmenor quando comparadas comasmquinas rotativas nasoperaesmineiras a cuaberto. Suaaplicao limitada produo das pequenas minas, perfurao secundria, trabalhos de desenvolvimento e desmonte controlado. Porm, o sistema de furo abaixo ou de 3Prof. Valdir Costa e Silvafundo de furo (down the hole) com dimetro de perfurao na faixa de150 mm (6) a229mm(9) vemganhadocampodeaplicaonasrochasdealta resistncia por propiciar maiores taxas de penetrao quando comparadas com o mtodo rotativo.Estas perfuratrizes possuem dois sistemas de acionamento bsicos, rotaoe 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 figura2. O surgimento dos marteloshidrulicosnadcadade70deunovoimpulsoaestemtodode perfurao, ampliando o seu campo de aplicao.Figura 2 Componentes bsicos do martelo de superfcieOs 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 15anos mquinas hidrulicas tmsido introduzidas no mercado. O alto custo de capital das perfuratrizes hidrulicas compensadopor ummenor custooperacional emaior produtividadequando comparadas com mquinas pneumticas (Crosby, 1998).4Prof. Valdir Costa e SilvaA perfurao rotopercussivase baseia na combinao das seguintes aes: Percusso:os impactos produzidos pelas batidas dopistodomartelo 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 diferentesposies. Presso de avano: para se manter em contato a ferramenta de perfurao e a rocha, exercidaum pressode 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. Omotor derotaoaoencontrar rochanova, rompeoscortesempedaos ainda menores. O ar comprimido efetua a limpeza dos furos e a refrigerao das brocas.Perfuratrizes PneumticasSegundo Jimeno (1994), 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; umpisto que como 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; 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 5Prof. Valdir Costa e Silvapara a coroa. A cada haste adicionada na coluna de perfurao maior a perda deenergia 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 50a100mm) eaoaltoconsumodear comprimido, aproximadamente, 2,4 m3/min por cada cmde dimetro, almdeapresentar alto desgaste das ferramentas de perfurao: hastes, punhos, coroas, mangueiras etc., em funo dafreqnciadeimpactoenaformadetransmissodaondadechoquedo pisto de grande dimetro (Svedala Reedrill, sd.).Perfuratrizes hidrulicasNo finalda dcada de 60 e incio da dcada de 70 houve um grande avano tecnolgico na perfurao de rochas comodesenvolvimento dos martelos hidrulicos.Uma perfuratriz hidrulica consta basicamente dos mesmos elementos construtivosdeumapneumtica. Adiferenamaisimportanteentreambas 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 (Crosby, 1998): 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 deperfurao; maior velocidade de penetrao:a energia liberada em cada impacto do martelo superior a do martelo pneumtico, resultando em maiores taxas de penetrao;6 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 foramdesenvolvidos 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 permanecemsemprenofundodofuro, eliminandoasperdasdeenergiaao longo da coluna de perfurao.Aprincipal aplicao deste mtodo a perfurao em rochas duras quando se usa brocas de 152a 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; necessita de moderada fora de avano (250 a 500 lbf/in de dimetro de bit) emcomparao como mtodo rotativo (3000 a7000lbf/in). Eliminaa necessidade de hastes pesadas e altas presses de avano; osimpactosproduzidospelopistodomartelonofundodofuropodem provocar odesmoronamentoetravamento dacolunadeperfuraoem rochas no consolidadas ou muito fraturadas;7Prof. Valdir Costa e Silva requer menor torquederotaoeavelocidadederotao(rpm) muito menor em comparao com o mtodo rotativo. A faixa normal de operao de 10 a 60 rpm; 1.4 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 5000 bar.Quandoperfuramospor estemtodo, usandobrocastricnicas, aenergia 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 como mesmo princpio da perfurao por percusso. A velocidade normal de rotao de 50 a 90 rev/min.1.5Rotao/CorteEstemtodousadoprincipalmenteemrochas brandas comresistncia compresso de at 1500 bar.Aperfuraopor rotaonecessitadeumafortecapacidadedeempuxona brocaeummecanismosuperior derotao. Apressoaplicadaeotorque rompememoemarocha. Nestemtodoaenergiatransmitidaaocortador pelo tubo de perfurao, que gira e pressiona o mesmo sobre a rocha. A rea de corte da ferramenta exerce presso sobre a rocha e as lascas so arrancadas.Arelao entre a presso necessria e a faixa de rotao, determina a velocidade e a eficincia da perfurao:a) a rocha branda requer menor presso e rotao mais rpida;b) a rocha dura necessita de alta presso e rotao mais lenta.8Prof. Valdir Costa e SilvaAvelocidadederotaode120rev/minparaumfurode110mme300 rev/min para furos de 60 mm de dimetro.1.6 FONTES DE ENERGIAAsfontes primrias de energia podem ser: motores diesel ou motores eltricos. Nasperfuratrizescomumdimetrodeperfuraoacimade9 (230mm) generalizadooempregodeenergiaeltricaamdiatenso, alime