PROBLEMAS AMBIENTAIS GERADOS

PERFURAO DE ROCHA

1.O OBJETIVO

A perfurao das rochas dentro do campo dos desmontes a primeira operao que se realiza e tem como finalidade abrir uns furos, com a 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 com o decorrer do tempo.

2.0 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.

3.0 PERFURATRIZES

3.1 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. Tanto o martelo de superfcie como o de fundo (DTH - Down-The-Hole) so utilizados. Na triturao por impacto a rocha partida em fragmentos, por meio de uma grande fora que aplicada sobre um boto ou pastilha de material duro.

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 mais pequenos. O ar comprimido efetua a limpeza dos furos e a refrigerao das brocas.

Figura 1: A evoluo dos mtodos e da velocidade de perfurao das rochas3.2 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.

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.

3.3 Rotao/Corte

Este mtodo usado principalmente em rochas brandas com resistncia compresso de at 1500 bar.

A perfurao por rotao necessita de uma forte capacidade de empuxo na broca e um mecanismo superior de rotao. A presso aplicada e o torque rompem e moem a rocha. Neste mtodo a energia transmitida ao cortador 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.

A relao entre a presso necessria e a faixa de rotao, determinam 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.

A velocidade de rotao de 120 rev/min para um furo de 110 mm e 300 rev/min para furos de 60 mm de dimetro.

4.0 CARACTERSTICAS DOS FUROS

Os furos so geralmente caracterizados por quatro parmetros: dimetro, profundidade, retilinidade e estabilidade.

4.1 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, por exemplo, o tamanho desejado dos fragmentos, aps a detonao; tipo de explosivo a ser utilizado, 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 determinados 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 fragmentao da rocha,

na altura da pilha e no porte do equipamento de carregamento.

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.

4.2 Profundidade dos furos

A profundidade do furo determina a escolha do equipamento de perfurao. Em espaos confinados somente ferramentas de perfurao curtas podero ser usadas.

Figura 3: Influncia do dimetro da perfurao

na seo da galeria

No caso de maiores profundidades (50 a 70 m ou mais) usa-se perfurao de fundo de furo, ao invs de martelo de superfcie, j que o mtodo de fundo de furo proporciona mais eficincia de transmisso energtica e remoo dos cavacos de rocha a essa profundidade. Quando utilizamos martelos DTH a energia em princpio transmitida da mesma forma com a vantagem de que o pisto da perfuratriz trabalha diretamente sobre a broca.

4.3 Retilinidade do furo

A retilinidade de uma perfurao varia, dependendo do tipo e natureza da rocha, do dimetro e da profundidade do furo, do mtodo e das condies do equipamento utilizado, da experincia do operador. Na perfurao horizontal ou inclinada, o peso da coluna de perfurao pode concorrer para o desvio do furo. Ao perfurar furos profundos para detonao, o furo deve ser to reto quanto possvel para que os explosivos, sejam distribudos corretamente, para se obter o resultado desejado.

Para compensar o desvio dos furos s vezes necessrio furar com menor espaamento o que resulta em maior custo. Um problema particular causado por um furo com desvio a possibilidade de encontrar-se com um outro j perfurado, causando a detonao de cargas por simpatia. A probabilidade do equipamento se prender grande e a detonao no pode ser executada adequadamente.

Alm do desvio do furo propriamente dito, o alinhamento pode ser afetado pelo desalinhamento da lana e pelo cuidado durante o emboque do furo.

4.4 Estabilidade do furo

Outra necessidade em perfurao que o furo permanea aberto enquanto estiver sendo utilizado para carregamento de explosivos. Em certas condies, por exemplo, quando a perfurao 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.5.0 PERFURAO VERTICAL X INCLINADA

Principais vantagens da perfurao inclinada melhor fragmentao;

diminuio dos problemas de rep devido ao melhor aproveitamento das ondas de

choque na parte crtica do furo (linha de greide, p da bancada);

maior lanamento;

permite maior malha;

permite reduo da Razo 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 perfurao inclinada menor produtividade da perfuratriz;

maior desgaste de brocas, hastes e estabilizadores;

maior custo de perfurao;

maior comprimento de furo para uma determinada altura da bancada;

maior risco de ulta-lanamentos dos fragmentos rochosos.

5.0 MALHAS DE PERFURAO

A geometria das malhas de perfurao podem ser quadrada, retangular, estagiada, tringulo equiltero ou malha alongada:

A

E

a) malhar quadrada b) malha retangular

c) malha estagiada (p de galinha)

Malhas quadradas ou retangulares: devido a sua geometria de fcil perfurao (menor tempo de locomoo de furo a furo).

Malhas estagiada: 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 indicadas para rochas friveis/macias aumentando o lanamento por possuir um menor afastamento.

6.0 CLCULO DOS COMPONENTES DA PERFURATRIZ

a) Nmero de furos por dia (Nf )

sendo:

VA = volume anual (m3); A = afastamento (m); E = espaamento (m);

Hf = comprimento do furo (m).

b) Profundidade Total perfurado por ano (PT)

PT = Nf x Hf x Nd(m)

sendo:

Nf = nmero de furos por dia; Hf = comprimento do furo (m);

Nd = nmero de dias trabalhados durante o ano.

c) Metros dirios perfurados por uma perfuratriz (MP)

MP = NH x TP x DM x RMO x U

sendo:

NH = nmero de horas/dia trabalhado por uma perfuratriz;

TP = taxa de penetrao (m/h);

DM = disponibilidade mecnica da perfuratriz (%);

RMO = rendimento da mo-de-obra (%);

U = utilizao do equipamento (%).

d) Relao entre metros de haste e metro de furo (K)

A vida de uma haste de extenso geralmente dada em metro/haste que difere de metros perfurados, quando mais de uma haste utilizada. A relao entre metro/haste e metro perfurado poder ser calculada pela seguinte frmula:

sendo:

C = comprimento da haste;

K = coeficiente atravs do qual o nmero de metros perfurados precisa ser multiplicado para

obter o nmero de metros/haste.

A figura 4 mostra a relao entre metro/haste e metro perfurado, nesse caso teremos:

K = (Hf + C) / 2C = (9 + 3) / 2 x 3 = 2 significando que o nmero de haste/metro 2 vezes maior que o de metros perfurado. Isto pode ser verificado facilmente:

- a primeira haste perfura 9 m

- a segunda haste 6 m

- a terceira haste 3 m

- Total 18 m

A relao entre metro/haste e metros perfurados = 18/9 = 2

Figura 4: Relao entre metro/haste e metros perfurados.

e) Nmero de hastes (NH) e luvas (NL)

f) Nmero de punhos (NP)

g) Nmero de coroas (Nc)

Exemplo

Uma minerao pretende produzir anualmente 1.000.000 m3 de hematita. Seu desmonte de rocha apresenta a as seguintes caractersticas:

- Malha de perfurao: Afastamento (A) = 2,5 m; Espaamento = 5,0 m

Altura do furo = 10 m; Inclinao dos furos = 0( Dimetro da perfurao = 4 (102 mm) - Taxa de penetrao: 40 m/h - Disponibilidade mecnica do equipamento: 85% - Rendimento da mo de obra: 80% - Utilizao do equipamento : 80%- Dias de trabalho no ano: 365- Horas trabalhadas por dia: 8 h- Comprimento das hastes: 3 m.

A vida til mdia dos componentes a seguinte:

- coroas : 500 m

- punho : 2.500 m

- haste e luvas : 1.500 m

Calcular o nmero de perfuratrizes necessrias para executar a perfurao, e os componentes gastos anualmente (hastes, luvas, punhos e coroas).

