Perfuracao

1. PERFURAÇÕES DE ROCHAS

2. 8.1 HISTÓRICO
Desde os tempos pré-históricos, o homem tem sido compelido a
trabalhar com rocha a fim de atender às diversas necessidades. A procura de
sílex, para utilização nas ferramentas da idade da pedra, iniciou a mineração já
em 15 000 a.C.
Por volta de 3 000 a.C. depósitos metálicos eram trabalhados no Egito
e no Oriente Próximo, tendo-se conhecimento de que várias minas de metais
estavam em operação na Europa em torno de 1 600 anos antes de nossa era,
como por exemplo, as minas de estanho de Cornwall.
O desenvolvimento técnico sempre tem sido determinado pelas fontes
de energia disponíveis. Nas minas de sílex da Idade do Bronze desde 3 000 a.C.,
e durante cerca de 4 700 anos – a instalação de fogueiras era o método de
mineração predominante. A rocha era aquecida pelo fogo e em seguida resfriada
com água de maneira à forçar o aparecimento de fissuras. A pólvora começou a
ser utilizada nas operações de mineração na Europa no século XVII, tendo o
aparecimento da nitroglicerina ocorrido em 1 870.

3. A perfuração a rotopercussão é o sistema mais clássico de
perfuração de minas e sua aparição coincide com o desenvolvimento
industrial do século XIX. As primeiras máquinas protótipos de Singer (1838) e
Couch (1848) utilizavam vapor para seu acionamento, porém foi com a
aplicação posterior do ar comprimido como fonte de energia, e na execução
do túnel de Mont Cenis em 1861, quando este sistema evoluiu e passou a ser
usado de uma forma extensiva.
A primeira perfuratriz tipo martelo, foi construída em 1 896 e em
meados de 1940 as pontas forjadas das brocas foram substituídas por
carboneto de tungstênio. Paralelamente com as técnicas de perfuração, as
técnicas de detonação e desmonte também foram desenvolvidas.
A idéia de perfurar minas na rocha surgiu quando as operações de
mineração passaram do simples acender de fogueira para as detonações com
explosivos. Antes de 1860, quando as perfuratrizes pneumáticas começaram
a ser utilizadas, a perfuração manual era o único método concebível.

4. 8.2 INTRODUÇÃO
A perfuração das rochas dentro do campo dos desmontes é a
primeira operação que se realiza e tem como finalidade abrir uns furos, com
a distribuição e geometria adequada dentro dos maciços, para alojar as
cargas de explosivos e seus acessórios iniciadores.
Os sistemas de perfuração da rocha que tem sido desenvolvidos e
classificados por ordem de aplicação são:
a) MECÂNICOS
Percussão
Rotação
Rotopercussão
b) TÉRMICOS
Maçarico ou lança térmica
Plasma
Fluido quente
Congelamento
c) HIDRÁULICOS
Jorro de água
Erosão
Cavitação
d) SÔNICOS
Vibração de alta freqüência

5. e) QUÍMICOS
Micro desmonte
Dissolução
f) ELÉTRICOS
Arco elétrico
Indução magnética
g) SÍSMICOS
Raio laser
h) NUCLEARES
Fusão
Fissão

6. Na mineração e obras públicas os métodos mecânicos são os
mais utilizados. As componentes principais de um sistema de
perfuração desse tipo são: a perfuratriz que é a fonte de
energia mecânica, a haste que é o meio de transmissão de
energia, a broca que exerce sobre a rocha a dita energia e o
fluido que efetua a limpeza e a evacuação dos detritos
produzidos

7. Tipologia dos trabalhos de perfuração
Dentro da ampla variedade dos trabalhos de escavação com explosivos,
se tem desenvolvido um grande número de equipamentos que dão lugar a
um dos procedimentos de perfuração, que são:
a) PERFURAÇÃO MANUAL: Se leva a cabo com equipamentos ligeiros,
manuseados à mão pelos operadores. Se utiliza em trabalhos de
pequena envergadura onde por causa das dimensões não é possível
utilizar outros equipamentos ou não é justificado economicamente seu
emprego.
b) PERFURAÇÃO MECANIZADA: Os equipamentos de perfuração são
montados sobre umas estruturas, do tipo mecânico, com os quais o
operador consegue controlar os parâmetros da perfuração. Estas
estruturas ou chassis podem ser montados sobre pneumáticos ou
esteiras e serem automotrizes.

