55131990 Desmonte de Rochas Com Explosivos

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINAS

ESCOLA DE MINAS

UFOP

CURSO DE MIN 210 - OPERAES MINEIRAS

PROFESSOR VALDIR COSTA E SILVADEMIN

e-mail: [email protected]

Maro, 2009.

1. PERFURAO DE ROCHA

1.1 OBJETIVO

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

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Prof. Valdir Costa e Silva


1.2 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 PERFURAO

Existem 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); martelo de fundo de furo ou furo abaixo (Down the Hole, mtodo roto-

percussivo).

Perfurao por percusso: Tambm conhecido por perfurao por martelo, o mtodo mais comum de perfurao para a maioria das rochas, os martelos podem ser acionados a ar comprimido ou hidrulicos.

A perfurao rotopercussiva o sistema mais clssico de perfurao e o seu aparecimento coincide com o desenvolvimento industrial do sculo XIX. As primeiras mquinas, prottipos de Singer (1838) e Couch (1848), utilizavam vapor para o seu acionamento, mas foi com a aplicao posterior do ar comprimido como fonte de energia (1861) que este sistema evoluiu e passou a ser utilizado de forma intensa (Jimeno,1994).

As perfuratrizes rotopercussivas geralmente exercem um papel menor quando comparadas comas mquinas rotativas nas operaes mineiras a cu aberto. Sua aplicao limitada produo das pequenas minas, perfurao secundria, trabalhos de desenvolvimento e desmonte controlado. Porm, o sistema de furo abaixo ou de

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fundo de furo (down the hole) com dimetro de perfurao na faixa de 150 mm (6) a 229 mm (9) vem ganhado campo de aplicao nas rochas de alta resistncia por propiciar maiores taxas de penetrao quando comparadas com o mtodo rotativo.Estas perfuratrizes possuem dois sistemas de acionamento bsicos, 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 figura 2. O surgimento dos martelos hidrulicos na dcada de 70 deu novo impulso a este mtodo de perfurao, ampliando o seu campo de aplicao.

Figura 2 Componentes bsicos do martelo de superfcie

Os equipamentos roto-percussivos se classificam em dois grandes grupos, segundo a posio do martelo:

martelo de superfcie (Top-Hammer);

martelo de fundo de furo (Down The Hole).

Por muitos anos estes equipamentos foram operados, exclusivamente, usando martelos pneumticos. Nos ltimos 15 anos mquinas hidrulicas tm sido introduzidas no mercado. O alto custo de capital das perfuratrizes hidrulicas compensado por um menor custo operacional e maior produtividade quando comparadas com mquinas pneumticas (Crosby, 1998).

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A perfurao rotopercussiva se baseia na combinao das seguintes aes: Percusso: os impactos produzidos pelas batidas do pisto do martelo

originam ondas de choque que se transmitem rocha. Rotao: com este movimento se faz girar a broca para que se produzam

impactos sobre a rocha em diferentes posies. Presso de avano: para se manter em contato a ferramenta de perfurao

e a rocha, exercida um presso de avano sobre a broca de perfurao. Fluido de limpeza: o fluido de limpeza permite extrair os detritos do fundo

do furo.Em resumo, na perfurao percussiva o pisto transmite energia sobre a rocha atravs da barra de percusso, das unies, da haste de perfurao e da broca. O motor de rotao ao encontrar rocha nova, rompe os cortes em pedaos ainda menores. O ar comprimido efetua a limpeza dos furos e a refrigerao das brocas.

Perfuratrizes Pneumticas

Segundo 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; um pisto que com o seu movimento alternativo golpeia o punho de

perfurao, o qual transmite a onda de choque haste; uma vlvula que regula a passagem de ar comprimido em volume fixado e

de forma alternada para a parte anterior e posterior do pisto; um mecanismo de rotao para girar a haste de perfurao; 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

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para a coroa. A cada haste adicionada na coluna de perfurao maior a perda de energia devido a reflexo da energia nas conexes e luvas de perfurao.

O campo de aplicao das perfuratrizes pneumticas de martelo de superfcie est se reduzindo cada vez mais, devido baixa capacidade de perfurao em rochas duras, profundidade (em torno de 15 m), ao dimetro de perfurao (de 50 a 100 mm) e ao alto consumo de ar comprimido, aproximadamente, 2,4 m3/min por cada cm de dimetro, alm de apresentar alto desgaste das ferramentas de perfurao: hastes, punhos, coroas, mangueiras etc., em funo da freqncia de impacto e na forma de transmisso da onda de choque do pisto de grande dimetro (Svedala Reedrill, sd.).

Perfuratrizes hidrulicas

No final da dcada de 60 e incio da dcada de 70 houve um grande avano tecnolgico na perfurao de rochas com o desenvolvimento dos martelos hidrulicos.Uma perfuratriz hidrulica consta basicamente dos mesmos elementos construtivos de uma pneumtica. A diferena mais importante entre ambas que no lugar de se utilizar ar comprimido, gerado por um compressor acionado por um motor diesel ou eltrico, para o acionamento do motor de rotao e para produzir o movimento alternativo do pisto do martelo, utiliza-se um grupo de bombas que acionam estes componentes.As razes pela qual as perfuratrizes hidrulicas possuem uma melhor tecnologia sobre as pneumticas so as seguintes (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 de perfurao; maior velocidade de penetrao: a energia liberada em cada impacto do

martelo superior a do martelo pneumtico, resultando em maiores taxas de penetrao;

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melhores condies ambientais: a ausncia de exausto de ar resulta em menores nveis de rudo quando comparadas com perfuratrizes pneumticas;

maior flexibilidade na operao: possvel variar a presso de acionamento do sistema, a energia por impacto e a freqncia de percusso do martelo;

maior facilidade para a automao: os equipamentos so muito mais aptos para a automao das operaes, tais como a troca de haste e mecanismos antitravamento da coluna de perfurao.

Martelos de Fundo (Down The Hole DTH)

Os martelos de fundo de furo foram desenvolvidos na dcada de 50 e, originalmente, eram utilizados para aumentar a taxa de penetrao em rochas duras e muito duras. Neste mtodo, o martelo e a broca de perfurao permanecem sempre no fundo do furo, eliminando as perdas de energia ao longo da coluna de perfurao.A principal aplicao deste mtodo a perfurao em rochas duras quando se usa brocas de 152 a 229 mm (6 a 9). Para estes dimetros, os rolamentos das brocas tricnicas so demasiadamente pequenos para suportar grandes cargas verticais (presso de avano), o que se traduz em baixa taxa de penetrao e altos custos. Este mtodo possui as seguintes caractersticas: devido a posio do martelo e da broca evita a perda de energia ao longo

das hastes de perfurao; necessita de moderada fora de avano (250 a 500 lbf/in de dimetro de bit)

em comparao com o mtodo rotativo (3000 a 7000 lbf/in). Elimina a necessidade de hastes pesadas e altas presses de avano;

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

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requer menor torque de rotao e a velocidade de rotao (rpm) muito menor em comparao com o mtodo rotativo. A faixa normal de operao de 10 a 60 rpm;

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.Quando perfuramos por este mtodo, usando brocas tricnicas, a energia transmitida para a broca por um tubo, que gira e pressiona o bit contra a rocha. Os botes de metal duro so pressionados na rocha, causando o fraturamento desta, de acordo basicamente com o mesmo princpio da perfurao por percusso. A velocidade normal de rotao de 50 a 90 rev/min.