Soluo:

a) Nmero de furos por dia (Nf )

b) Profundidade Total perfurado por ano (PT)

PT = Nf x Hf x Nd= 22 x 10 x 365 = 80.300 m

c) Metros dirios perfurados por uma perfuratriz (MP)

MP = NH x TP x DM x RMO x U = 8 x 40 x 0,85 x 0,8 x 0,8 = 174,08 md) Nmero de perfuratrizes necessrias (NP)

Obs.: Matematicamente o clculo aponta, aproximadamente, para a necessidade de duas perfuratrizes. Entretanto, a escolha correta ser de uma s perfuratriz, pois basta aumentarmos o nmero de horas trabalhadas por dia para obtermos a produo diria desejada. Outra possibilidade seria a de perfurar com uma maior taxa de penetrao.

e) Relao entre metros de haste e metro de furo (K)

f) Nmero de hastes (NH) e luvas (NL)

g) Nmero de punhos (NP)

h) Nmero de coroas (NB)

7.0 CLCULO DO CUSTO TOTAL DA PERFURAO

7.1 Custo Total da Perfurao/m (CTP)

Uma relativamente simples, mas bastante interessante anlise, foi recentemente apresentada por Robert W. Thimas, da Baker Hughes Mining Tools Inc., que pode ser assim enunciada:

sendo:

A = custo da ferramenta de perfurao (brocas e cortadores);

M = vida til da ferramenta em metros;

D = custo horrio da perfuratriz (custo de propriedade e custo operativo);

VP = velocidade de penetrao (m/h).

O exemplo a seguir evidencia que a soma expedida na aquisio de uma broca com uma maior velocidade de penetrao, aumenta os dividendos, pois o custo total de perfurao ser reduzido e a produo aumentar.

Exemplo do CTP

Uma perfuratriz trabalha em uma mina de cobre a cu aberto, com uma broca de dimetro de 12( . Considerando os seguintes dados:

- Velocidade de penetrao da broca normal: 25,0 m/h

- Custo da broca normal: US$ 5.356

- Velocidade de penetrao da broca especial XP: 27,5 m/h

- Custo da broca especial XP: US$ 6.169

- Vida til da broca: 3.000 m

Broca normal:

Broca especial XP:

Diferena de custo: US$ 1,365/m (6,9%)

Velocidade de penetrao da BROCA NORMAL = 25,0 m/h

Velocidade de penetrao da BROCA ESPECIAL XP = 27,5 m/h

INCREMENTO DE PRODUTIVIDADE = 2,5 m/h (10%)

Um acrscimo de apenas 10% na velocidade de perfurao representa uma economia de US$ 409.500,00 por ano, em um programa de perfurao de 300.000 m, isto : (US$ 1,365/m x 300.000 m = US$ 409.500,00).

PROPRIEDADES E SELEO DE EXPLOSIVOS

1 INTRODUO

Paralelamente evoluo dos mtodos de lavra, os explosivos vm sofrendo, desde os anos 40, um acentuado desenvolvimento tecnolgico, objetivando alcanar os seguintes resultados: uma melhor fragmentao das rochas, maior segurana no manuseio, maior resistncia gua, menor custo por unidade de rocha desmontada.

2 EXPLOSIVOS2.1 Definio

Explosivos so substncias ou misturas, em qualquer estado fsico, que, quando submetidos a uma causa trmica ou mecnica suficientemente enrgica (calor, atrito, impacto etc.) se transformam, total ou parcialmente, em gases, em um intervalo de tempo muito curto, desprendendo considervel quantidade de calor.

2.2 Ingredientes de um explosivo

(a) Explosivo bsico (ou explosivo base) um slido ou lquido que, submetido a uma aplicao suficiente de calor ou choque, desenvolve uma reao exotrmica extremamente rpida e transforma-se em gases a altas temperaturas e presses. Exemplo tpico de explosivos bsico a nitroglicerina C3H5O9N3, descoberta em 1846 pelo qumico italiano Ascanio Sobrera.(b) Os combustveis e oxidantes so adicionados ao explosivo bsico para favorecer o balano de oxignio na reao qumica de detonao. O combustvel (leo diesel, serragem , carvo em p, parafina, sabugo de milho, palha de arroz etc) combina com o excesso de oxignio da mistura explosiva, de forma que previne a formao de NO e NO2; o agente oxidante (nitrato de amnio, nitrato de clcio, nitrato de potssio, nitrato de sdio etc) assegura a completa oxidao do carbono, prevenindo a formao de CO. A formao de NO, NO2 e CO indesejvel, pois alm de altamente txicos para o ser humano, especialmente em trabalhos subterrneos, esses gases reduzem a temperatura da reao ladres de calor e consequentemente, diminuem o potencial energtico e a eficincia do explosivo.

(c) os anticidos geralmente so adicionados para incrementar a estabilidade do produto estocagem, exemplo: carbonato de clcio, xido de zinco.

(d) os depressores de chama (cloreto de sdio) normalmente so utilizados para minimizar as possibilidades de fogo na atmosfera da mina, principalmente nas minas onde ocorre a presena do gs metano (grisu).

(e) os agentes controladores de densidade e sensibilidade dividem-se em: qumicos (nitrito de sdio, cido ntrico) e mecnicos (micro esferas de vidro). No controle do pH do explosivo utilizam-se a cal e o cido ntrico. (f) os agentes cruzadores (cross linking) so utilizados juntamente com a goma guar para dar uma forma de gel nas lamas e evitar a migrao dos agentes controladores da densidade. Exemplo: dicromato de sdio.

3. PROPRIEDADES DOS EXPLOSIVOS

3.1 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 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.

3.2 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 padro de 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 da seguinte expresso:

onde: ETx e ETp so as energias termoqumicas do explosivo x e padro, respectivamente.

Exemplo 1: Considere como o explosivo padro, o ANFO qua 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 = 1014 cal/g.

RWS = 1,127 ou RWS = 112,7. Uma unidade de massa da emulso possui 12,7% a mais 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 :

onde: (x e (p so as densidade do explosivo x e p, respectivamente.

Exemplo 2: Utilizando os dados do exemplo anterior; clculo da Energia Relativa por Volume (RBS):

RBS = 1,52 ou RBS = 152. Uma unidade de volume da emulso possui 52,0% a mais de energia quando comparada com a mesma unidade de volume do ANFO.

3.3 Balano de Oxignio de um explosivo A maioria dos ingredientes dos explosivos so compostos 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, consequentemente, 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):

N2H403 + CH2 ( CO2 + H2O + N2

CompostoFrmulaProdutos desejados na reaoNecessidade (-) ou excesso (+) de oxignio

Nitrato de amnio

leo diesel

N2H403CH2N2, 2H2O

CO2, H2O

+ 3 - 2 = + 1

- 2 - 1 = - 3

Necessidades de oxignio: -3

Tabela 1: Clculo da necessidade de oxignio para equilibrar a equao. O resultado uma deficincia de 3 tomos de oxignio por unidade de CH2 . 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 peso de mistura de AN/FO:

Usando os pesos moleculares da tabela 3, podemos calcular a soma dos pesos moleculares dos produtos:

Tabela 2: Clculo da soma do peso molecular

dos produtos da reao.

Composio Peso 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 peso:

(14 : 254) x 100% = 5,5%

3.4 Velocidade e Presso de detonao de um explosivo

A velocidade de detonao de um explosivo (VOD) o ndice mais importante da performance 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 a performance 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 pique da presso exercida pela expanso dos gases, depende primariamente da densidade e da velocidade da detonao. As presses podem ser calculadas usando a seguinte equao:

sendo:

PF = presso produzida no furo, quando o explosivo est completamente acoplado ao furo (MPa);

( = densidade do explosivo (g/cm3);

VOD= velocidade de detonao de um explosivo confinado (m/s).

Para a medio da VOD do explosivo, pode-se utilizar o VOD PROBRE - BLAST EVALUATOR de fabricao da INSTANTEL INC. (Canad) ou o MiniTrap III, de fabricao da MREL do Canad. O medidor da VOD (The VOD Probe - Blast Evaluator) possui um cronmetro eletrnico que acionado por fibras ticas introduzidas no furo a ser detonado e mede a VOD. medida que ocorre a detonao do explosivo, a luz resultante que emitida aquece o probe de fibra tica em um certo tempo, permitindo dessa maneira a medio da VOD do explosivo. J o MiniTrap III mede a VOD utilizando cabo coaxial.

A medio da velocidade de detonao dos explosivos tem os seguintes objetivos:

( determinar a velocidade de detonao do explosivo, para que a partir da mesma seja calculada a presso produzida no furo durante a detonao;

( comparar a performance do explosivo quando iniciados 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.