8. Por outro lado, os tipos de trabalho, tanto em obras de superfície como
subterrâneas, podem classificar-se nos seguintes:
a) PERFURAÇÃO DE BANCOS: Esse é o melhor método para o desmonte
de rocha já que se dispõe de uma face livre para a saída e projeção do
material e permite uma sistematização dos trabalhos. Se utiliza tanto em
projetos a céu aberto e subterrâneos com furos verticais ou inclinados,
geralmente, e também horizontais, em alguns casos pouco freqüentes.
b) PERFURAÇÃO DE PRODUÇÃO: Esta terminologia se utiliza nas
explorações mineiras, fundamentalmente subterrâneas, para aqueles
trabalhos de extração do mineral. Os equipamentos e os métodos variam
segundo os sistemas de exploração.
c) PERFURAÇÃO DE CHAMINÉS: Em muitos projetos subterrâneos de
mineração e obra pública é preciso abrir chaminés. Bem que existe uma
tendência pela aplicação do método Raise Boring, ainda hoje se utiliza o
método de furos longos e outros sistemas especiais de perfuração
combinadas com o desmonte.

9. d) PERFURAÇÃO DE ROCHAS COM CAPEAMENTO: A perfuração dos
maciços rochosos sobre os quais existem capeamentos obrigam a
utilização de métodos especiais de perfuração com tubulações.
e) REFORÇO DAS ROCHAS: Em muitas obras subterrâneas e algumas a céu
aberto é necessário realizar o reforço das rochas, mediante ao uso de
tirantes, cavilhas split set, cintas metálicas, redes metálicas, etc., sendo a
perfuração a fase prévia em tais trabalhos.
Outros critérios que intervém na seleção dos equipamentos de perfuração
são: econômicos, desenho mecânico, manutenção e serviço, capacidade
operativa, adaptação aos equipamentos de exploração e as condições da
área de trabalho (acessibilidade, tipo de rocha, fontes de energia, etc.)

10. 8.3 PERFURAÇÃO ROTOPERCUSSIVA
A perfuração a roto: percussão é o sistema mais clássico de perfuração de
rochas e, sua aparição coincide com o desenvolvimento industrial do século
XIX. As primeiras máquinas protótipos de Singer (1838) e Couch (1848)
utilizavam vapor para seu acionamento, entretanto foi com a aplicação de ar
comprimido como fonte de energia, na execução do túnel de Mont Cenis, em
1861, quando esse sistema evoluiu e passou a ser usado de forma extensiva.
As perfuratrizes rotativas: percurssivas apresentam rotação contínua, além
de percussão sobre a broca. Diferem das perfuratrizes percussivas porque
estas, além do porte menor, têm rotação da broca, descontínua. Outra
diferença reside em serem utilizadas para perfuração de diâmetros menores,
geralmente de 38 mm a 89 mm, podendo chegar a 125 mm.
O movimento de rotação contínuo pode ser produzido por motor de pistões,
colocado no cabeçote da perfuratriz ou por motor independente da
perfuratriz.

11. A velocidade de penetração conseguida por um equipamento rotativo –
percurssivo depende dos seguintes fatores:
características geomecânicas, mineralógicas e de abrasividade
das rochas;
potência de percussão da perfuratriz;
empuxo sobre a broca;
comprimento da perfuração;
limpeza do fundo do furo;
condições de trabalho;
eficiência do operador
Para um dado equipamento, a velocidade de penetração pode ser
estimada através dos seguintes procedimentos:
extrapolando os dados obtidos em outras condições de trabalho;
com fórmulas empíricas;
mediante ensaios de laboratórios sobre amostras
representativas.

12. Os equipamentos rotativos – percurssivos se classificam em grupos, segundo
onde se encontra o mecanismo de percussão:
Perfuratriz na parte superior: Nestas perfuratrizes dois dos acionamentos
básicos, rotação e percussão, se produzem fora do furo. O esforço de
percussão para a extremidade da broca é feito através de segmento de aço,
unidos por roscas. As perfuratrizes na parte superior podem ser pneumáticas ou
hidráulicas
Perfuratrizes Pneumáticas: São acionadas por ar comprimido; seu campo de
atuação tem sido estreitado cada vez mais aos furos curtos de comprimento
entre 3 e 15m, de diâmetro pequeno, em rochas duras e terrenos de difícil
acesso.
Porém apresentam algumas vantagens, tais como:
grande simplicidade
facilidade de reparos
baixo preço de aquisição
possibilidade de utilização de antigas instalações de ar comprimido

13. Perfuratrizes Hidráulicas: Ao final dos anos 60 e início dos anos 70, ocorreu
um grande avanço tecnológico nas perfurações de rochas com o
desenvolvimento das perfuratrizes hidráulicas. Uma perfuratriz hidráulica
consta basicamente dos mesmos elementos construtivos de uma pneumática.
A diferença mais importante entre os sistemas é que em lugar de utilizar ar
comprimido, gerado por um compressor, utiliza-se um grupo de bombas que
aplicam um volume de óleo, que aciona os componentes.
As razões pelas quais a perfuratriz hidráulica supõe uma melhora tecnológica
sobre a pneumática são as seguintes:
Menor consumo de energia ( 1/3 da pneumática)
Menor custo dos acessórios de perfuração (20%)
Maior capacidade de perfuração
Maior elasticidade da operação
Maior facilidade para a automatização
Os inconvenientes são: maior investimento inicial, reparos mais complexos,
requerendo-se uma melhor organização e formação de pessoal de
manutenção.