1.5 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, 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.

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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.

1.6 FONTES DE ENERGIA

As fontes primrias de energia podem ser: motores diesel ou motores eltricos. Nas perfuratrizes com um dimetro de perfurao acima de 9 (230 mm) generalizado o emprego de energia eltrica a mdia tenso, alimentando a perfuratriz com corrente alternada com cabos eltricos revestidos.Porm, se a lavra seletiva e h grande necessidade de deslocamento do equipamento de perfurao, pode-se adotar mquinas a motor diesel. As perfuratrizes mdias e pequenas, que so montadas sobre caminhes, podem ser acionadas por motores a diesel. Segundo Jimeno (1994), uma diviso mdia da potncia instalada nestas unidades para os diferentes mecanismos a seguinte: Movimento de elevao e translao: 18% Rotao: 18% Avano: 3% Nivelamento: 2% Limpeza dos detritos com ar comprimido: 53% Equipamentos auxiliares: 3 % Outros: 3%.Nota-se na distribuio de energia, acima, a grande importncia do ar e da potncia de rotao para o mtodo rotativo.Os equipamentos eltricos tm um custo de 10 a 15% mais baixo que os de acionamento a diesel. Estes ltimos so selecionados quando a regio da explotao no dispe de adequada infra-estrutura de suprimento de energia eltrica ou quando a mquina montada sobre caminho (Jimeno, 1994).

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1.7 SISTEMA DE ROTAO

Com o objetivo de girar as hastes e a broca para efetuar a perfurao, as perfuratrizes possuem um sistema de rotao montado, geralmente, sobre uma unidade que desliza no mastro da perfuratriz. Esta unidade geralmente denominada de cabea rotativa.O sistema de rotao constitudo por um motor eltrico ou um sistema hidrulico. O primeiro utilizado nas mquinas de maior porte, pois aproveita a grande facilidade de regulagem dos motores de corrente contnua, num intervalo de 0 a 100 rpm (Jimeno, 1994). J o sistema hidrulico consiste de um circuito hidrulico com bombas de presso contnua, com um conversor, para variar a velocidade de rotao do motor hidrulico.

A figura 3 mostra os principais componentes de um sistema de perfurao rotativa: ar comprimido, sistema de elevao e avano, motor de rotao, cabea rotativa, haste, estabilizador e broca.

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Figura 3: Principais componentes de um de um sistema de perfurao rotativoFonte: Jimeno, 1994.

1.8 SISTEMA DE AVANO E ELEVAO

Para se obter uma boa velocidade de penetrao na rocha necessrio a aplicao de uma determina fora de avano, que depende, tanto da resistncia da rocha, como do dimetro que se pretende utilizar. Como o peso da coluna de perfurao (hastes, estabilizador e broca) no suficiente para se obter a carga necessria, preciso aplicar foras adicionais que so transmitidas exclusivamente atravs de energia hidrulica.

Existem basicamente quatro sistemas de avano e elevao, que so:

cremalheira e pinho direto;

corrente direta;

cremalheira e pinho com corrente;

cilindros hidrulicos.

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Cabea Rotativa

Ar Comprimido

Haste

Broca

Sistema de Elevao e Avano

Motor de Rotao: Eltrico ou Hidrulico

EestabEilidador Estabilizador

Estabilizador

bit


1.9 PRINCIPAIS CARACTERSTICAS DAS BROCAS TRICNICAS

As brocas tricnicas so 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 tungstnio. As brocas com dentes de face dura ou cobertura endurecida so denominadas de brocas dentadas e as de insertos de tungstnio so denominadas de brocas de botes (Karanam & Misra, 1998).

Na perfurao rotativa, a broca ataca a rocha com a energia fornecida pela mquina haste de perfurao, que transmite a rotao e o peso de avano (carga) para a broca. O mecanismo de avano aplica uma carga acima de 65% do peso da mquina, forando a broca em direo rocha. A broca quebra e remove a rocha por uma ao de raspagem em rochas macias, esmagamento-triturao-lasqueamento em rochas duras ou por uma combinao destas aes (Crosby, 1998). A figura 4 ilustra este modelo de corte.

Figura 4: Modelo fsico de penetrao para o mtodo rotativoFonte: Karanam & Misra, 1998.

As brocas tricnicas consistem de trs componentes principais: os cones, os rolamentos e o corpo. Os cones so montados sobre os eixos dos rolamentos os quais so partes integrantes do corpo da broca. Os elementos cortantes dos

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cones consistem de linhas circunfernciais de dentes salientes (ex.: botes ou dentes).

1.10 CARACTERSTICAS DOS FUROS

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

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; o tipo de explosivo a ser utilizado, a vibrao admissvel do terreno durante a detonao etc. Em grandes pedreiras e outras mineraes a cu aberto, furos de grande dimetro apresentam menores custos de perfurao e detonao por m3 ou tonelada de rocha escavada. Nas minas subterrneas, as dimenses dos equipamentos de perfurao so determinadas pelo mtodo de lavra adotado. Em trabalhos menores, o dimetro do furo pode tambm ser determinado pelo tamanho do equipamento disponvel para perfurao, carregamento e transporte.A eleio do dimetro dos furos depende, tambm, da produo horria, do ritmo da escavao e da resistncia da rocha. A figura 5 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.

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Figura 5: Influncia do dimetro no n. de furos, na fragmentao da rocha, na altura da pilha e no porte do equipamento de carregamento.

A figura 6 mostra a relao entre o dimetro de perfurao e a seo do tnel ou galeria e o tipo de equipamento de perfurao.

Figura 6: Influncia do dimetro da perfurao no tamanho da seo da galeriaProfundidade dos furos

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A profundidade do furo determina a escolha do equipamento de perfurao. Em espaos confinados somente ferramentas de perfurao curtas podero ser usadas.No caso de maiores profundidades (50 a 70 m ou mais) utiliza-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.

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.

Estabilidade do furo

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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.

1.11 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 ultralanamentos dos fragmentos rochosos.

1.12 MALHAS DE PERFURAO

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

A

E

a) malha 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 estagiadas: devido a geometria de furos alternados dificulta a perfurao (maior tempo de locomoo furo a furo), porm possui melhor distribuio do explosivo no macio rochoso.

Malha Tringulo Eqiltero: 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 eqiltero, o ponto mais crtico para fragmentao, recebe igual influncia dos trs furos circundantes.