3.5 Sensibilidade iniciao

Define-se como a susceptibilidade de um explosivo iniciao, isto , se o explosivo sensvel a espoleta, cordel, booster etc.

3.6 Dimetro crtico

As cargas de explosivos com forma cilndrica tm um dimetro abaixo do qual a onda de detonao no se propaga ou propaga-se a velocidade muito abaixo das de regime. A esse dimetro, d-se o nome de dimetro crtico. Os principais fatores que influenciam no dimetro crtico so: tamanho das partculas, reatividade dos seus ingredientes, densidade e confinamento.

3.7 Gases gerados pelos explosivos

A classificao dos fumos primordialmente importante na seleo de explosivos 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, Oxidos 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).

Observao: Explosivos mal iniciados ou desbalanceados geram mais gases txicos.

3.8 Resistncia gua a capacidade que um explosivo tem de resistir a uma exposio gua durante um determinado tempo, sem perder suas caractersticas. A resistncia de um explosivo gua pode ser classificada como: nenhuma, limitada, boa, muito boa e excelente.4.0 CLASSIFICAO DOS EXPLOSIVOS

A figura 5 mostra como podem ser classificados os explosivos. Neste artigo discutiremos apenas os explosivos qumicos, por serem os mais utilizados pelas mineraes e obras civis.

Como mostra a figura 5, h trs tipos de explosivos comerciais:

(a) altos explosivos, isto , explosivos caracterizados pela elevadssima velocidade de reao (1500 a 9000 m/s) e alta taxa de presso (50.000 a 4 milhes de psi). Os altos explosivos sero primrios quando a sua iniciao se der por chama, centelha ou impacto. Secundrios quando, para sua iniciao, for necessrio um estmulo inicial de considervel grandeza. Exemplo de altos explosivos: TNT, dinamites, gelatinas;

(b) baixos explosivos, ou deflagrantes, caracterizam-se por uma velocidade de reao muito baixa (poucas unidades de m/s) e presses no mximo de 50.000 psi. Exemplo: plvora e explosivos permissveis. (c) Agentes detonantes so misturas cujos ingredientes no so classificados como explosivos. Exemplo: ANFO, ANFO/AL, lama, ANFO Pesado, emulses.

Classificao dos Explosivos

Mecnicos Qumicos Nucleares

Altos Explosivos Baixos Explosivos Agentes Detonantes

Primrio Secundrio

Permissveis No permissveis

Figura 5 - Classificao dos explosivos

4.1 Explosivos deflagrante

Baixo explosivos (propelantes), ou deflagrantes, so aqueles cuja reao qumica uma combusto muito violenta chamada deflagrao, que se propaga a uma velocidade da ordem de 400 a 800 m/s e presses de no mximo 50.000 psi. Entre os explosivos deflagrantes, o prottipo a plvora negra. Conhecida da remota antigidade, sua inveno tem sido atribuda aos chineses, rabes e hindus. Usada pela primeira vez, em minerao, em 1627, na Hungria, e logo aps, na Inglaterra. A percentagem ponderal mdia dos componentes da plvora negra a seguinte:

Nitrato de potssio (KN03) ou de sdio (NaN03) ................................................. 75%

Carvo vegetal (C) .............................................................................................. 15%

Enxofre (S) ......................................................................................................... 10%

4.2 Altos explosivos com base de nitroglicerina

Dinamites

As dinamites, inventada pelo qumico sueco Alfred Nobel, em 1866, diferem em tipo e graduao conforme o fabricante, podendo, contudo, serem classificadas segundo os seguintes grupos principais:

Dinamite guhr

Dinamites simples

Dinamites amoniacais

Dinamite guhr

De interesse puramente histrico, resulta da mistura de Nitroglicerina, Kieselguhr e estabilizantes. No mais usada.

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 anti-cido, 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.

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, constituida de nitrocglicerina + nitrocelulose + nitrato de sdio. utilizada apenas em casos especiais. Gera 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, com maior segurana no manuseio e custo menor de produo, porm menos resistentes gua.

Semi-gelatinas

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 atenuados. As composies so semelhantes quelas da 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.

A tabela 4 mostra as % dos ingredientes dos altos explosivos.

Tabela 4: Porcentagem dos ingredientes dos altos explosivos

PORCENTAGEM (%) DOS INGREDIENTES

Produto N glic. N celul. N Sdio N Amnio Combustvel S Anticido

Dinamites simples 20 - 60 - 60 20 - 15 18 3 0 1,3 1,0

Dinamites Amoniacais 12 23 - 57 15 12 50 10 - 9 7 2 1,2 1,0Gelatinas 20 50 0,4 1,2 60 40 - 11 - 8 8 0 1,5 1,1

Gelatinas Amoniacais 23 35 0,3 0,7 55 34 4 - 20 8,0 7 - 0 0,7 0,8

Semi-gelatinas sem informao

4.2 AGENTES DETONANTES

4.2.1 EXPLOSIVOS GRANULADOS

Os explosivos granulados, tambm conhecidos como agentes detonantes, geralmente consistem em misturas de nitratos inorgnicos e leo combustvel, podendo sofrer adio ou no de substncias no explosivas (alumnio ou ferro-silcio).

ANFOEntre os explosivos 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 determinadas pelos americanos Lee e Akre, em 1955. 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$0,30/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, oxidantes e absorventes. ANFO/AL Os primeiros trabalhos realizados com explosivos contendo alumnio na sua formulao, a fim de otimizar os custos de perfurao e desmonte, foram conduzidos no incio da dcada de 60, em minas de ferro no Peru e mais tarde na Austrlia. O objetivo da adio e alumnio ao ANFO aumentar a produo de energia do mesmo. A adio de alumnio no ANFO varia de 5 a 15% por peso. Acima de 15% a relao custo-benefcio tende a no ser atrativa. A reao do ANFO/AL contendo 5% de Al pode ser expressa por:

4,5N2H403 + CH2 + AL ( CO2 + 10H2O + 4,5N2 + (Al203 + 1100 cal/gUma composio de AN/FO/Al (90,86/4,14/5) apresenta as seguintes propriedades: densidade = 0,87 g/cm3; RWS = 1,13 e RBS = 1,16 comparada com o ANFO padro.

4.2.2 LAMAS (SLURRIES) E PASTAS DETONANTES

Desenvolvidas e pantenteadas nos Estados Unidos da Amrica, representam vrios 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, Canad.

Os materiais necessrios composio da lama (tabela 5) so representados por sais inorgnicos (nitrato de amnio, nitrato de clcio e nitrato de sdio), sensibilizantes (alumnio atomizado, ferrosilcio) combustveis (carvo e/ou leo diesel), estabilizantes, agentes controladores de densidade (nitrito de sdio e cido ntrico) e de pH, agentes gelatinizantes, agentes cruzadores e gomas. As pastas so superiores ao ANFO, apresentam boa resistncia gua, todavia so bem mais caras. Com a introduo das emulses no mercado internacional, o consumo de lama vem decaindo.

Tabela 5: Composio bsica da Lama

FASE CONTNUA

gua 15 - 20%

Nitrato de Amnio e/ou de Sdio/Clcio 65 80%

Goma + Agentes Cruzadores 1 2%

FASE DESCONTNUA

leo Diesel 2 - 5%

Alumnio 0 - 10%

Agentes de Gaseificao 0,2 %

4.2.3 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 microgrotculas 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 lquido imiscvel em outro, o qual se consegue mediante agentes que favorecem este processo (agentes emulsificantes) e uma forte agitao mecnica. A tabela 6 mostra a composio bsica de um explosivo em emulso.

Tabela 6: Composio tpica de um explosivo em emulso (Silva, V. C., 1986)INGREDIENTEPERCENTAGEM EM MASSA

Nitrato de Amnio

gua

leo diesel

Agente Emulsificante: Oleato de sdio ou Monoleato de ezorbitol 77,3

16,7

4,9

1,1

_____

100,0

4.2.4 ANFO PESADO (HEAVY ANFO)

A primeira patente utilizando ANFO como agente redutor de densidade foi concedida em 1977 (Clay, 1977) desde que os prills e os interstcios do ANFO pode 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 7). 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. Para uma blendagem de ANFO/Emulso: 50/50, a uma densidade de 1,33 g/cm3, o ANFO pesado passa a apresentar resistncia gua, porm a mnima escorva de iniciao deve apresentar uma massa acima de 450 g.

