55131990 desmonte-de-rochas-com-explosivos

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55131990 desmonte-de-rochas-com-explosivos

  1. 1. DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINAS ESCOLA DE MINAS UFOPCURSO DE MIN 210 - OPERAÇÕES MINEIRAS PROFESSOR VALDIR COSTA E SILVA DEMIN e-mail: valdir@demin.ufop.br Março, 2009.
  2. 2. Prof. Valdir Costa e Silva 21. PERFURAÇÃO DE ROCHA1.1 OBJETIVOA perfuração das rochas, dentro do campo dos desmontes, é a primeiraoperação que se realiza e tem como finalidade abrir uns furos com umadistribuição e geometria adequada dentro dos maciços para alojar as cargas deexplosivos e acessórios iniciadores. A figura 1 mostra a evolução dos sistemasde perfuração ao longo dos anos. Prof. Valdir Costa e Silva Figura 1: A evolução dos métodos e da velocidade de perfuração das rochas
  3. 3. 31.2 APLICAÇÕES DA PERFURAÇÃOOs tipos de trabalho, tanto em obras de superfície como subterrâneas, podemclassificar-se nos seguintes: perfuração de banco, perfuração de produção,perfuração de chaminés (raises), perfuração de poços (shafts), perfuraçãode rochas com capeamento e reforço das rochas.1.3 PRINCIPAIS MÉTODOS DE PERFURAÇÃOExistem três principais métodos de perfuração para o desmonte de rochas comexplosivos aplicados à mineração:• perfuração rotativa com brocas tricônicas (Holler Bit);• martelo de superfície (Top-Hammer, método roto-percussivo);• martelo de fundo de furo ou furo abaixo (Down the Hole, método roto- percussivo).Perfuração por percussão:Também conhecido por perfuração por martelo, é o método mais comum deperfuração para a maioria das rochas, os martelos podem ser acionados a arcomprimido ou hidráulicos.A perfuração rotopercussiva é o sistema mais clássico de perfuração e o seu aparecimento coincide com o desenvolvimento industrial do século XIX. As primeiras máquinas, protótipos de Singer (1838) e Couch (1848), utilizavam vapor para o seu acionamento, mas foi com a aplicação posterior do ar comprimido como fonte de energia (1861) que este sistema evoluiu e passou a ser utilizado de forma intensa (Jimeno,1994). Prof. Valdir Costa e SilvaAs perfuratrizes rotopercussivas geralmente exercem um papel menor quandocomparadas comas máquinas rotativas nas operações mineiras a céu aberto. Sua aplicação élimitada à produção das pequenas minas, perfuração secundária, trabalhos dedesenvolvimento e desmonte controlado. Porém, o sistema de furo abaixo ou de
  4. 4. 4fundo de furo (down the hole) com diâmetro de perfuração na faixa de 150 mm(6”) a 229 mm (9”) vem ganhado campo de aplicação nas rochas de altaresistência por propiciar maiores taxas de penetração quando comparadas como método rotativo.Estas perfuratrizes possuem dois sistemas de acionamento básicos, rotaçãoe percussão.Estas duas forças são transmitidas através da haste para a coroa de perfuração.Os martelos podem ter acionamento pneumático ou hidráulico, e são localizadosna superfície sobre a lança da perfuratriz, conforme figura 2. O surgimento dosmartelos hidráulicos na década de 70 deu novo impulso a este método deperfuração, ampliando o seu campo de aplicação. Figura 2 – Componentes básicos do martelo de superfícieOs equipamentos roto-percussivos se classificam em dois grandes grupos,segundo a posição do martelo:• martelo de superfície (Top-Hammer); Prof. Valdir Costa e Silva• martelo de fundo de furo (Down The Hole).Por muitos anos estes equipamentos foram operados, exclusivamente, usandomartelos pneumáticos. Nos últimos 15 anos máquinas hidráulicas têm sidointroduzidas no mercado. O alto custo de capital das perfuratrizes hidráulicas écompensado por um menor custo operacional e maior produtividade quandocomparadas com máquinas pneumáticas (Crosby, 1998).