14. Perfuratriz furo abaixo (down the hole – dth): Essas perfuratrizes se
desenvolveram em 1951 por Stenvick e desde então vem sendo utilizadas
com uma ampla profusão em explotações a céu aberto, de rochas de
resistência média em uma gama de diâmetros de 105 a 200 mm, bem que
existem modelos de diâmetro de 915 mm. As perfuratrizes de furo abaixo
foram desenvolvidas para evitar a dissipação de energia. O mecanismo de
percussão, ao invés de ficar na superfície, está na extremidade da broca.
Como vantagens da perfuratriz de furo abaixo, temos:
Não ocorre dissipação de energia de percussão
A limpeza do furo é mais eficiente
Rendimento em metros de furo é maior para a mesma quantidade
de ar.
E como desvantagens, temos:
A velocidade de perfuração é menor
A vida útil das pastilhas (material que rompe a rocha) é menor
Não trabalha bem em rocha muito fraturada ou na presença de
água.

15. SISTEMAS DE AVANÇO
Para obter um rendimento elevado das perfuratrizes, as brocas devem estar
em contato com a rocha e na posição adequada no momento em que o
pistão transmite sua energia mediante o mecanismo de impacto. Para
conseguir isto, tanto na perfuração manual como na mecanizada se deve
exercer um esforço sobre a broca que oscila entre 3 e 5 KN, para os
equipamentos do tipo pequeno, até os maiores de 15 KN nas perfuratrizes
grandes.
Os sistemas de avanço podem ser os seguintes:
a) Empurradores ( avanço pneumático) – jack – leg
Basicamente, consta de dois tubos. Um exterior de alumínio ou de um metal
ligeiro, e outro interior de aço que vem unido à perfuratriz.
b) Deslizadores de corrente
Este sistema de avanço é formado por uma corrente que se desloca por dois
canais que é arrastado por um motor pneumático ou hidráulico, segundo o
fluido que se utiliza no acionamento. As vantagens desse sistema , que é
muito utilizado tanto em superfície como subterrâneo são: baixo preço,
facilidade de reparos e a possibilidade de grandes longitudes de avanço.
As desvantagens são: maiores desgastes em ambientes abrasivos,
perigoso quando se rompe a corrente.

16. c) Deslizadores de parafuso
Nestes deslizadores o avanço se produz ao girar o parafuso acionado
por um motor pneumático. As principais vantagens desse sistema
são: força de avanço regular e suave, grande resistência ao
desgaste, muito potente e adequado para furos profundos, menos
volumosos e mais seguro que o sistema de corrente. Os
inconvenientes que apresentam são: alto preço, maior dificuldade de
reparos e comprimento limitados.
d) Deslizadores por cabo
No Canadá, existe um sistema muito popular que vai montado sobre
uns jumbos denominados “stopewagons”. Basicamente consta de
um perfil oco de extensão sobre o qual desliza a perfuratriz. O
funcionamento do pistão é automático. As vantagens são: baixo
preço, a simplicidade e facilidade de reparos, a robustez e a vida útil
em operação. Os inconvenientes são: limitados a equipamentos
pequenos e a furos poucos profundos, as perdas de ar através dos
extremos são perigosas no caso de ruptura dos cabos.

17. e) Deslizadores hidráulicos
O rápido desenvolvimento na hidráulica na última década permitiu esse
tipo de deslizadores, inclusive se utiliza em perfuratrizes pneumáticas.
O sistema consta de um cilindro hidráulico que desloca a perfuratriz ao
longo da viga suporte. Têm como vantagens a simplicidade e robustez,
facilidade de controle e precisão, capacidade para perfurar grandes
profundidades e adaptabilidade a grande variedade de máquinas e
comprimento de furos. As desvantagens são: maiores preços,
necessidade de um acionamento hidráulico independente, pior
adaptação nas perfuratrizes percussivas que nas rotativas e desgaste
no cilindro de empuxo.