Malhas alongadas: : Conforme a relao E/A as malhas podem assumir vrias configuraes. As malhas alongadas possuem elevada relao E/A, geralmente acima de 1,75. So indicados para rochas friveis/macias aumentando o lanamento por possurem menor afastamentos.

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1.13 SELEO DOS DIFERENTES TIPOS DE PERFURATRIZES

A tabela 1 apresenta um resumo dos fatores que devem ser avaliados durante o processo de seleo do mtodo e equipamento de perfurao. Durante o processo de seleo do mtodo e do equipamento de perfurao necessrio discutir e adequar estes fatores s caractersticas da jazida ou mina, de forma a se fazer a melhor escolha.

Tabela 1 - Fatores para seleo dos diferentes tipos de perfuratrizes. Fonte: Moraes, 2001

1.14 CLCULO DOS COMPONENTES DA PERFURATRIZ

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Fatores Perfuratriz rotativa Perfuratriz de martelo de supercie Perfuratriz de martelo de fundo de furo

Dimetro do furo, mm

165 a 228 em rocha macia a mdia 250 a 432 em

todas formaes, inclundo muito dura.

38 a 127. 152 a 228 em formaes mdia a muito dura; dimetros menores em furos longos.

Tipo de rocha Formaes na faixa de macia a muito dura.

Mdia a muito dura. Media a muito dura. Restries em rochas muito fraturadas.

Profundidade mxima do furo, m

Maior que 60 m. Menor que 20 m. Maior que 60 m.

Volume de ar requerido

Grandes vazes para se ter uma limpeza eficiente do

furo.

O ar tem dupla funo: limpeza do furo e acionamento do martelo. No pode

usar presses to altas como no martelo de fundo. Mquinas hidrulicas

reduzem bastante o consumo de ar.

A taxa de penetrao aumenta com o aumento da presso de ar, mas o volume de

ar requerido tambm.

Avano (pulldown) requerido

Baixo em formaes macias a muito alto em

rochas duras.

Altas taxas de penetrao podem ser alcanadas com menores presses de

avano.

Boa penetrao com menos carga de avano.

Velocidade de rotao, rpm

Requer alta velocidade em rocha macia e velocidades

mais baixas em rocha dura.

Rotao para o bit aproximadamente de 100 a 120 rpm para furos de 64 mm, em rocha macia; em rocha dura, 75 a

100 rpm para furos de 64 mm e 40 a 50 rpm para furos de 127 mm.

Opera com menores velocidades de rotao: 30 a 50 rpm para rocha macia; 20 a 40 para

rochas intermedirias e 10 a 30 rpm para rochas duras.

Taxa de penetrao

Aumenta com o aumento do dimetro da broca;

diminui com o aumento da resistncia da rocha.

Taxas iniciais mais altas que o mtodo de martelo de fundo. Taxa cai com

cada haste adicionada. Taxa decresce com o aumento do dimetro.

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

Nveis de rudo Geralmente baixo.Rudo crtico: imacto do martelo e ar

comprimido. Mquinas hidrulicas possuem menor nvel de rudo.

Nvel de rudo mais baixo que o mtodo de martelo de superfcie. Rudo dissipado

dentro do furo.

a) Nmero de furos por dia (Nf )

df

F NxHxExAVAN =

sendo:VA = volume anual (m3); A = afastamento (m); E = espaamento (m); Hf = comprimento do furo (m); Nd = dias trabalhados por ano.

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 = 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) Nmero de perfuratrizes necessrias (NP)

MPxNPNP

d

T=

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

- Malha de perfurao: Afastamento (A) = 2,5 m; Espaamento = 5,0 m; Altura do banco = 10 m; Inclinao dos furos = 0; Dimetro da perfurao = 4 (102 mm)

Taxa de penetrao da perfuratriz: 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:- bits (coroas) : 2.500 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).

a) Nmero de furos por dia (Nf )

NV A

A x E x H x x x xF f= = =

3651000000

2 5 5 10 36522

. .,

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)

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MP = NH x TP x DM x RMO x U = 8 x 40 x 0,85 x 0,8 x 0,8 = 174,08 m

e) Nmero de perfuratrizes necessrias (NP)

NPPx MP xT

= = =

36580300

365 174081 26

.,

,

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)

KH C

C xf

=

+=

+=

21 0 32 3

2 1 7,

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

N e NP x K

vidautilx

H LT

= = =

8030 0 2 171500

116. ,

g) Nmero de punhos (NP)

NP

vidautilPT

= = =

803002 500

32..

h) Nmero de coroas (NB)

21

322500300.80

utilvidaP

N TC ===

1.15 CLCULO DO CUSTO TOTAL DA PERFURAO

Custo Total da Perfurao/m (CTP)

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

C T PAM

DV P

= +

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:

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- 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:

CTPUS

mUS h

m hUS m= + =

$ ..

$ //

$ , /5356

3000450

2519 785

Broca especial XP:

CTPUS

mUS h

m hUS m= + =

$ ..

$ /, /

$ , /6169

3000450

27 518 420

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).

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2. PROPRIEDADES E SELEO DE EXPLOSIVOS

2.1 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.

2.2 EXPLOSIVOS

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.

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

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para o ser humano, especialmente em trabalhos subterrneos, esses gases reduzem a temperatura da reao ladres de calor e conseqentemente, 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.

2.3 PROPRIEDADES DOS EXPLOSIVOS

Densidade de um explosivo

Densidade a relao entre a massa e o volume dessa massa, medida em g/cm3. A densidade dos explosivos comerciais varia de 0,6 a 1,45 g/cm3. A densidade dos explosivos um fator importante para a escolha do explosivo. Os explosivos com densidade inferior ou igual a 1 no devem ser utilizados em furos contendo gua, para evitar que os mesmos biem. Para detonaes difceis, em que uma fina fragmentao desejada, recomenda-se um explosivo denso. Para rochas fragmentadas in situ, ou onde no requerida uma fragmentao demasiada, um explosivo pouco denso ser suficiente.

Energia de um explosivo

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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:

RWSETxETp

=

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

Exemplo 1: Considere como o explosivo padro, o ANFO que apresenta as seguintes propriedades: densidade = 0,85 g/cm3; Energia termoqumica = 900 cal/g.Clculo da Energia Relativa por Massa (RWS) do explosivo emulso que apresenta as seguintes propriedades: densidade = 1,15 g/cm3; Energia termoqumica = 850 cal/g.

g/cal900g/cal850

ETpETxRWS ==

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RWS = 0,944 ou RWS = 94,4. Uma unidade de massa da emulso possui 5,6 % a menos de energia quando comparada com a mesma unidade de massa do ANFO.