Tabela 7: Composio tpica do ANFO Pesado com resistncia gua (Katsabanis, 1999).

INGREDIENTEPERCENTAGEM EM MASSA

Nitrato de Amnio

Nitrato de Clcio

gua

leo diesel

Alumnio

Agente Emulsificante: Oleato de sdio ou Monoleato de ezorbitol 59,1

19,7

7,2

5,9

7,0

1,1

_____

100,0

4.3 EXPLOSIVOS PERMISSVEIS

So assim chamados os explosivos que podem ser usados em algumas minas subterrneas, nas quais podem acontecer emanaes de metano que, com o ar, forma uma mistura inflamvel, ou ento, em minas com poeiras carbonosas em suspenso.

A tabela 8 apresenta um resumo das principais propriedades dos explosivos industriais.

Tabela 8: Algumas propriedades dos explosivos industriais. Fonte: (Fernandz, 2000)

Produto Densidade Velocidade de Detonao Presso de Detonao Energia da Volume de

(confinada) Exploso Gases

(g/cm3) (m/s) (Kbar) (cal/g) (l/kg)

Dinamites especiais 1,40 2700 5700 25 144 935

Dinamite amoniacal 1,25 4700 69 664 821

Gelatina 1,50 7500 7800 225 1430 740

Gelatina amoniacal 1,32 5000 83 1125 900

Semi-gelatina 1,24-1,30 4900 5100 74 85 890 950 800 810

ANFO ((=6) 0,85 3500 28 900 1050

ANFO+Al 2 a 12% 0,86-0,90 4500 4700 43 47 960 1360 900 1030

Lama 1,05-1,15 3300 5400 28 80 700 1400

Emulso (1 a 2) 1,10-1,18 5100 5800 72 79 710 750 900 1000

ANFO Pesado 1,34-1,37 3620 4130 44 56 630 865 1045 1120

5 CRITRIOS GERAIS DE SELEO DE UM EXPLOSIVO COMERCIAL

5.1 Critrio de seleo de explosivos

A escolha adequada de um explosivo uma das partes mais importantes no projeto de desmonte de rocha. Esta seleo ditada por consideraes econmicas e condies de campo. Os fatores que devem ser levados em considerao na escolha do explosivo incluem: tipo de desmonte, propriedades dos explosivos (densidade, velocidade e presso de detonao, resistncia gua, classe dos gases), segurana no transporte e manuseio, dimetro da carga; custo do explosivo, da perfurao, do carregamento, do transporte e britagem da rocha; condies da geologia local, caractersticas da rocha a ser desmontada (densidade, resistncia trao, compresso e cisalhamento, mdulo de Young, coeficiente de Poisson, velocidade ssmica), condies da ventilao dos ambientes subterrneos, impactos ambientais gerados pelos desmontes de rocha etc. Conhecidos esses fatores, pode-se definir qual o explosivo mais indicado para cada situao particular.

5.2 Guia para seleo de explosivos disponveis no mercado brasileiro

Para auxiliar os profissionais que atuam na atividade do desmonte de rocha, que desenvolvemos as tabelas de equivalncia dos diferentes produtos de diversos fabricantes que atuam no mercado brasileiro. Alm da equivalncia, as tabela 9, 10 e 11 mostram a aplicao de cada explosivo e acessrio, respectivamente.

Tabela 9: Equivalncia de alguns explosivos comerciais disponveis no mercado

brasileiro.TIPO DE EXPLOSIVOFABRICANTENOME COMERCIALAPLICAES

PERMISSVELBRITANITETOVEX 300Ambientes inflamveis de poeira e grisu.

EMULSO ENCARTUCHADA

ORICA

AVIBRAS

MAGNUM

PIROBRS

ORICA

ORICA

ORICA

ORICA

MAGNUM

TEC HARSEIM- POWERGEL 800

- BRASPEX

- MAG-GEL 100

- PIROFORT

- POWERGEL 800

SISMOGRFICO

- POWERGEL RX 800

- POWERGEL RX 900

- POWERGEL 900 E

1000 (EMULSO

ALUMINIZADA

- PREMIUM

- MAG-GEL 200 (EMULSO ALUM.)

- DINEX C- Minerao a cu aberto,

subterrnea e subaqutico.

- Qualquer tipo de rocha, cu aberto, subsolo e subaqutico

- Especial para prospeco

ssmica.

- Mineraes no subsolo e tneis.

- Minerao a cu aberto,

pr-fissuramento e fogacho.

- Pedreiras e minerao a cu

aberto, construo civil em

geral e desmontes subaquticos.

- Desmontes em geral

Tabela 10: Equivalncia de alguns explosivos comerciais disponveis no mercado brasileiro.TIPO DE EXPLOSIVOFABRICANTENOME COMERCIALAPLICAES

EMULSO BOMBEADAORICA

MAGNUM

IBQ

POWERGEL

MAG-MAX

IBEMUX

Rochas brandas ou duras.

Carga de fundo.

Desmonte em geral

ANFO PESADO

BOMBEADOORICA

IBQEXPLON AP

IBEMEX / IBENITERocha dura, s ou fissurada.

Em furos com gua.

GRANULADO BOMBEADOORICA

IBQ

MAGNUMEXPLON OS 65

ANFOMAX

MAGMIX /MAGNUMB Rochas brandas e friveis em furos secos.

AQUAGEL (LAMAS)BRITANITETOVEX E

BRITANITE ALDesmonte subaqutico, cu aberto e subterrneo.

GRANULADOMAGNUM

IBQ

AVIBRAS

ORICA

TEC HARSEIMMAGNUM BD SE HD

NITRON, BRITAMON

E BRITON

BRASPON

POWERMIX MG

DINEX G PPA

PPS - PPH- Explosivos de coluna em furos secos, e para o desmonte secundrio (fogacho).

- Operaes a cu aberto ou subsolo, em furos secos onde existe a necessidade de explosivos de baixa densidade de carregamento e nas operaes com carregamento pneumtico.

GELATINABRITANITE

IMBELBRITAGEL

GELATEL

BELGEX

PV 15- Rochas duras e mdias.

- Rochas muito duras e resistentes.

- Rochas muito duras e resistentes.

- Carga de fundo.

SEMI-GELATINAIMBELTRIMONIOCarga de coluna em desmonte a

cu aberto.

Tabela 11: Equivalncia de alguns acessrios comerciais disponveis no

mercado brasileiro.TIPO DE ACESSRIOFABRICANTENOME COMERCIALAPLICAES

ESPOLETA ELTRICA SISMOGRFICAORICA

MANTESISEspecial para prospeco ssmica.

ESPOLETA SIMPES ORICA

BRITANITE

IMBEL

MAGNUMMANTESPO

ESPOLETA N( 8 BRITANITE

BELDETON

MAG-DETIniciar cargas explosivas de pequeno dimetro ou cordis por meio de estopim .

ESTOPIM DE SEGURANAORICA

PIROBRS

ORICA

BRITANITE

IMBEL

PIROBRS

MAGNUMCOBRA/COBRINHA

COMUM PIONEIRO

MANTOPIM

BRITAMPIM

BELPIM

PIROPIM

MAG-PIM- Destinado iniciao de espoletas simples e plvoras.

- Iniciao de cargas explosivas

e fogacho.

CORDEL DETONANTEORICA

BRITANITE

IMBEL

PIROBRS

MAGNUMMANTICORD

BRITACORD

BELCORD

PIROCORD

MAG-CORDIniciao de cargas explosivas, iniciao do Nonel, Brinel, Mantinel, Exel.

CORDEL DETONANTE REFORADOORICA

MAGNUMCORDTEX

MAG-WAXIniciao de cargas explosivas e da linha silenciosa.