18. SISTEMAS DE MONTAGEM
Há dois sistemas de montagem para as perfuratrizes rotativas: sobre
esteiras ou sobre pneumáticos. Os fatores que influenciam na eleição de
um tipo ou outro são as condições de terreno e o grau de mobilidade
requerido.
Na superfície de trabalho que apresenta fortes inclinações, desnível, a
montagem sobre esteiras é mais indicada, já que proporciona a máxima
estabilidade, manobrabilidade. A principal desvantagem é a sua baixa
velocidade de translação, que é de 2 a 3 Km/h.
Pelos tipos de trabalho que realizam os equipamentos de perfuração, os
sistemas de montagem podem diferenciar-se segundo sejam para aplicação
subterrânea ou a céu aberto. Dentro deste epígrafo também se descrevem
as perfuratrizes manuais.

19. SISTEMAS DE MONTAGEM PARA APLICAÇÕES SUBTERRÂNEAS
Os sistemas de perfuração que mais se utilizam em trabalhos
subterrâneos são os seguintes:
Jumbos para escavação de túneis e galerias, explotações por
corte e enchimento, por câmaras e pilares, etc;
Perfuratrizes de furos longos em leque para o método de
câmaras por subníveis;
Perfuratrizes de furos longos para sistemas de crateras
invertidas e câmaras por banco.
Jumbos
Os jumbos são unidades de perfuração equipadas com um ou vários
martelos perfuradores cujas principais aplicações em trabalhos
subterrâneos se encontram em:
Avanços de túneis e galerias;
Colocação de parafusos de sustentação da rocha e perfuração
transversal;
Bancos com furos horizontais;
Mineração por cortes e enchimentos.

20. Os jumbos podem ser rebocados ou mais habitualmente
autopropulsores. A montagem sobre esteiras se utiliza em pisos ruins,
galerias estreitas, com altas inclinações (15º a 20º) e poucas curvas. Não
são muito freqüentes em trabalhos subterrâneos. Os jumbos sobre
pneumáticos possuem velocidades de aproximadamente 15 Km/h. Os
jumbos sobre trilhos, tem caído em desuso. Os braços dos jumbos
modernos são acionados hidraulicamente, existindo uma grande
variedade de modelos. O número e dimensões dos braços está em
função do avanço requerido, da seção do túnel e do controle da
escavação.
Perfuratrizes de furos longos em leque
Na mineração metálica subterrânea se aplicam com freqüência os
métodos de explotação conhecidos por câmaras e pilares e afundamento
por subníveis. Para o arranque com explosivos é necessário perfurar com
precisão furos de comprimentos entre 20 e 30 m, dispostos em leque
sobre um plano vertical ou inclinados, ascendentes ou descendentes. Os
equipamentos constam de perfuratrizes montadas sobre avanços,
geralmente de parafuso sem fim. Ultimamente, o emprego de martelos
hidráulicos e hastes pesadas, permitem chegar a diâmetros de 102 e 115
mm, tornando de novo interessante este método.

21. Perfuração de furos longos de grandes diâmetros
A aplicação do método das crateras invertidas ou seu derivado
de furos longos tem feito nesses últimos anos uma revolução na
mineração metálica subterrânea, já que permite emprego de grandes
diâmetros e esquemas de perfuração, que se traduzem em altos
rendimentos e produtividades e baixos custos de arranque. A perfuração
se realiza em diâmetros que oscilam entre os 100 e 200 mm.

22. SISTEMAS DE MONTAGEM PARA APLICAÇÕES A CÉU ABERTO
Nos trabalhos a céu aberto os sistemas de montagem das perfuratrizes
são: chassis ligeiros com pneumáticos, carros de esteiras ou sobre
caminhões.
Os carros de perfuração totalmente hidráulicos apresentam sobre os
equipamentos pneumáticos as seguintes vantagens:
menor potência instalada;
menor consumo de combustível;
desenho robusto e compacto;
velocidade de deslocamento elevada;
grande poder de manobra;
ampla gama de diâmetros de perfuração, 65 a 125 mm,
existindo no mercado equipamentos que trabalham entre 200 e 278 mm;
velocidade de perfuração de 50 a 100% mais altas que as
unidades pneumáticas;
melhores condições ambientais;
menores custos de perfuração.

23. Os inconvenientes são:
maior preço de aquisição;
necessita de uma manutenção mais cuidadosa e qualificada;
a indisponibilidade mecânica é maior que nos equipamentos pneumáticos
que são de fácil reparo.
Marteletes
É uma perfuratriz de múltiplas aplicações, destinadas a trabalhos em
pedreiras no desmonte primário e secundário (fogacho) e obras de
construção, tem limpeza de ar permitindo sopro adicional para limpeza do
furo. São também utilizadas para execução de furos nos tetos de túneis e
galerias, para perfuração de chaminés, etc. Como todas as perfuratrizes
destinadas a trabalhos subterrâneos têm limpeza a água, algumas são
convenientemente utilizadas com avanços pneumáticos de coluna. Os
marteletes utilizam brocas que transmitem à rocha os esforços criados na
perfuratriz. Através de sua extremidade cortante é feito o avanço efetivo na
rocha.