- RBS - Relative Bulk Strength (Energia relativa por volume): a energia disponvel por volume de um explosivo x, comparada com a energia disponvel por igual volume de um explosivo tomado como padro. Isto :

R B SE TxE Tp

xxp

R W S xxp

= =

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

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

3

3

cm/g85,0cm/g15,1

xg/cal900g/cal850

pxx

ETpETxRBS =

=

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

Balano de Oxignio de um explosivo e Energia de exploso (Hf) A maioria dos ingredientes dos explosivos e composto de oxignio, nitrognio, hidrognio e carbono. Para misturas explosivas, a liberao de energia otimizada quando o balano de oxignio zero. Balano zero de oxignio definido como o ponto no qual uma mistura tem suficiente oxignio para oxidar completamente todos os combustveis (leo diesel, serragem, carvo, palha de arroz etc.) presentes na reao, mas no contm excesso de oxignio que possa reagir com o nitrognio na mistura para formao de NO e NO2 e nem a falta de oxignio que possa gerar o CO, pois alm de altamente txicos para o ser humano, esses gases reduzem a temperatura da reao e, conseqentemente, diminuem o potencial energtico e a eficincia do explosivo.

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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 Tabela 2 - Clculo da necessidade de oxignio para equilibrar a equao.

Composto Frmula Produtos desejados na reao

Necessidade (-) ou excesso (+) de oxignio

Nitrato de amnioleo diesel

N2H403CH2

N2, 2H2OCO2, H2O

+ 3 - 2 = + 1- 2 - 1 = - 3

Necessidades de oxignio: -3

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 + 3N2Clculo das percentagens de N2H403, CH2 por massa de mistura de AN/FO:

Usando as massas moleculares da tabela 3, podemos calcular a soma das massas moleculares dos produtos a partir das massas atmicas: Al = 27; C = 12; O = 16; H = 1; N = 14.

Tabela 3 - Clculo da soma da massa molecular dos produtos da reao.

Composio Massa molecular (g) 3N2H403 3 x 80 = 240 CH2 14 Total 254

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A percentagem do nitrato de amnio na mistura, ser:

(240 : 254) x 100% = 94,5%

Ento sabemos que 240 g de nitrato de amnio reagem com 14 g de carbono quando o balano perfeito, quer dizer, o leo deve representar, em massa:

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

Calor de Formao ou Energia de Exploso (Hf)

Por definio, a energia da exploso (Hf) a diferena entre o calor de formao dos produtos (Hp) e o calor de formao dos reagentes (Hr), isto :

Hf = Hp - Hr

Utilizando os valores da entalpia da tabela 4, teremos:

Tabela 4 - Entalpia de Formao para diferentes compostos

Composto Hf (kcal/mol)

N2H4O3 (nitrato de amnio) -87,30

H20 -57,80

CO2 -94,10

CH2 (leo diesel) - 7,00

CO -26,40

N 0

NO + 21,60

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NO2 + 8,10 Al2O3 (alumina) -399,00

Hp = -94,10 + 7(-57,80) + 3(0) Hp = -498,7 kcal

Hp = 3(-87,30) - 7 Hp = -268,9 kcal

Hf = Hp - Hr = -498,7 kcal - (-268,9) kcal = -229,8 kcal

Transformando para cal/g:

-229,8 x 1000 / 254 g Hf = - 905 cal/g

Velocidade e Presso de detonao de um explosivo

A velocidade de detonao de um explosivo (VOD) o ndice mais importante do desempenho do mesmo, desde que a presso de detonao de um explosivo diretamente proporcional ao quadrado da velocidade de detonao, conforme a expresso abaixo. Uma maneira de avaliar o desempenho de um explosivo pela comparao da presso produzida no furo durante a detonao. Caso a presso produzida no furo durante a detonao no supere a resistncia dinmica da rocha, a mesma no ser fragmentada, entretanto a energia no utilizada no processo de fragmentao e deslocamento da rocha se propagar no terreno sob a forma de vibrao. O pico da presso exercida pela expanso dos gases, depende primariamente da densidade e da velocidade da detonao. As presses podem ser calculadas usando a seguinte equao:

62

10x4

VODPF =

sendo:

30


PF = presso produzida no furo, quando o explosivo est completamente acoplado ao furo (GPa); = densidade do explosivo (g/cm3);VOD = velocidade de detonao de um explosivo confinado (m/s).Para a medio da VOD do explosivo, pode-se 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 o desempenho do explosivo quando iniciado com diferentes escorvas, acessrios e diferentes materiais utilizados para o confinamento do tampo;

verificar se os explosivos e acessrios esto detonando de acordo com o valor fornecido pelos fabricantes.

Sensibilidade iniciao

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

Dimetro crtico

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As cargas de explosivos com forma cilndrica tm um dimetro abaixo do qual a onda de detonao no se propaga ou propaga-se com uma velocidade muito baixa. 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.

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, xidos de Nitrognio e Gs Sulfdrico. Os gases nocivos ao ser humano, quanto ao nvel de toxidade, so classificados como:

- Classe 1 - no txicos (menor que 22,65 l/kg);- Classe 2 - mediamente txicos (de 22,65 a menos de 46,7 l/kg);- Classe 3 - txicos (de 46,7 a menos de 94,8 l/kg).

A toxidez dos gases da exploso avaliada pelo balano de oxignio (BO). Isto quer dizer que, o oxignio que entra na composio do explosivo pode estar em falta ou em excesso, estequiometricamente, resultando uma transformao completa ou incompleta. Quando a transformao completa, os produtos resultantes so CO2, H2O e N2, todos no txicos. Na realidade pequenas propores de outros gases (NO, CO, NH3 e CH4 etc.) tambm so gerados, mas no comprometem a boa qualidade dos produtos finais.A pesquisa do BO de um explosivo, apresenta uma grande importncia prtica, no s do ponto de vista da formao dos gases txicos, mas, porque ela est correlacionada com a energia da exploso, o poder de ruptura e outras propriedades do explosivo usado. O mximo de energia conseguido quando o BO zero. Na prtica, esta condio utpica (Reis, 1992).

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Os explosivos podem ser representados pela frmula geral: CaHbOcNdXe, onde X um metal.Consideremos o caso da decomposio de um explosivo que no recebe elementos metlicos. Para uma transformao completa, teramos:

CaHbOcNd = xCO2 + yH2O + zN2

Equilibrando a equao:

a = x; b = 2y; d = 2x + y; c = 2x + y c = 2a + b/2 , quando ento a transformao completa, tendo em vista os produtos de reao.Exemplo:

Nitroglicerina: C3H5O9N3Oxignio existente na molcula: 9 tomosOxignio necessrio: c = 2a + b/2 = 2 x 3 + 5/2 = 8,5 tomos

H, portanto, um excesso de 0,5 tomo de oxignio.

Considerando que o peso molar da NG de: 3 x 12 + 5 x 1 + 9 x 16 + 3 x 14 = 227 gramas.

BO = 3,52%

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

Resistncia gua

a capacidade que um explosivo tem de resistir a uma exposio gua durante um determinado tempo, sem perder suas caractersticas. A resistncia

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%1002278%100 xx

rinanitroglicedamolecularPesooxigniodeexcessodomolecularPesoBO ==


de um explosivo gua pode ser classificada como: nenhuma, limitada, boa, muito boa e excelente.