ESPOLETA SIMPLES DE RETARDOBRITANITE

PIROBRSBRITACRON

PIROCRONRetardar atravs de esperas de milesegundos, a propagao da detonao do cordel detonante.

BOOSTERORICA BRITANITE

PIROBRS

MAGNUMAMPLEX

BRITEX/BOOSTER

BRITANITE

PIROFORT

MAG-FORCEReforar a iniciao de qualquer tipo de explosivo.

SISTEMA DE RETARDO NO ELTRICOORICA BRITANITE

IMBEL

PIROBRS

MAGNUM

TEC HARSEIMEXEL

BRINEL

NONEL

PIRO-NEL

MAG-NEL

TECNELDestinado a retardar em milesegundos, a iniciao das cargas explosivas.

MECANISMOS DE RUPTURA DA ROCHA

A finalidade desmonte por explosivo converter a rocha em vrios fragmentos menores capazes de serem transportados ou escavado por equipamento disponvel. Para isso, so necessrios 4 fatores: i) fragmentao suficiente; ii) deslocamento, movimentao e lanamento da pilha ; iii) reduo dos problemas ambientais; iv) mnimo de dano ao macio remanescente .

FASE DINMICA

A fase dinmica do processo de fragmentao corresponde a ao das ondas de choque. Inicia pela deflagrao da reao qumica do explosivo, termodinamicamente instvel.

Para SCOTT (1996), a fase dinmica corresponde a fase de choque representada pelas ondas de tenso P (compresso) e S (cisalhamento) associadas rpida acelerao da exploso da parede do furo. A passagem da onda de tenso em volta do furo estabelece um estado de tenso semi-esttico.

A fase dinmica finda com o surgimento gradativo das fraturas tangenciais a partir das faces livres.

Quando a onda de choque compressiva possui energia suficiente para alcanar a face livre e retornar refletida com amplitude de tenso superior a resistncia de trao do macio rochoso, resulta em fragmentao adequada.

FASE SEMI-ESTTICA

Esta fase corresponde a ao da presso dos gases de detonao. Trata-se do trabalho mecnico realizado durante o processo de expanso ou descompresso dos gases da detonao. Ao percorrem pelas fendas e pelas microfissuras resultantes da fase dinmica, os gases gerados da detonao agem atravs da ao de cunhas, propagando fendas e fraturas, conforme ilustrado na figura 6. Assim, separam parte do macio rochoso em fragmentos de rochas. A medida em que os gases so liberados, ocorre o lanamento dos blocos, consumando-se o desmonte de rocha propriamente dito (Carlos Magno, 2001).

Figura 6 Fase Semi-esttica

Triturao da rocha

Nos primeiros instantes da detonao, a energia transmitida para o macio rochoso vizinho na forma de uma onda de compresso, ou onda de choque, que se propaga a uma velocidade de 2.000 a 6.000 m/s. A presso da frente da onda de choque, que se expande de forma cilndrica, atinge valores acima de 18.000 atm, superando a resistncia dinmica compresso da rocha, provocando a destruio de sua estrutura inter-cristalina e intergranular.

Fraturamento radial

Durante a propagao da onda de choque, a rocha circundante ao furo submetida a uma intensa compresso radial que induz componentes de trao nos planos tangenciais da frente da onda. Quando as tenses superam a resistncia dinmica trao da rocha, inicia-se a formao de uma zona densa de fraturas radiais ao redor da zona triturada que rodeia o furo.

Reflexo da onda de choque

Quando a onda de choque alcana uma superfcie livre so geradas uma onda de trao e outra de cisalhamento. A onda de trao pode causar fissuramento e fazer a rocha se lascar na regio da superfcie livre. Ambas as ondas de trao e de cisalhamento podem estender as fissuras pr-existentes.

Extenso e abertura de fendas radiais Durante e depois da formao das fendas radiais, os gases comeam a expandir-se e penetrar nas fratura prolongando as mesmas.

Fratura por cisalhamento

Em formaes rochosas sedimentares quando os extratos apresentam distintos mdulos de elasticidades ou parmetros geomecnicos, se produz a rotura nos planos de separao. O fraturamento por cisalhamento ocorre quando uma rocha adjacente deslocada em tempos diferentes ou a velocidades diferentes. O deslocamento causado pelos gases a alta presso.

A figura 7 apresenta um resumo dos principais mecanismo de rotura da rocha.

Figura 7: Principais mecanismo de rotura da rocha.

Ruptura por flexoA presso exercida pelo gases da exploso faz com que a rocha atue como uma viga, produzindo a deformao e fraturamento na mesma pelos fenmenos da flexo (figura 8).

Figura 8: Mecanismo de rotura por flexo.

PLANO DE FOGO - A CU ABERTO

1. Introduo

A partir da dcada de 50 foram desenvolvidas um grande nmero de frmulas e mtodos de determinao das variveis geomtricas: afastamento, espaamento, subperfurao etc. Estas frmulas utilizam um ou vrios grupos de parmetros: dimetro do furo, caractersticas dos explosivos e dos macios rochosos etc.

No obstante, devido a grande heterogeneidade das rochas, o mtodo de clculo do plano de fogo deve basear-se em um processo contnuo de ensaios e anlises que constituem o ajuste por tentativa.

As regras simples permitem uma primeira aproximao do desenho geomtrico dos desmontes e o clculo das cargas. bvio que em cada caso, depois das provas e anlises dos resultados iniciais, ser necessrio ajustar os esquemas e cargas de explosivos, os tempos de retardos at obter um grau de fragmentao, um controle estrutural e ambiental satisfatrios.

2. Desmonte em banco

2.1 Aplicaes

As aplicaes mais importantes so: escavao de obras pblicas e minerao a cu aberto.

2.2 Dimetro da perfurao

A eleio do dimetro de perfurao depende da produo horria, do ritmo de escavao, da altura da bancada e da resistncia da rocha.

Uma produo elevada requer furos maiores. A produo no aumenta linearmente em relao ao dimetro do furo, mas praticamente de uma forma quadrtica, o que depende da capacidade dos diferentes equipamentos de perfurao.

Com regra prtica pode-se dizer que a altura, em metros, econmico de uma bancada dever ser entre 2 a 5 vezes o dimetro do furo em polegadas. Utilizando essa regra, tambm um dimetro razovel de um furo em relao altura da bancada pode ser estimado.

2.3 Altura do banco

A escolha da altura de bancada uma deciso que deve ser tomada levando-se em considerao questes de ordem tcnica e econmica, a saber:

(1) As condies de estabilidade da rocha que compe o macio e a segurana nas operaes de escavao;

(2) O volume de produo desejado, o qual determinar o tipo e o porte dos equipamentos de perfurao, carregamento e transporte;

(3) A maximizao da eficincia no custo total de perfurao e desmonte.

Principalmente quando se considera a reduo dos custos de perfurao e desmonte h uma tendncia mundial por se trabalhar com bancadas altas. Para se entender melhor o porque disto, consideremos o exemplo de uma minerao em bancadas cuja cava tenha 60 metros de profundidade conforme a figura 9 (JOO CARLOS, 1998).

1 CASO 2 CASO

60 m

15 m

10 m

Figura 9 - Comparativo entre a utilizao de bancadas de diferentes alturas para se vencer

o mesmo desnvel.

Conforme se observa, no primeiro caso onde a altura de bancada escolhida foi de 10 m, seriam necessrias 6 bancadas para se atingir os 60 m de profundidade. J no segundo caso, com bancadas de 15 m de altura, seriam necessrias apenas 4 bancadas para se atingir os mesmos 60 m. Ou seja, uma economia de 33 % em nmero de bancadas.

Consideremos agora, que os seguintes tens de custo so iguais ou aproximadamente iguais tanto para a bancada de 10 m quanto para a bancada de 15 m:

(1) A metragem de tampo, por exemplo 1,5 m , a qual responsvel pela maior parte dos fogos secundrios de uma detonao por ser a poro do furo no carregada com explosivos;

(2) A metragem de subfurao, a qual no contribui com nenhum acrscimo para o volume de material detonado;

(3) O consumo de acessrios utilizados na ligao dos furos na superfcie superior da bancada;

(4) A mo-de-obra utilizada no carregamento dos fogos de uma das bancadas;

(5) O perodo de tempo necessrio para evacuao, espera e retorno s reas detonadas, durante o qual as operaes de lavra devem ser suspensas.