  5. 5. 5 A perfuração rotopercussiva se baseia na combinação das seguintes ações:  Percussão: os impactos produzidos pelas batidas do pistão do martelo originam ondas de choque que se transmitem à rocha.  Rotação: com este movimento se faz girar a broca para que se produzam impactos sobre a rocha em diferentes posições.  Pressão de avanço: para se manter em contato a ferramenta de perfuração e a rocha, é exercida um pressão de avanço sobre a broca de perfuração.  Fluido de limpeza: o fluido de limpeza permite extrair os detritos do fundo do furo. Em resumo, na perfuração percussiva o pistão transmite energia sobre a rocha através da barra de percussão, das uniões, da haste de perfuração e da broca. O motor de rotação ao encontrar rocha nova, rompe os cortes em pedaços ainda menores. O ar comprimido efetua a limpeza dos furos e a refrigeração das brocas. Perfuratrizes Pneumáticas Segundo Jimeno (1994), um martelo acionado por ar comprimido consta de: • um cilindro fechado com uma tampa dianteira que dispõe de uma abertura axial onde é fixado o punho e as hastes de perfuração; • um pistão que com o seu movimento alternativo golpeia o punho de perfuração, o qual transmite a onda de choque à haste; • uma válvula que regula a passagem de ar comprimido em volume fixado Costa e Silva Prof. Valdir e de forma alternada para a parte anterior e posterior do pistão; • um mecanismo de rotação para girar a haste de perfuração; • um sistema de limpeza do furo que permite a passagem de ar pelo interior da haste de perfuração e retirada dos detritos da rocha entre as paredes do furo e a parte externa da haste.. A profundidade máxima alcançada por este sistema não supera os 30 metros, devido as perdas de energia na transmissão das ondas de choque do martelo
  6. 6. 6para a coroa. A cada haste adicionada na coluna de perfuração maior é a perdade energia devido a reflexão da energia nas conexões e luvas de perfuração. O campo de aplicação das perfuratrizes pneumáticas de martelo de superfícieestá se reduzindo cada vez mais, devido à baixa capacidade de perfuração emrochas duras, à profundidade (em torno de 15 m), ao diâmetro de perfuração (de50 a 100 mm) e ao alto consumo de ar comprimido, aproximadamente, 2,4m3/min por cada cm de diâmetro, além de apresentar alto desgaste dasferramentas de perfuração: hastes, punhos, coroas, mangueiras etc., em funçãoda freqüência de impacto e na forma de transmissão da onda de choque dopistão de grande diâmetro (Svedala Reedrill, sd.).Perfuratrizes hidráulicasNo final da década de 60 e início da década de 70 houve um grande avançotecnológico na perfuração de rochas com o desenvolvimento dos marteloshidráulicos.Uma perfuratriz hidráulica consta basicamente dos mesmos elementosconstrutivos de uma pneumática. A diferença mais importante entre ambas éque no lugar de se utilizar ar comprimido, gerado por um compressor acionadopor um motor diesel ou elétrico, para o acionamento do motor de rotação e paraproduzir o movimento alternativo do pistão do martelo, utiliza-se um grupo debombas que acionam estes componentes.As razões pela qual as perfuratrizes hidráulicas possuem uma melhor tecnologiasobre as pneumáticas são as seguintes (Crosby, 1998):• menor consumo de energia: as perfuratrizes hidráulicas consumem apenas 1/3 da energia, por metro perfurado, em comparação com os equipamentos pneumáticos;• menor desgaste da broca de perfuração;• maior velocidade de penetração: a energia liberada em cada impacto do martelo é superior a do martelo pneumático, resultando em maiores taxas de penetração;
  7. 7. 7• melhores condições ambientais: a ausência de exaustão de ar resulta em menores níveis de ruído quando comparadas com perfuratrizes pneumáticas;• maior flexibilidade na operação: é possível variar a pressão de acionamento do sistema, a energia por impacto e a freqüência de percussão do martelo;• maior facilidade para a automação: os equipamentos são muito mais aptos para a automação das operações, tais como a troca de haste e mecanismos antitravamento da coluna de perfuração.Martelos de Fundo (Down The Hole – DTH)Os martelos de fundo de furo foram desenvolvidos na década de 50 e,originalmente, eram utilizados para aumentar a taxa de penetração em rochasduras e muito duras. Neste método, o martelo e a broca de