24. As brocas são de dois tipos distintos. Brocas integrais ou
monobloco, são aquelas em que as partes componentes constituem uma
peça única. Por isso, para se atingir diferentes cotas de aprofundamento do
furo, são necessárias brocas de vários comprimentos. Com a primeira
broca, quando totalmente cravada, atinge-se uma certa profundidade. Para
continuar a perfuração deve-se substituir a broca inicial por uma outra, de
maior comprimento.
As brocas integrais foram primeiramente introduzidas em 1947 e
ainda continuam populares.
O segundo tipo de brocas é as brocas de extensão. Nesse tipo de
brocas obtém-se, maior profundidade de furo, portanto, pela adição de
segmentos de aço que são rosqueadas. Para maior compreensão pode-se
dizer que são semelhantes a tubos rosqueados por meio de luvas. Obtém-
se o comprimento desejado rosqueando-se uma série de tubos.
As brocas integrais compõem-se das seguintes partes: punho,
colar, haste e coroa.

25. Punho: é a extremidade da broca que penetra e se encaixa no mandril
da perfuratriz. Tem forma hexagonal para poder transmitir o esforço de
rotação. A superfície de impacto recebe os impactos do pistão e os
transmite à haste.
Colar: limita o comprimento da broca que penetra na perfuratriz. Tem
diâmetro maior que o punho e que a bucha do mandril.
Haste: transmite à coroa os esforços recebidos da perfuratriz pelo punho.
Coroa: onde fica a pastilha que é obtida pela sinterização de carboneto
de tungstênio (WC) e cobalto (Co). O carboneto de tungstênio determina
a dureza da pastilha. Assim, quanto maior e seu teor na pastilha, mais
dura ela será e apresentará maior resistência ao desgaste, por outro
lado, menor será sua tenacidade e resistência aos choques. O cobalto é
o componente determinante da tenacidade da pastilha. Quanto maior for
seu teor, maior será sua tenacidade. Portanto, resistirá mais ao impacto,
implicando entretanto em menor resistência ao desgaste. Após estudos
e experiências, fabricam-se atualmente três tipos básicos de pastilhas,
que atendem aos tipos de rocha encontrados normalmente:
com elevado teor de cobalto, para rochas muito duras;
com teor médio de cobalto, para rochas comuns;
com elevado teor de carboneto de tungstênio, para rochas
muito abrasivas.

26. Embora os bits em cruz apresentam uma melhor performance em rochas
com presença de fissuras ou juntas, os bits em bisel são mais procurados
por serem de mais fácil afiação.
As aplicações mais importantes nos trabalhos a céu aberto são: furos de
levante, fogacho e repés, perfuração para obras de pequena envergadura,
demolições, etc. Nos projetos subterrâneos, se utilizam com equipamentos
de produção de túneis e galerias de pequena seção e longitude.
Usualmente a perfuração de bancadas, com utilização de brocas integrais,
tem seu limite econômico em torno de 4,8 m de profundidade. Os
diâmetros de perfuração usando broca integral são de 25 a 40 mm e
comprimento de 0,4 a 6,4 m.

27. Série de brocas: é o conjunto de brocas de comprimentos modulado
necessário para se atingir uma determinada profundidade de perfuração.
Nas diferentes brocas de uma mesma série existe uma redução de diâmetro
da coroa. Essa redução é gradual e inicia-se das brocas mais curtas para as
mais compridas. Assim as brocas mais compridas têm diâmetro inferior as
mais curtas. A redução é constante e de 1 mm. Geralmente as brocas de
0,40 m são utilizadas nos casos em que, face às condições de serviço, haja
dificuldade para iniciar o furo ( emboque) com brocas de maiores
comprimentos. As brocas de 19 mm (3/4 “) e 22 mm (7/8”) são utilizadas na
perfuração do desmonte secundário (fogacho). As brocas de 25,4 mm (1’)
são usadas normalmente em perfuratrizes de maior potência, providas de
mecanismos de avanço.
O número de impactos das perfuratrizes pneumáticas é da ordem de 2 000
por minuto e nas hidráulicas de 2 900 impactos por minuto.
A vida útil da broca depende:
do tipo e estrutura da rocha;
do manuseio e armazenamento da broca;
das características da perfuratriz;
da operação da perfuratriz;
do estado de conservação da perfuratriz;
dos cuidados da afiação da broca