Fica claro que todos os tens listados acima, sofreriam uma reduo de 33 % se optssemos pelo segundo caso no exemplo da figura 9.

Todavia, ao adotarmos bancadas mais altas nos deparamos com alguns inconvenientes, os quais podem ou no anular e at suplantar o peso das vantagens obtidas:

(1) A preciso da perfurao torna-se cada vez menor a medida que cresce a coluna de hastes de perfurao, gerando desvios indesejveis que comprometem seriamente os resultados de fragmentao e arranque do p da bancada;

(2) Devido aos mesmos desvios, h sempre um risco de acidentes com ultra-lanamento;

(3) A velocidade de perfurao efetiva cai com o aumento da profundidade perfurada, tanto pela diminuio na velocidade de avano como pelo aumento no ciclo de introduo e remoo das hastes;

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

(5) H um ligeiro aumento na razo de carga.

A altura do banco, tambm, funo do equipamento de carregamento. As dimenses recomendadas levam em conta os alcances e caractersticas de cada grupo de mquinas. A altura do banco pode ser determinada a partir da capacidade da caamba do equipamento de carregamento:

P CARREGADEIRA: H = 5 a 15 (m) ESCAVADEIRA HIDRULICA: H = 4 + 0,45cc (m) ESCAVADEIRA A CABO: H = 10 + 0,57(cc -6) (m)sendo: cc = capacidade da caamba em m3.

Em alguns casos a altura do banco est limitada pela geologia do jazimento, por imperativos do controle da diluio do minrio, por questes de vibrao do terreno durante os desmontes e por razes de segurana. 2.4 Granulometria exigida

funo do tratamento e utilizao posterior do material, e em alguns casos indiretamente da capacidade dos equipamentos de carga.

O tamanho do blocos Tb se expressa por sua maior longitude, podendo apresentar os seguintes valores:

a) Tb < 0,8AD sendo: AD = tamanho de admisso do britador;

b) Material estril que vai para a pilha de deposio controlada, depender da capacidade da caamba do equipamento de carregamento:

Tb <

sendo: cc = capacidade da caamba, em m3 .

Observao: O tamanho timo do bloco , normalmente, aquele cuja relao com a dimenso da caamba do equipamento de carregamento se encontra entre 1/6 e 1/8.

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

2.5 Variveis geomtricas de um plano de fogo

A figura 10 mostra as variveis geomtricas de um plano de fogo.

Figura 10 - Variveis geomtricas de um plano de fogo.

sendo:

H = altura do banco; D = dimetro do furo; L = longitude do furo, d = dimetro da carga; A = afastamento nominal; E = Espaamento nominal; LV = longitude do desmonte; AV = comprimento da bancada; Ae = Afastamento efetivo; Ee = espaamento efetivo; T = tampo; S = Subperfurao; I = longitude da carga; ( = angulo de sada; v/w = grau de equilbrio;

tr = tempo de retardo.

1 = rep; 2 = meia cana do furo; 3 = rocha saliente; 4 = sobreescavao;

5 = fenda de trao; 6 = trincamento do; 7 = cratera; 8 = carga

macio desacoplada.

a) 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.

AFASTAMENTO MUITO GRANDE - A sobreescavao (backbreak) na parede muito severo.

AFASTAMENTO EXCESSIVO - Grande emisso de gases dos furos contribuindo para um ultralanamento dos fragmentos rochosos 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 formula emprica e bastante til para o clculo do afastamento (A) expressa por:

sendo: (e = densidade do explosivo (g/cm3); (r = densidade da rocha (g/cm3);

De = dimetro do explosivo (mm).

CONSIDERAES SOBRE O DESMONTE DE ROCHAS

Um dos fatores que interferem na qualidade do desmonte de rocha a razo entre a altura da bancada (Hb) e o afastamento (A). A tabela 12 tece alguns comentrios acerca desta relao.

Tabela 12: Comentrios a respeito da relao Hb e Afastamento (A). Fonte: (Konya, 1985)

Hb/AFragmentaoOnda area Ultralana-

MentoVibraoComentrios

1RuimseveraSeveroseveraQuebra para trs. No detonar.

Recalcular o plano de fogo.

2RegularRegularRegularRegularRecalcular, se possvel.

3BoaBoaBomBoaBom controle e fragmentao

4ExcelenteExcelenteExcelenteexcelenteNo 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 fila.

No caso de bancada baixa (Hb/A4) 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 engastamento 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 alto riscos para operrios e equipamentos.S = 0,3 A

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:

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 o 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.

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 /cos() 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 :

h) CLCULO DAS CARGAS

Razo Linear de Carregamento (RL)

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 onda a rocha mais presa.

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 desmonte, de reduzi-la cada vez mais para diminuir os custos com explosivos.

Hc = 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 - HcfCarga Total (CT)

A carga total ser a soma da carga de fundo mais a de coluna:

CT = CF + CCh) RAZO DE CARREGAMENTO (RC)

3. EXEMPLOS DE CLCULO DE PLANO DE FOGOExemplo 1Dados:

Rocha: granito so

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/cm3Densidade da rocha: 2,7 g/cm3

Condio de carregamento: furos secos.

a) Clculo do Afastamento (A)

b) Clculo da Subperfurao (S)

S = 0,3 x A = 0,3 x 2,6 m = 0,8 m

c) Clculo da profundidade do furo (Hf)

d) Clculo do Espaamento (E)Como Hb/A = 5,8 ( Hb/A > 4, e utilizaremos elementos de retardos entre os furos 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)

Para o ANFO:

g) Clculo da altura da carga de explosivo (He)

He = Hf - T = 16,6 1,8 = 14,8 mh) Clculo da carga de explosivo (CE)

CE = RLANFO x He = 6,8 Kg/m x 14,8 m = 100,64 kg

i) Clculo do volume de rocha por furo (V)

V = (Hb /cos() x A x E = (15/cos20() x 2,6 x 3,6 = 149,38 m3

j) Clculo da razo de carregamento (RC)

l) Clculo da Perfurao Especfica (PE)

Exemplo 2

Considere os dados do problema anterior, assuma que um total de 4481 m3 de rocha deve ser produzida no desmonte.

Dados:

Custo com explosivos e acessrios:

ANFO: R$0,5/kg 30 Boosters (um por furo): R$3,0 / unidade ( R$3,0 x 30 = R$90,0 2 Retardos de superfcie de 30 ms: R$4,5 / unidade ( 4,50 x 2 = R$9,0 Cordel detonante (581 m): R$0,45/m ( R$0,45 x 581 = R$261,45 2 estopins espoletados: R$0,70 ( R$0,70 x 2 = R$1,40Custo da perfurao da rocha / m: Acessrios da perfuratriz: R$0,27

Mo de obra: R$0,50

Custo do equipamento e compressor: R$0,67

Combustvel, graxas, lubrificantes etc : R$0,40

Total: R$1,84 / 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 : 149,38 = 30

b) Clculo do total de metros perfurados (MP)

MP = NF x Hf = 30 x 16,6 = 498 m

c) Clculo do total de explosivos (TE)

TE = NF x CE = 30 x 100,64 kg = 3019,2 kg

d) Clculo do custo dos explosivos e acessrios (CEA)

Custo com explosivo (CCE):

CCE = ANFO = R$0,5 x 3019,2 Kg = R$1.509,60

Custo com acessrio (CA):

CA = R$90 + R$9 + R$261,45 + R$1,4 = R$361,85

CEA = CCE + CA = R$1.509,60 + R$361,85 = R $1.871,45

e) Clculo do custo da perfurao (CP)

CP = MP x custo/m = 498 m x R$1,84/m = R$916,32

f) Clculo do Custo Total do Desmonte (Perfurao + Explosivos e acessrios) - CTD

CTD = CP + CEA = R$916,32 + R$1.871,45 = R$2.787,77

g) Custo por m3

(R$2.787,77 : 4481 m3) = R$0,62 / m3h) Custo por tonelada

(R$2.787,77 : 4481 m3 x 2,7 g/cm3) = 0,23 / t

Exemplo 3Clculo do Plano de Fogo usando Cartuchos

Dados:

Rocha: Calcrio brando

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.

a) Clculo do Afastamento (A)

EMBED Equation.2

b) Clculo da Subperfurao (S)

S = 0,3 x A = 0,3 x 2,0 m = 0,6 m

c) Clculo da profundidade do furo (Hf)

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 - 2,0 m = 6,2 m

g) Clculo do nmero de cartuchos da carga de explosivo (NCe)

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 = 6,2 m x 3,7 kg/m = 22,9 kg

j) Clculo do volume de rocha por furo (V)

V = Hb/cos15( x A x E = ( 7,5 m / 0,9659) x 2,0 m x 2,7 m = 41,9 m3

k) Clculo da razo de carregamento (RC) RC = CE : V = 22,9 kg : 41,9 m3 = 547 g/m3 = 547 : 2,5 = 219 g/t

l) Clculo da Perfurao Especfica (PE)

ESTUDO DA FRAGMENTAO DA ROCHA

Uma pobre fragmentao, usualmente, resulta em alto custo no desmonte secundrio e alto custo de carregamento, transporte, britagem e manuteno, gerando os seguintes problemas:

Carregamento Transporte - menor enchimento das caambas - atraso na pilha de deposio

- presena de blocos e lajes - pisos irregulares

- pilha baixa e compacta - ngulos acentuados das

- aumento nos custos da das vias de acesso

manuteno - aumento nos custos de

- aumento do ciclo dos caminhes manuteno

escavadeiras e/ou p carregadeira - desgastes dos pneus e/ou das

- aumento do desmonte secundrio correias transportadoras

Britagem Controle do Macio - engaiolamento de blocos no britador - instabilidade dos taludes

- atrasos nas correias - aumento no tempo do

bate-choco

- aumento nos custos da manuteno - sobreescavao do macio

Meio Ambiente

- 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 38 analisa os diversos perfis de uma pilha de rocha desmontada.

As figuras 39-a) e 39-b) mostram a altura da pilha apropriada para a p carregadeira, e para a escavadeira a cabo e hidrulica, respectivamente.

Figura 38 - Perfis de pilhas de rochas desmontadas.

Figura 39: a) altura de pilha apropriada para a p carregadeira;

b) altura da pilha apropriada para escavadeiras a cabo e hidrulica.

EFEITO DOS RETARDOS NOS DESMONTES DE ROCHAS

A iniciao simultnea de uma fila de furos permite um maior espaamento e consequentemente 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;

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 40, 41 e 42 mostram diferentes tipos de ligao.

Figura 40: a) ligao em um banco que apresenta apenas uma face livre;

b) ligao em um banco que apresenta duas faces livres.

Figura 41 - 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 42 - Sistema de iniciao down -the-hole utilizada para evitar cortes na ligao.

MTODOS DE AVALIAO DA PERFORMANCE DO DESMONTE DE ROCHA

Nas operaes mineiras utilizam-se os seguintes mtodos:

anlise quantitativo visual;

mtodo fotogrfico;

mtodo fotogramtrico;

fotografia ultra-rpida

estudo da produtividade dos equipamento;

curva granulomtrica completa (Fragmentation Photoanalysis System - WipFrag);

volume do material que requer fragmentao secundaria (fogacho);

interrupes pela presena de mataces no britador primrio.

ESTUDO DAS ABERTURAS SUBTERRNEAS

ABERTURA DE TNEIS E GALERIAS

1.0 Introduo

O aproveitamento do subsolo, tanto em obras pblicas como na minerao, exige a realizao de tneis, galerias, chamins, crosscuts, poos (shafts) etc., cada dia em maior nmero.

H duas razes para a escavao subterrnea:

utilizao do espao escavado, exemplo: para armazenamento, transporte etc;

uso do material escavado, exemplo: operaes mineiras.

O ciclo bsico das escavaes composto das seguintes operaes:

perfurao dos furos;

carregamento dos furos; disparo do desmonte; evacuao dos fumos e ventilao; batimento de choco; reforamento da rocha (se necessrio); carregamento e transporte do material desmontado; preparao do novo desmonte.2.0 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, shafts, e outras aberturas subterrneas, onde torna-se necessrio criar faces livres artificialmente. 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 fraqueza, mas tambm da habilidade do operador, do equipamento utilizado, do tamanho da frente e da profundidade do desmonte. Os principais tipo de pilo so:

Pilo em centro ou em pirmide (Center Cut) figura 43

Pilo em V (Wedge Cut) figura 44 Pilo Noruegus (The Draw Cut) figura 45 Pilo Coromant figura 46 Pilo queimado ou estraalhante (The Burn Cut) figura 47 Pilo em Cratera Pilo Circular ou Pilo de Furos Grandes

Figura 43 - Pilo em Centro ou em Pirmide

Plano

Vista Frontal

Vista Isomtrica

Figura 44 - Pilo em V (em cunha)

Vista Lateral

Vista Frontal

Vista Isomtrica

Figura 45 - Pilo Noruegus

Figura 46 Pilo Coromant

O pilo queimado o mais utilizado na abertura de tneis e galerias. assim chamado 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. A figura 14 mostra o esquema de um pilo queimado.

Figura 47: Pilo queimado de quatro sees

Figura 48 Vista Lateral e Frontal do Pilo Queimado

O pilo queimado mais apropriado para rochas duras, e rochas homogneas quebradias. Entretanto, sua aplicabilidade pode ser variada em funo do macio rochoso atravs da seleo da multiplicidade de malhas.

Abertura de Tneis e Galerias

3.0 PLANO DE FOGO SUBTERRNEO

3.1 Conceituao

Chama-se plano de fogo o plano que engloba o conjunto dos elementos que permitem uma perfurao e detonao correta de um tnel, galeria, poo etc., atravs do equipamento previsto para este servio e dos tempos necessrios ao cumprimento do cronograma.

A primeira parte de um plano de fogo refere-se determinao do explosivo e sua forma de detonao. Seguem-se a verificao do projeto e o estudo do tempo. A figura 49 mostra as zonas de um desmonte de um tnel ou galeria.

Zona dos furos de Contorno

Zona dos furos de Alvio

Pilo

Zona dos furos

Auxiliares

Zona dos furos do Piso (Sapateira)

Figura 49: Zonas de uma seo de uma galeria ou tnel

3.2 Sistemas de avanos

Em rochas competentes os tneis com sees inferiores a 100 m2 podem ser escavados com perfurao e desmonte seo plena. As escavaes por fase utilizada 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 a plena seo.

A figura 50 mostra os tipos de sistemas de avanos e as perfuraes e um tnel com avano em duas sees. J a figura 51 mostra uma perfurao de um tnel efetuada por um jumbo.

Figura 50: a) tipos de sistemas de avanos; b) tnel com avano em duas sees.

Figura 51: Perfurao de um tnel sendo efetuada por um jumbo

Abertura de Tneis e Galerias

a) Seo Plena

3.3 Elementos do Plano de Fogo para um pilo de quatro sees

a) Avano por desmonte

O avano no desmonte limitado pelo dimetro do furo de expanso e o desvio dos furos mdios X pode chegar a 95% da profundidade dos furos L, isto :

X = 0,95L

Nos furos de quatro sees a profundidade dos furos pode ser estimada com a seguinte expresso:

L = 0,15 + 34,1D2 - 39,4D22 onde: D2 = dimetro do furo vazio (m).

Quando se utiliza pilo de dois furos vazios em lugar de um s de mesmo dimetro, a equao anterior continua sendo vlida fazendo:

f.5) Furos intermedirios acima do pilo:

DESMONTE DE PRODUO

DESMONTE DE PRODUO

FIGURA 66 PERFURAO DO REALCE

Figura 67 - Perfurao no Mtodo de Furos Longos

PLANO DE FOGO PARA O DESMONTE ESCULTURAL

1. Introduo

O desmonte escultural, tambm chamado de detonao controlada, pode ser considerado como a tcnica de minimizar-se as irregularidades provocadas na rocha pelo ultra-arranque (backbreak) nos limites da escavao, quando se usa explosivos.