2.4 CLASSIFICAO DOS EXPLOSIVOS

A figura 8 mostra como podem ser classificados os explosivos. Neste texto discutiremos apenas os explosivos qumicos, por serem os mais utilizados pelas mineraes e obras civis. 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

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Permissveis No permissveis

Figura 8 - Classificao dos explosivos

Explosivos deflagrantes

Baixos explosivos (propelantes), ou deflagrantes, so aqueles cuja reao qumica uma combusto muito violenta chamada deflagrao, que se propaga a uma velocidade da ordem de 100 a 1500 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 nitrato de sdio (NaN03) ........................ 75%

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

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

2.5 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

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Dinamites simples Dinamites amoniacais

Dinamite guhr

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

Dinamite simplesResultante da mistura: Nitroglicerina + Serragem + Oxidante + Estabilizante. Como se v, a serragem substitui o kieselguhr como absorvente e nitrato de sdio , em geral, o oxidante usado. Como estabilizante, ou anticido, usa-se o carbonato de clcio, com cerca de 1%. A dinamite simples produz boa fragmentao. Em contrapartida, apresenta um alto custo e gera gases txicos.

Dinamites amoniacais

O alto custo da dinamite simples e as qualidades indesejveis j citadas permitiram o desenvolvimento das dinamites amoniacais. As dinamites amoniacais so similares em composio, s dinamites simples, mas a nitroglicerina e o nitrato de sdio so parcialmente substitudos por nitrato de amnio.

GelatinasA gelatina tambm foi descoberta por Alfred Nobel, em 1875. A gelatina um explosivo bastante denso de textura plstica, parecendo uma goma de mascar, constituda de nitroglicerina + nitrocelulose + nitrato de sdio. So utilizadas apenas em casos especiais. Geram gases nocivos. Tem grande velocidade de detonao, produz boa fragmentao e timo adensamento no furo.

Gelatinas amoniacaisAs 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

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maior segurana no manuseio e custo menor de produo, porm menos resistentes gua.

SemigelatinasConstituem um tipo intermedirio entre as gelatinas e as dinamites amoniacais, combinando a baixa densidade das amoniacais com a resistncia gua e a coeso das gelatinas, em grau mais atenuado. As composies so semelhantes quelas das gelatinas amoniacais, com variaes nas propores de nitroglicerina, nitrato de sdio e nitrato de amnio, este em porcentagens mais altas. Os gases variam de excelentes a pouco txicos. Existem diversas variantes comerciais.

A tabela 5 mostra as % dos ingredientes dos altos explosivos.

Tabela 5 - 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 1,0

Gelatinas 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

Semigelatinas sem informao

2.6 AGENTES DETONANTES

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).

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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$ 0,40/kg). As maiores desvantagens: falta de resistncia gua, baixa densidade (0,85 g/cm3) e necessidade de um iniciador especial. A reao ideal do ANFO (N2H403 - Nitrato de amnio e CH2 - leo diesel) quando o balano de oxignio zero, pode ser expressa por:

3N2H403 + CH2 CO2 + 7H2O + 3N2 + 900 cal/g.

Outros explosivos granulados, fabricados por diferentes produtores, nada mais so do que formulaes similares do ANFO, com adio de outros ingredientes, explosivos ou sensibilizantes, combustveis, 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 de alumnio ao ANFO de aumentar a produo de energia do mesmo. A adio de alumnio no ANFO varia de 5 a 15% por massa. 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:

38Prof. Valdir Costa e Silva

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.

LAMAS (SLURRIES) E PASTAS DETONANTES Desenvolvidas e patenteadas 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 6) 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 6 - Composio bsica da Lama

FASE CONTNUAgua 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 %

EMULSES O interesse em explosivos em emulso deu-se no incio da dcada de 60. Explosivos em emulso so do tipo gua-em-leo (water-in-oil). Eles consistem de microgotculas de soluo oxidante supersaturada dentro de uma matriz de

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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 7 mostra a composio bsica de um explosivo em emulso.

Tabela 7 - Composio tpica de um explosivo em emulso (Silva, V. C., 1986)

INGREDIENTE PERCENTAGEM EM MASSANitrato de Amniogualeo dieselAgente Emulsificante: Oleato de sdio 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 (Clay, 1977) desde que os prills (gros ou prolas) e os interstcios do ANFO podem ser utilizados para aumentar a sensibilidade da emulso e ao mesmo tempo aumentar a densidade do ANFO. A blendagem da emulso com o ANFO ou Nitrato de amnio conhecida como ANFO Pesado (tabela 8). 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 8 - Composio tpica do ANFO Pesado com resistncia gua (Katsabanis, 1999).

INGREDIENTE PERCENTAGEM EM MASSANitrato de AmnioNitrato de Clcio

59,1 19,7

40


gualeo dieselAlumnioAgente Emulsificante: Oleato de sdio ou Monoleato de ezorbitol

7,2 5,9 7,0 1,1 _____ 100,0

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 9 apresenta um resumo das principais propriedades dos explosivos industriais.

Tabela 9 - 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 821Gelatina 1,50 7500 7800 225 1430 740Gelatina amoniacal 1,32 5000 83 1125 900Semi-gelatina 1,24-1,30 4900 5100 74 85 890 950 800 810 ANFO ( =6) 0,85 3500 28 900 1050ANFO+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

2.7 CRITRIOS GERAIS DE SELEO DE UM EXPLOSIVO COMERCIAL

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

41

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.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 10 e 11 mostram a aplicao de cada explosivo e acessrio, respectivamente.

Tabela 10 - Equivalncia de alguns explosivos comerciais disponveis no mercado brasileiro.TIPO DE EXPLOSIVO

FABRICANTE NOME COMERCIAL APLICAES

EMULSO ENCARTUCHADA

ORICAAVIBRASMAGNUMPIROBRSORICA

ORICA

ORICA

ORICA

- POWERGEL 800- BRASPEX- MAG-GEL 100 - PIROFORT - POWERGEL 800 SISMOGRFICO - POWERGEL RX

800- POWERGEL RX 900

- POWERGEL 900 E 1000 (EMULSO) ALUMINIZADA- PREMIUM

- 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 geralTabela 11 - Equivalncia de alguns explosivos comerciais disponveis no mercado brasileiro.

TIPO DE EXPLOSIVO

FABRICANTE NOME COMERCIAL APLICAES

EMULSO BOMBEADA

ORICAMAGNUMIBQ

POWERGELMAG-MAXIBEMUX

Rochas brandas ou duras.Carga de fundo.Desmonte em geral

ANFO PESADO ORICA EXPLON AP Rocha dura, s ou fissurada.

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BOMBEADO IBQ IBEMEX / IBENITE Em furos com gua.GRANULADO BOMBEADO

ORICA IBQMAGNUM

EXPLON OS 65ANFOMAXMAGMIX /MAGNUMB

Rochas brandas e friveis em furos secos.