28. Intervalos de reafiação:
Um bit de botão precisa ser reafiado quando se nota perda da
velocidade de penetração ou se houver metal duro danificado com
freqüência. Pequenos bits de botão usados em perfuratrizes pares
“drifting” geralmente não costumam ser afiados. Os bits de botões
maiores devem ser reafiados para obter o máximo de rendimento e
economia. A velocidade de perfuração começa a diminuir quando os
planos de desgaste se tornarem a metade do diâmetro do botão. Porém
para otimizar a economia de reafiação e facilitar esta operação,
recomenda-se afiá-los quando o desgaste tiver um plano de 1/3 do
diâmetro do botão.
Bits em cruz ou em X devem ser reafiados quando o plano
desgastado chegar a uma largura de 3 mm medindo uma distância de 5
mm da periferia. Esta media pode ser controlada usando um gabarito
para reafiação.
A coroa possui na sua parte frontal, pastilhas de metal duro,
convenientemente dispostas, de forma a atender a varredura completa
do fundo do furo eficientemente.

29. Quanto à forma dessas pastilhas, as coroas podem ser classificadas
em:
coroas em bisel ou convencionais
coroas em botões
As coroas em botões apresentam as seguintes vantagens com
relação às convencionais:
maior velocidade de penetração;
maior intervalo entre reafiações;
maior vida útil;
maior dureza das pastilhas;
melhor acabamento do furo;
menor tendência de prender a coroa;
As coroas em botões apresentam as seguintes desvantagens:
tendência a maiores desvios em formações rochosas
fraturadas;
maior desgaste em certos tipos de rochas;
processo manual de afiação, exigindo maior habilidade do operador

30. Cálculo dos componentes da perfuratriz
a) Profundidade Total perfurada por ano (PT)
PT = Nf x Hf x Nd
Sendo:
Nf = número de furos por dia
Hf = comprimento do furo
Nd = número de dias trabalhados durante o ano
b) Relação entre m de haste e m de furo ( metros de haste e metros de
furo)
K =(Hf + C) / 2C
Sendo:
K = relação entre metros de haste e metros de furo
Hf = comprimento do furo
C = comprimento de haste
c) Número de hastes (NH) e luvas (NL)
NH e NL = (PT x K) / vida útil
d) Número de punhos (NP)
NP = PT / vida útil
e) Número de coroas (NC)
NC = PT / vida útil

31. Exemplo n.º 1
Uma empresa de mineração utiliza uma Crawler – Drill para execução
dos furos para detonação em sua mina a céu aberto. Os furos tem 9 m
de comprimento e as hastes utilizadas medem 3 m. A empresa realiza 9
furos por dia e trabalha 360 dias por ano.
A vida útil dos componentes da broca de extensão é a seguinte:
punho: 90 m
coroas: 250 m
hastes e luvas: 1 000 de haste
Pede-se calcular o n.º de componentes gastos anualmente.
Solução:
Profundidade total perfurada por ano (PT):
PT = Nf x Hf x Nd = 9 x 9 x 360 = 29 160 m
Relação entre m-de=haste (MH) e metros de furo
K = (9+3) / 2 x 3 = 2
Número de hastes e luvas (Nh e NL)
Nh e NL = (PT x K) / vida útil = 29 160 x 2 / 1000 = 58
Número de punhos (Np)
Np = PT / vida útil = 29 160 /
900 = 32
Número de coroas (Nc )
Nc= PT / vida útil= 29 160 /250 = 117

32. Tricones
A aparição dos tricones como ferramenta de perfuração remonta do
ano de 1910. Pode-se dizer que até o desenvolvimento dos equipamentos
rotativos na década de 60 não se logrou um aperfeiçoamento no desenho e
fabricação deste tipo de coroa que se utilizava maciçamente em mineração.
No princípio, só eram utilizadas nas formações brandas ou de pouca
resistência, entretanto, na atualidade a perfuração rotativa permite o emprego
em rochas duras.
A seleção do tipo de tricone é influenciada pela resistência à compressão da
rocha e sua dureza. Normalmente, os usuários enviam amostras às
companhias fabricantes de tricones para que assessorem sobre o tipo de
coroa a utilizar, velocidades de penetração prováveis e duração em metros.
No final desta apostila há uma figura que relaciona o tipo de tricone com o tipo
de formação rochosa.

33. SISTEMAS DE LIMPEZA
O sistema de limpeza adotado na maioria das perfuratrizes
consiste na introdução no furo, de um fluido que pode ser água ou ar
comprimido, através da extremidade da broca, afim de remover os resíduos
de rocha produzidos pelo avanço de perfuração.
São duas basicamente, as finalidades do fluxo do agente de limpeza:
apresentar à coroa uma nova superfície de rocha limpa, a cada
impacto do pistão da perfuratriz;
retirar, continuamente, do interior do furo, esse material
desagregado.
Subsidiariamente, o agente de limpeza exerce também a função
de resfriamento da coluna, particularmente da coroa, observando-se que a
água (com ou sem detergente) promove um melhor arrefecimento que o ar.
Além disso, o agente de limpeza lubrifica as superfícies em
contato com a coroa ao longo da coluna, reduzindo o atrito.