O ultra-arranque ou sobreescavao ocorre quando a resistncia compresso dinmica do macio rochoso excedida. Se a resistncia compresso dinmica for igual a presso mxima do explosivo, a mesma no produzir a quebra da parede no limite da escavao.

As conseqncias negativas que derivam do ultra-arranque (quebra para trs) so as seguintes:

( maior diluio do minrio com o estril, nas zonas de contato, nas minas metlicas;

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

( aumento do custo de concretagem nas obras civis: tneis, centrais hidrulicas, cmaras de armazenamento, sapatas, muralhas etc.;

( necessidade de reforar a estrutura rochosa residual, mediante custosos sistemas de sustentao: tirantes, cavilhas, split set, cintas metlicas, revestimento e/ou jateamento de concreto, redes metlicas, enchimento etc.;

( manuteno do macio residual com um maior risco para o pessoal da operao e equipamentos;

( aumento da vazo da gua na zona de trabalho, devido a abertura e prolongamento das fraturas e descontinuidades do macio rochoso.

Nas mineraes a cu aberto, no controle dos taludes finais, podem produzir as seguintes vantagens:

( elevao do ngulo do talude, conseguindo-se um incremento nas reservas recuperveis ou uma diminuio da taxa de lavra (estril/minrio);

( reduo dos riscos de desprendimento parciais do talude, minimizando a necessidade de bermas largas, repercutindo positivamente sobre a produo e a segurana nos trabalhos de explotao;

( tornar seguro e esttico os trabalhos de desmonte relacionados engenharia urbana.

Paralelamente, nos trabalhos subterrneos a aplicao dos desmonte de contorno tem as seguintes vantagens:

( menores dimenses dos pilares nas explotaes e, por conseguinte, maior recuperao do jazimento;

( melhora a ventilao, devido ao menor atrito entre o ar e as paredes das galerias;

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

( menor risco de danos perfurao prvia, no caso do mtodo de lavra VCR (Vertical Crater Retreat).

Assim pois, os esforos destinados aplicao do desmonte escultural, nas obras subterrneas e a cu aberto, so justificados por motivos tcnicos, econmicos e de segurana.

2. Presso produzida no furo durante a detonao do explosivo

O pico da presso exercida pela expanso dos gases, depende primariamente da densidade e da velocidade de detonao do explosivo. As presses podem ser calculadas usando a seguinte expresso:

sendo:

PF= presso da carga da coluna de explosivo acoplada ao furo (MPa);

(= densidade do explosivo (g/cm3);

VD= velocidade de detonao de um explosivo confinado (m/s);

Quanto menor a presso da carga da coluna de explosivo, menor ser o ultra-arranque.

3. Desacoplamento e espaadores

O ultra-arranque pode ser reduzido atravs do desacoplamento das cargas e espaadores. A razo entre o dimetro da carga de explosivo (d) e o dimetro do furo (D) a medida do desacoplamento entre as cargas de explosivos e as paredes dos furos (d/D < 1). As cargas so espaadas atravs da separao de pores da coluna de explosivos, atravs do uso de material inerte (argila, detritos da perfurao, madeira etc.).

A reduo da presso de detonao da carga de explosivo, decorrente da expanso dos gases na cmara de ar (colcho de ar) pode ser quantificada a partir da seguinte expresso:

onde:

PE= presso efetiva (amortecida), MPa;

Cl= quociente entre a longitude da carga de explosivo e da longitude da carga de coluna (Cl = 1, para cargas

contnuas, isto , sem espaadores);

d= dimetro da carga de explosivo (polegadas ou mm);

D= dimetro da perfurao (polegadas ou mm).

Dessa maneira a presso do furo drasticamente reduzida atravs do desacoplamento.

Nesse artigo abordaremos os seguintes tipos de desmonte escultural: pr-corte (pre-splitting) com cargas desacopladas ou espaadas e pr-corte com o sistema Air deck.

O mtodo do pr-corte (figura 69) compreende uma carreira de furos espaadamente prximos, perfurados ao longo da linha limite da escavao. Os furos so carregados levemente com um explosivo apropriado, e so detonados antes que qualquer escavao nas adjacncias tenha sido executado. Acredita-se que este procedimento cria uma fratura aberta, necessria para dissipar a expanso dos gases provenientes da escavao principal.

Figura 69: Mtodo do Pr-corte (pre-splitting)

4. Regras empricas para o clculo do plano de fogo do desmonte escultural

4.1 Plano de fogo ara o pr-corte com carga contnua ou desacopladas

As seguintes regras empricas podem ser utilizadas para o clculo do plano de fogo:

( Espaamento entre os furos: 10 a 12 vezes o dimetro do furo (em metros);

( Longitude do tampo: 0,6 a 1,5 m, dependendo do dimetro do furo;

( Distncia da linha do pr-corte linha de furos mais prxima de produo: 15 a 20

vezes o dimetro do furo (em metros).

Desmonte de pr-corte com carga contnua desacoplada (figura 1)

Desacoplamento entre a carga de explosivo e o furo (d/D): 0,4 a 0,6; sendo (d) o dimetro do explosivo e (D) o dimetro da perfurao;

Desmonte de pr-corte com espaadores de ar ou material inerte (figura 2)

Para o clculo da distncia entre os cartuchos ou as cargas utiliza-se a seguinte frmula:

onde: X = distncia entre os cartuchos ou cargas (m); L = comprimento do cartucho ou

da carga de explosivo (m); M = massa do cartucho ou carga do explosivo espaada (g);

R = Razo linear de carregamento desejada (g/m).

A literaratura recomenda as seguintes razes lineares de carregamento em funo do dimetro do furo:

Dimetro do furo (mm) Razo linear (g/m)

38 140

51 190 64 250

76 450

89 650

102 800

114 1100

Observao: Uma boa indicao e fazer a distncia X igual ao comprimento do cartucho utilizado.

5. Pr-corte com o sistema air deck

O pr-corte com Air deck refere-se a um sistema no qual combina o efeito do explosivo com uma cmara de ar no furo da perfurao. Esse sistema difere do tradicional de carga slida. O ar se forma ao remover parte da quantidade de explosivo normalmente utilizado em uma carga slida. O Multiplug consiste de uma bolsa inflada de ar com uma presso aproximadamente de 7 psi, cujo objetivo de reter os gases por um certo tempo, que colocada a um nvel de profundidade determinado, vindo logo abaixo do tampo (figura 72).

Tampo Tampo

Tampo Multi

Plug

Carga Desacoplada Cargas

Espaadas

Carga

Fig.70 - Pr-corte com carga contnua Fig. 71 - Pr-corte com cargas Fig. 72 - Pr corte

desacoplada. Espaadas com ar com o

ou material inerte Air-deck

O mtodo de desmonte escultural com AIR DECK diminui a presso inicial dos gases produzidos pela exploso, e incrementa o confinamento dos gases e tempo de ao da exploso sobre a rocha. O princpio bsico o de permitir que a energia potencial do explosivo seja transferida ao meio slido em uma seqncia de pulsos em vez de uma expanso instantnea. Essa nova tcnica apresenta as seguintes vantagens em relao a tcnica do pr-corte com cargas desacopladas ou cargas espaadas:

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

( obteno de taludes mais altos e seguros, pela diminuio de fraturas que penetram nos bancos;

( diminuio dos nveis de vibrao do terreno provocado pelo desmonte escultural;

permite usar o mesmo dimetro de perfurao que utilizado na produo, evitando-se a necessidade de usar uma segunda perfuratriz.

PLANO DE FOGO PARA O PR-CORTE COM O SISTEMA AIR-DECK

Regras prticas para o clculo do desmonte escultural com o sistema AIR DECK

( Espaamento dos furos: (16 a 24) vezes o dimetro do furo (em metros);

( Longitude do tampo: (12 a 18) vezes o dimetro do furo (em metros);

( Carga de explosivos por furo (Q): (0,4 a 1,4) x H x E (em kg), sendo: H = prof. do furos, E =