AQUAGEL (LAMAS)

BRITANITE TOVEX E BRITANITE AL

Desmonte subaqutico, cu aberto e subterrneo.

GRANULADO IBQ

AVIBRAS

ORICA

NITRON, BRITAMONE BRITON

BRASPON

POWERMIX MG

- 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.

IMBEL BELGEX

PV 15

- Rochas duras e mdias.- Rochas muito duras e resistentes.

- Rochas muito duras e resistentes.

- Carga de fundo.SEMIGELATINA IMBEL TRIMONIO Carga de coluna em desmonte a

Cu aberto.

3. ACESSRIOS DE INICIAO

3.1 Introduo

Paralelamente evoluo dos mtodos de lavra, os acessrios de iniciao de desmonte de rochas por explosivos vm sofrendo, desde os anos 40, um acentuado desenvolvimento tecnolgico, objetivando alcanar os seguintes resultados: uma melhor fragmentao das rochas, maior preciso nos tempos

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de retardo, maior segurana e facilidade no manuseio, reduo dos problemas ambientais gerados durante os desmontes, menor custo por unidade de rocha desmontada.

3.2 HistricoOs acessrios surgiram a partir do momento em que o homem tendo conhecimento do poder do explosivo, plvora negra, que at ento era utilizada em armas de fogo e em fogos de artifcios, decidiu utiliz-la na atividade de minerao. No ano de 1613, Morton Weigold sugeriu a utilizao de explosivos nas minas da regio da Saxnia. Porm sua idia no obteve sucesso. Em fevereiro de 1627, Kaspar Weindl, nascido na regio do Tirol, nos Alpes austracos, realizou uma detonao na mina real de Schemnitz, em Ober-Biberstollen, na Hungria, sendo esta, a primeira detonao em minerao que se tem notcia. Provavelmente, Kaspar Weindl utilizou um acessrio, tambm de plvora negra, para iniciar a carga explosiva. Possivelmente este primeiro acessrio teria sido uma trilha, que descia acesa ao furo, preenchido por plvora negra. O sistema era muito inseguro e impreciso (Rezende, 2002).

3.3 Generalidades

Os explosivos industriais tem um certo grau de estabilidade qumica que os tornam perfeitamente manuseveis, dentro de condies normais de segurana. Para desencadear a exploso, ser necessrio comunicar ao explosivo uma quantidade inicial de energia de ativao, suficientemente capaz de promover as reaes internas para sua transformao em gases. Uma vez iniciada esta reao, ela se propaga atravs de toda a massa explosiva. Esta energia inicial provocadora comunicada sob forma de choques moleculares, oriundos de calor, chispas, atrito, impacto etc.

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Os acessrios de detonao so destinados a provocar estes fenmenos iniciais de uma forma segura. Alguns deles so destinados a retardar a exploso, quando isto for desejvel.Podemos, pois, dizer que os acessrios de detonao so dispositivos, aparelhos ou instrumentos usados na operao de exploso, para se obter exploso segura e eficaz.Se o acessrio iniciador no comunicar uma energia de ativao satisfatria para ocasionar uma iniciao desejvel, pode resultar, simplesmente, na queima dos explosivos, sem deton-lo. A eficincia da exploso est intimamente ligada ao modo pelo qual foi iniciado, pois, sabemos que, a energia desenvolvida pelo corpo, pela sua decomposio, for inferior a energia inicial de ativao, a reao no se propagar (Reis, 1992).

3.4 Principais acessrios transmissores de energia

Estopim de SeguranaAcessrio desenvolvido para minerao, por William Bickford, na Inglaterra, no ano de 1831. O estopim de segurana, ou estopim, conduz chama com velocidade uniforme a um tempo de queima constante de 140 s ( 10 s) por metro, para ignio direta de uma carga de plvora ou detonao de uma espoleta simples. Constituda de um ncleo de plvora negra, envolvida por materiais txteis que, por sua vez, so envolvidos por material plstico ou outro, visando sua proteo e impermeabilizao. Para se iniciar o estopim, poder-se- usar palitos de fsforos comuns e isqueiros.

Espoleta simplesAlfred Nobel, conhecedor do poder da nitroglicerina, por vrios anos tentou criar uma carga de iniciao que pudesse detonar este explosivo. Aps vrias tentativas fracassadas, utilizando-se de uma mistura de plvora negra e nitroglicerina, observou que a nitroglicerina molhava a plvora negra reduzindo

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assim a capacidade de queima. Ento, no ano de 1863 ele desenvolveu o que seria chamado do primeiro prottipo da espoleta simples.A espoleta simples consta de um tubo, de alumnio ou cobre, com uma extremidade aberta e outra fechada, contendo em seu interior uma carga detonante constituda por uma carga chama primria, ou de ignio, cujo explosivo a azida de chumbo Pb (N3)2, e uma carga bsica de PETN - Tetranitrato de pentaeritritol (C2H4N2O6). A razo destas duas cargas, devido ao fato de que a azida de chumbo um explosivo fulminante que pode ser iniciado custa de uma fagulha. A azida de chumbo, uma vez iniciada pela fasca do estopim, faz detonar a carga de PETN. Os tipos mais comuns das espoletas encontradas no mercado so do tipo n. 6 (massa de 0,325 g de PETN e 0,3 g de misto iniciador) e a n. 8 (massa de 0,5 g de PETN e 0,3 g de misto iniciador).A cpsula de cobre s usada para casos particulares, porque a presena de umidade contendo gs carbnico, a azida de chumbo pode se transformar em azida de cobre, que muito mais sensvel e, portanto, mais perigosa.

Espoletas EltricasAs exigncias do mercado com relao necessidade de um acessrio que oferecesse um maior controle da detonao levaram H. Julius Smith a inventar a espoleta eltrica em 1876. A grande idia que este cientista teve foi a de utilizar o conceito da lmpada e da espoleta simples, para criar a espoleta eltrica. Esta novidade, que poderia ser chamada de cruzamento entre os dois acessrios, tinha como princpio de funcionamento uma fonte de energia eltrica que gerava um aquecimento pelo efeito joule, em uma ponte de fio altamente resistente, incandescente, capaz de desencadear a detonao da carga explosiva de ignio da cpsula, formada por uma pequena substncia pirotcnica. A espoleta eltrica um iniciador ativado por corrente eltrica. O tipo instantneo funciona em tempo extremamente curto quando a corrente circula pela ponte eltrica.

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O tipo retardo, por ao de um elemento de retardo, proporciona um tempo de espera controlado entre suas iniciaes e a detonao da espoleta propriamente dita.Tempo de Espera: 0 a 5 s ........................................................................... Srie S 25 a 1000 ms ................................................................ Srie MS

As espoletas eltricas so empregadas em trabalhos cujo a iniciao deva ser controlada com rigor (prospeco geofsica) ou em condies onde no seja possvel o uso do cordel detonante (carga de abertura de forno metalrgico).