34. FONTES DE ENERGIA
As fontes primárias de energia podem ser motores diesel ou
elétricos. As perfuratrizes com um diâmetro acima de 9” ( 230 mm) está
generalizado o emprego de energia elétrica a média tensão, alimentando a
perfuratriz com corrente alternada mediante cabo de quatro condutores com
recobrimento de borracha.
As perfuratrizes medianas ou pequenas, que são montadas sobre
caminhões, podem ser acionadas por um ou dois motores a diesel. Também
existem perfuratrizes diesel-elétricas, projetadas para minas de grande
produção, sem infra-estrutura de energia elétrica.

35. FATORES QUE INFLUENCIAM NA PRECISÃO DA PERFURAÇÃO
influência do operador;
diâmetro do furo (pequenos furos são mais susceptíveis a
desvios em condições geológicas adversas);
limitações de profundidade: a profundidade e as
características das rochas determinam se a perfuratriz deve ser de furo
acima ou de furo abaixo (down the hole – DTH);
dispositivos de alinhamento: quanto menor for a unidade de
furação maior será o desvio. Perfuração de furo abaixo ou rotativa
apresentam melhor alinhamento;
geologia local: influência no desvio do furo. As perfuratrizes
de furo abaixo e rotativas possuem menos problemas com a geologia
local.

36. FURAÇÃO INCLINADA
Vantagens da furação inclinada:
menor backbreak;
menor problema com o chão da praça;
maior lançamento, especialmente em pequenos bancos;
melhor fragmentação em pequenos bancos;
diminuição de matacões;
redução de barulho e vibrações;
redução da razão de carregamento; menor razão de perfuração.
Desvantagens da furação inclinada:
dificuldade em manter ângulos precisos;
maiores problemas com as descontinuidades geológicas;
maior dificuldade no carregamento com explosivos;
freqüentemente não é possível a furação inclinada com os
equipamentos disponíveis;
o embocamento dos furos para determinadas inclinações torna-
se quase que impossível com certos tipos de perfuratrizes, tais como
perfuratrizes manuais;
proporciona maior possibilidade de lançar fragmentos (pombo-
correio) a longas distâncias.

37. DESVIOS NA PERFURAÇÃO
Durante a perfuração ocorrem normalmente desvios, que vão depender
das características da rocha, do equipamento utilizado, bem como dos
cuidados no decorrer da operação. A posição final do furo será função de
três parcelas:
erro de emboque;
erro de falta de alinhamento do furo;
erro de deflexão
Os desvios podem ocorrer também por problemas na perfuratriz, tais
como:
folga entre o berço de fixação da perfuratriz e o mastro;
folga por desgaste das guias do mastro;
folga nos pinos de fixação dos cilindros de posicionamento da
lança;
vazamento nos cilindros ou problemas na válvula de
acionamento dos sistemas hidráulico;
freios e esteiras com defeitos ou mal regulados;
posicionamento incorreto da carreta de perfuração trazendo
instabilidade ao conjunto.

38. COLETOR DE PÓ PARA PERFURATRIZ
As partículas menores são conduzidas a um filtro que coleta os finos e
permite a passagem do ar isento de impurezas para a atmosfera. Dentre as
vantagens de sua utilização, podemos citar:
redução da poluição ambiental;
melhor rendimento da perfuração pela melhoria das condições de
limpeza do furo;
melhor acompanhamento da perfuração por parte do operador,
que pode permanecer junto à perfuratriz;
melhores condições de limpeza na área em torno da perfuração,
aumentando a vida útil dos componentes da coluna;
possibilidade de amostragem do material perfurado.
SELEÇÃO DE COROAS E HASTES
Felizmente para os empreendedores mineiros existe uma grande
competição entre os distribuidores de equipamentos de perfuração de
rochas. Entretanto, esse fato, contribui para que a seleção de
equipamentos, torne-se mais difícil. A melhor escolha pode ser feita após a
realização de testes e o cálculo dos custos por unidade de comprimento de
furo perfurado por várias combinações.