Cordel DetonanteHistrico Frana 1879 Tubos finos de chumbo, carregados com nitrocelulose que depois eram estirados. ustria 1887 Fulminato de mercrio, misturado com parafina, envolto por uma fiao de algodo; VOD = 5000 m/s. Frana 1906 Melinte (trinitro fenol fundido misturado com p de nitrocelulose); VOD = 7000 m/s. Alemanha 1910 TNT fundido envolvido por tubos flexveis de estanho; VOD = 5400 m/s. Europa 1920Pentaeritritol (nitropenta) envolvido por uma fiao de algodo parafinado ou coberto com betume ou uma capa de chumbo. Cobertura de chumbo anos 50. Cobertura Plstica Meados da dcada de 50.

Definio

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O cordel detonante um acessrio de detonao consistindo, essencialmente, de um tubo de plstico com um ncleo de explosivo de alta velocidade - nitropenta (C5H8N4O12) - e de materiais diversos que lhe do confinamento e resistncia mecnica.

O cordel detonante usado para iniciar cargas explosivas simultaneamente, ou com retardos em lavra a cu aberto e/ou subsolo. A sua velocidade de detonao de, aproximadamente, 7000 m/s. Muito embora a alta velocidade e violncia de exploso, o cordel detonante muito seguro no manuseio e impermevel. Vantagens do cordel detonante em relao s espoletas eltricas:a) as correntes eltricas no o afetam;b) permite o carregamento das minas em regime descontnuo, com o uso de

espaadores;c) muito seguro, pois, no detona por atrito, calor, choques naturais ou

fascas;d) detona todos os cartuchos, ao longo dos quais est em contato.A iniciao do cordel se faz com espoletas simples ou instantneas, firmemente fixadas ao lado do cordel detonante com fita adesiva, e com sua parte ativa, isto , o fundo, voltado para a direo de detonao.O cordel detonante fabricado com as seguintes gramaturas: NP-10 (10 g/m de Nitropenta 10%), NP-5 (5 g/m de Nitropenta 10%), NP-3 (3 g/m de Nitropenta 10%).Retardo Bidirecional no eltrico para Cordel Detonante

O retardo de cordel um tubo metlico, revestido de plstico, iniciado em um dos extremos pelo cordel, ao passar pelo dispositivo, sofre uma queda de velocidade, enquanto queima o misto de retardo. Terminada esta queima, ele detona o cordel na sua extremidade. Os retardos de cordel, denominados osso de cachorro, so fabricados com os seguintes tempos de retardos: 5 ms, 10 ms, 20 ms, 30 ms, 50 ms, 75 ms, 100 ms e 200, 300 ms.

Sistema no Eltrico com Linha Silenciosa

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O sistema no eltrico de iniciao, com linha silenciosa, foi desenvolvido por P. A. Person, nos laboratrios da empresa Nitro Nobel, na Sucia, entre 1967 e 1968. Consiste basicamente de uma espoleta comum, no eltrica, conectada a um tubo de plstico transparente, altamente resistente, com dimetro externo e interno de 3 mm e 1,5 mm, respectivamente. O tubo plstico contm, em mdia, uma pelcula de PETN pulverizada de 20 mg/m de tubo, que, ao ser iniciada, gera uma onda de choque, causada pelo calor e expanso dos gases dentro do tubo, que se propaga com uma velocidade, aproximadamente, de 2000 m/s. Essa reduzida carga explosiva, geradora da onda de choque, que se desloca atravs do tubo, no chega a afetar o lado externo do mesmo, porm, inicia a espoleta instantnea ou de retardo. O sistema oferece inmeras vantagens quando comparado a outros acessrios. Entre elas, baixo rudo, insensvel corrente eltricas e parasitas, no destri parte da coluna de explosivo dentro do furo, diferentemente do cordel, seu tubo no detona nenhum tipo de explosivo comercial, permite a iniciao pontual, contribuindo para diminuir a carga por espera.Esse sistema apresenta a seguinte desvantagem em relao ao cordel detonante: quando a coluna de explosivos encartuchados perde o contato, a depender do Air Gap, alguns cartuchos podem no ser iniciado.

Detonador Eletrnico

Acompanhando a evoluo tecnolgica, o mercado desenvolveu o Sistema de Retardo Eletrnico, que consiste de uma espoleta de retardo eletrnico, fcil de usar, programvel, para todo tipo de desmonte em minerao e na construo civil, podendo ser usado tanto em obras a cu aberto como subterrneas.

O detonador eletrnico apresenta o mesmo layout e dimetro de uma espoleta eltrica de retardo convencional. A grande diferena reside em que cada espoleta pode ter seu tempo de retardo programado individualmente. Contm, em mdia, 790 mg de PETN (Tetra Nitrato de Penta Eritritol), como carga de base, e 90 mg de azida de chumbo, como carga primria, ponte de fio de alta

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resistncia (inflamador) e um circuito eletrnico que contm um microchip inteligente e dois capacitores eletrnicos - um para assegurar a autonomia do detonador e o segundo para iniciar o inflamador. Ideal para uso nos altos explosivos comerciais sensveis espoleta, podendo tambm, ser usado para a detonao de boosters.

Programao da unidade

Cada detonador contm um microchip, possibilitando estabelecer o tempo de retardo atravs da unidade de programao individualmente, segundo a convenincia e a necessidade da seqncia de sada dos furos. Outros sistemas utilizam um cdigo de barra, que permite identificar o tempo de retardo de cada espoleta, atravs de um scanner manual. Quando a unidade registrada, o scanner estabelece automaticamente um incremento de tempo no retardo em relao ao seu predecessor ou permite que o usurio especifique o tempo de retardo. Estas informaes ficam estocadas no scanner sendo transferidas, posteriormente, para a mquina detonadora.

Desde que a unidade de programao registra o tempo de retardo de cada unidade, irrelevante a seqncia em que cada detonador conectado, isto , cada unidade detonar no tempo especificado pela unidade de programao.

Ligao no campo

Aps os fios de cada espoleta serem conectados a uma unidade de programao, trs parmetros de identificao so atribudos para cada detonador: nmero do furo, seqncia de sada e o tempo de retardo. Existe a possibilidade em qualquer instante ser checado ou modificado o seu tempo de retardo. Aps a programao de cada detonador, elas so conectadas linha de desmonte atravs de um conector. Duas linhas, ento, so conectadas maquina detonadora, que armazena todos os dados contidos na unidade de programao. Caso ocorra curto-circuito ou existam fios desconectados, um aviso dado pela mquina detonadora, bem como sugestes para sanar o problema.