39. RECOMENDAÇÕES DE USO DO EQUIPAMENTO DE PERFURAÇÃO
A) Posicionamento do equipamento de perfuração
A lança ou mastro de avanço da perfuratriz deve ser colocado
firmemente contra a rocha, de tal forma, que não se mova
durante a perfuração. No final desta apostila há uma figura que
ilustra tal fato.
Caso o avanço se mover durante a perfuração, a haste e a
broca de perfuração seriam desalinhadas do centro do furo,
provocando desvios, podendo causar as fraturas do aço.
Em perfuração de bancadas obtém-se um firme posicionamento.
A lança ou mastro de avanço firmemente colocado possibilita o
melhor aproveitamento da força do avanço, com o fim de
otimizar a penetração, aumentando a produtividade.

40. B) Embocamento
Ligue o ar de limpeza e aproxime o bit do solo, sem ligar a percussão da
perfuratriz. Ligando a percussão cedo demais e/ou antes que o bit tenha
apoio, poderá desapertar as roscas de união e eventualmente danificar os
bites de perfuração.
Com o bit encostado na rocha, aplique a força de avanço reduzida, com
rotação normal, e inicie a percussão também reduzida. Veja figura
ilustrativa no final desta apostila.
Certifique-se de que o ar de limpeza está funcionando. Embocamento sem
ar ou água de limpeza aumentaria a temperatura do bit de perfuração.
Resfriamento repentino provocado pelo ar de limpeza poderá causar
trincas no metal duro. Existe ainda outro perigo, o de que os furos de
limpeza poderiam ficar obstruídos prejudicando a perfuração.
Aumente a força e a energia de percussão, uma vez que, os bits já estejam
com suporte, ou guiados pela rocha. Às vezes, há necessidade de realinhar
o avanço (lança ou mastro) depois de alguns centímetros de perfuração,
para que a haste e o avanço estejam exatamente paralelos. Isto corrige o
empenamento e minimiza o desvio do furo. Em perfuração de bancada,
normalmente o reajuste de alinhamento é desnecessário, desde que o
avanço ou mastro esteja fixado firme e corretamente desde o princípio.

41. FORÇA DE AVANÇO
Aplicando a força de avanço adequada, teremos melhor economia
na sua perfuração. Se a força de avanço for pequena demais, a velocidade de
penetração também será diminuída e as roscas de acoplamento no trem de
perfuração se afrouxarão. Perfuração com roscas afrouxadas interfere
diretamente na transmissão de energia entre as hastes de perfuração. Isto
causa esforços extraordinários do aço, podendo facilmente ser a origem de
falhas prematuras do material e da perfuratriz. Pode também ser a causa da
fadiga nos botões de metal duro e na soltura dos botões de bits.
Um sinal de força de avanço são os acoplamentos soltos e
aquecidos. Esta alta temperatura provoca um desgaste muito rápido nas
roscas dos punhos, hastes e luvas. A força de avanço pode também ser
demais causando perda na rotação. Isto aumenta o desvio e reduz a
velocidade de penetração. Será também facilmente notado o aumento de
esforços de flexão dos componentes

42. PERFURAÇÃO
Em perfuração de bancada, o suporte da haste (ou centralizador)
deve ser fechado durante o embocamento. Em drifting, não deixe que a folga
do centralizador e a haste seja grande demais (2 a 3mm, no máximo) .
Verifique sempre as buchas do centralizador e troque-as ou recondicione
quando for necessário.
Continuar uma perfuração com desalinhamento que causa esforços
desnecessários ao aço, apenas aumenta consideravelmente o risco de uma
quebra prematura e paradas desnecessárias que diminuem o resultado de
produtividade.
Ajuste a energia de percussão de acordo com o tipo de rocha a
ser perfurada. Se a rocha for fraturada, reduza a pressão de percussão.
Todas as perfuratrizes modernas possuem uma variedade de dispositivos
para adequar a energia necessária de percussão.

43. CUIDADOS COM AS HASTES
As recomendações que devem ser seguidas para melhor utilização do
equipamento secionado, são as seguintes:
inverter os extremos das hastes, para obter um desgaste
uniforme das roscas;
promover o rodízio das hastes, para que todas efetuem a
mesma metragem, como exemplificado na figura 22, no final desta
apostila.

44. Referências Bibliográficas
1. Operações Minerais
Professor Délcio Vieira Reis
Escola de Minas – Universidade Federal de Ouro Preto
2. Desenvolvimento
Professor Dr. Joaquim Maia
Escola de Minas – Universidade Federal de Ouro Preto
3. Perfuração de Rochas
Professor Valdir Costa e Silva
Escola de Minas – Universidade Federal de Ouro Preto
4. Notas de aulas – Curso de Engenharia de Minas
Engenheiro Luiz Carlos Rossini e José Maia Cardoso
5. SANTOS, J.G – Relatório de Estágio – Departamento de
Transporte Pesado. Itabira 2002.

45. FIM