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Em desmontes mais complexos, possvel programar os tempos de retardo dos detonadores, bem como a seqncia de sada dos furos, utilizando-se um notebook, transferindo-se, em seguida, atravs de um disquete, para a mquina detonadora, cuja memria tem capacidade de armazenar dados de at 3 planos de fogo. O fogo iniciado quando o operador pressiona, simultaneamente, o boto de detonao e o de carga na mquina detonadora. Algumas mquinas detonadoras, por questo de segurana, exigem a senha (password) do operador. A depender do sistema, at 200 espoletas podem ser utilizadas em um mesmo desmonte. Outro recurso do sistema consiste do operador poder programar na mquina detonadora o instante em que os mesmos desejam que o fogo seja iniciado em um determinado turno.

Preciso

Medies realizadas nos tempos de detonao dos iniciadores eletrnicos em uma mina na Frana, em julho/97, atravs de fotografias ultra-rpida e sismogramas dos desmontes, os valores observados apresentaram uma diferena de tempo de retardo, em relao aos tericos, de 3 ms. Comprovando a grande preciso dos detonadores eletrnicos em relao aos sistemas convencionais de iniciao.

Segurana

O detonador eletrnico imune eletricidade esttica, a sinais de rdio e detonao pr-matura pelos detonadores apresentarem as seguintes caractersticas eletrostticas e eletromagnticas, respectivamente: 2000 pF 10 KV 0 , 150 KHz a 1 GHz/40 V/m.

Benefcios

Os detonadores eletrnicos apresentam os seguintes benefcios aos desmontes de rochas:

alta preciso no tempo de retardo ( 3 ms);

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todos detonadores so idnticos, podendo os tempos de retardo serem programados livremente e a qualquer instante; o sistema permite a deteco de possveis falhas nas ligaes, sugerindo medidas de correo; as ligaes dos furos so facilmente efetuadas, no necessitando de mo-de- obra especializada; por no ser necessria a utilizao de retardos de superfcie, ocorre uma reduo considervel nos custos com acessrios de iniciao; reduo do nvel de vibrao e ultralanamento dos fragmentos rochosos, em funo da grande preciso que evita a sobreposio dos tempos de retardo; reduo do nvel de rudo e pulso de ar, pela iniciao ser eltrica; melhor fragmentao da rocha em funo da preciso e da grande faixa de tempo de retardo (de 1 at 6000 ms) e da possibilidade de escolha do tempo de retardo pelo usurio; seguro, por ser insensvel a cargas estticas e eletromagnticas; aumento da eficincia do explosivo, pela iniciao ser pontual; reduo da necessidade de estoque de espoletas, visto que todas so idnticas. A programao do tempo de retardo feita durante o carregamento dos furos.

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A tabela 12 mostra a equivalncia de alguns acessrios fabricados no mercado brasileiro.Tabela 12 - Equivalncia de alguns acessrios comerciais disponveis no mercado brasileiro.

TIPO DE ACESSRIO

FABRICANTE NOME COMERCIAL

APLICAES

ESPOLETA ELTRICA SISMOGRFICA

ORICA MANTESIS Especial para prospeco ssmica.

ESPOLETA SIMPLES

ORICABRITANITE

IMBEL

MANTESPOESPOLETA N 8 BRITANITEBELDETON

Iniciar cargas explosivas de pequeno dimetro ou cordis por meio de estopim .

ESTOPIM DE SEGURANA

ORICA PIROBRSORICABRITANITEIMBELPIROBRS

COBRACOMUM PIONEIROMANTOPIMBRITAMPIMBELPIMPIROPIM

- Destinado iniciao de espoletas simples e plvoras.

- Iniciao de cargas explosivas e fogacho.

CORDEL DETONANTE

ORICABRITANITEIMBELPIROBRS

MANTICORDBRITACORDBELCORDPIROCORD

Iniciao de cargas explosivas, iniciao do Nonel, Brinel, Piro-Nel, Mag-nel, Exel etc.

CORDEL ORICA CORDTEX Iniciao de cargas explosivas e

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DETONANTE REFORADO

da linha silenciosa.

ESPOLETA SIMPLES DE RETARDO

BRITANITEPIROBRS

BRITACRONPIROCRON

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

BOOSTER ORICA BRITANITE

PIROBRS

AMPLEXBRITEX/BOOSTERBRITANITEPIROFORT

Reforar a iniciao de qualquer tipo de explosivo.

SISTEMA DE RETARDO NO ELTRICO(LINHA SILENCIOSA)

ORICA BRITANITEIMBELPIROBRS

EXELBRINELNONELPIRO-NEL

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

DETONADOR ELETRNICO

ORICA I-KOON Destinado a retardar em milesegundos, a iniciao das cargas explosivas.

4. MECANISMOS DE RUPTURA DA ROCHA

A finalidade desmonte por explosivo de converter a rocha em vrios fragmentos menores para

que possam ser escavados, transportados e britados pelos equipamentos disponveis. 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 DINMICAA fase dinmica do processo de fragmentao corresponde ao das ondas de choque. Inicia pela deflagrao da reao qumica do explosivo, termodinamicamente instvel.Para SCOTT (1996), a fase dinmica corresponde 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.

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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-ESTTICAEsta 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 9. 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 (Magno, 2001).

Figura 9 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

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18.000 atm, superando a resistncia dinmica compresso da rocha, provocando a destruio de sua estrutura inter-cristalina e intergranular.

Fraturamento radialDurante 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 choqueQuando 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 cisalhamentoEm formaes rochosas sedimentares quando os extratos apresentam distintos mdulos de elasticidades ou parmetros geomecnicos, se produz a ruptura 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 10 apresenta um resumo dos principais mecanismos de ruptura da rocha.

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Figura 10 - Principais mecanismos de ruptura da rocha.Ruptura por flexoA presso exercida pelos gases da exploso faz com que a rocha atue como uma viga, produzindo a deformao e fraturamento na mesma pelos fenmenos da flexo (figura 11).

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Figura 11 - Mecanismo de ruptura por flexo.

5. PLANO DE FOGO - A CU ABERTO

5.1 Introduo

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A partir da dcada de 50 desenvolveu-se um grande nmero de frmulas e mtodos de determinao das variveis geomtricas: afastamento, espaamento, subperfurao etc. Estas frmulas utilizavam 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.

5.2 Desmonte em banco

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

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.

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

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

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

c) 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, considere o exemplo de uma minerao em bancadas cuja cava tenha 60 metros de profundidade conforme a figura 12 (Carlos, 1998).

1 CASO 2 CASO

60 m

15 m 10 m

Figura 12 - Comparativo entre a utilizao de bancadas de diferentes alturas.

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.

60

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

a) 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;

b) a metragem de subperfurao, a qual no contribui com nenhum acrscimo para o volume de material detonado;

c) o consumo de acessrios utilizados na ligao dos furos na superfcie superior da bancada;d) a mo-de-obra utilizada no carregamento dos fogos de uma das bancadas;e) 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 itens listados acima, sofreriam uma reduo de 33 % se optssemos pelo segundo caso no exemplo da figura 11.Todavia, ao adotarmos bancadas mais altas nos deparamos com alg

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55131990 Desmonte de Rochas Com Explosivos