perfuraçãopermanecem sempre no fundo do furo, eliminando as perdas de energia aolongo da coluna de perfuração.A principal aplicação deste método é a perfuração em rochas duras quando seusa brocas de 152 a 229 mm (6” a 9”). Para estes diâmetros, os rolamentos dasbrocas tricônicas são demasiadamente pequenos para suportar grandes cargasverticais (pressão de avanço), o que se traduz em baixa taxa de penetração ealtos custos. Este método possui as seguintes características: Prof. Valdir Costa e Silva• devido a posição do martelo e da broca evita a perda de energia ao longo das hastes de perfuração;• necessita de moderada força de avanço (250 a 500 lbf/in de diâmetro de bit) em comparação com o método rotativo (3000 a 7000 lbf/in). Elimina a necessidade de hastes pesadas e altas pressões de avanço;• os impactos produzidos pelo pistão do martelo no fundo do furo podem provocar o desmoronamento e travamento da coluna de perfuração em rochas não consolidadas ou muito fraturadas;
  8. 8. 8• requer menor torque de rotação e a velocidade de rotação (rpm) é muito menor em comparação com o método rotativo. A faixa normal de operação é de 10 a 60 rpm;1.4 Rotação/TrituraçãoFoi inicialmente usada na perfuração de petróleo, porém, atualmente, é tambémusada em furos para detonação, perfuração de chaminés verticais de ventilaçãoe abertura de túneis. Esse método é recomendado em rochas com resistência àcompressão de até 5000 bar.Quando perfuramos por este método, usando brocas tricônicas, a energia étransmitida para a broca por um tubo, que gira e pressiona o bit contra a rocha.Os botões de metal duro são pressionados na rocha, causando o fraturamentodesta, de acordo basicamente com o mesmo princípio da perfuração porpercussão. A velocidade normal de rotação é de 50 a 90 rev/min.1.5 Rotação/Corte Prof. Valdir Costa e SilvaEste método é usado principalmente em rochas brandas com resistência àcompressão de até 1500 bar.A perfuração por rotação necessita de uma forte capacidade de empuxo nabroca e um mecanismo superior de rotação. A pressão aplicada e o torquerompem e moem a rocha. Neste método a energia é transmitida ao cortadorpelo tubo de perfuração, que gira e pressiona o mesmo sobre a rocha. A área decorte da ferramenta exerce pressão sobre a rocha e as lascas são arrancadas.A relação entre a pressão necessária e a faixa de rotação, determina avelocidade e a eficiência da perfuração:a) a rocha branda requer menor pressão e rotação mais rápida;b) a rocha dura necessita de alta pressão e rotação mais lenta.
  9. 9. 9A velocidade de rotação é de 120 rev/min para um furo de 110 mm e 300rev/min para furos de 60 mm de diâmetro.1.6 FONTES DE ENERGIAAs fontes primárias de energia podem ser: motores diesel ou motores elétricos.Nas perfuratrizes com um diâmetro de perfuração acima de 9” (230 mm) égeneralizado o emprego de energia elétrica a média tensão, alimentando aperfuratriz com corrente alternada com cabos elétricos revestidos.Porém, se a lavra é seletiva e há grande necessidade de deslocamento doequipamento de perfuração, pode-se adotar máquinas a motor diesel. Asperfuratrizes médias e pequenas, que são montadas sobre caminhões, podemser acionadas por motores a diesel.Segundo Jimeno (1994), uma divisão média da potência instalada nestasunidades para os diferentes mecanismos é a seguinte:♦ Movimento de elevação e translação: 18%♦ Rotação: 18%♦ Avanço: 3%♦ Nivelamento: 2%♦ Limpeza dos detritos com ar comprimido: 53%♦ Equipamentos auxiliares: 3 %♦ Outros: 3%.Nota-se na distribuição de energia, acima, a grande importância do ar e dapotência de rotação para o método rotativo.Os equipamentos elétricos têm um custo de 10 a 15% mais baixo que os deacionamento a diesel.Estes últimos são selecionados quando a região da explotação não dispõe deadequada infra-estrutura de suprimento de energia elétrica ou quando amáquina é montada sobre caminhão (Jimeno, 1994).
  10. 10. 101.7 SISTEMA DE ROTAÇÃOCom o objetivo de girar as hastes e a broca para efetuar a perfuração, asperfuratrizes possuem um sistema de rotação montado, geralmente, sobre umaunidade que desliza no mastro da perfuratriz. Esta unidade é geralmentedenominada de cabeça rotativa.O sistema de rotação é constituído por um motor elétrico ou um sistemahidráulico. O primeiro é utilizado nas máquinas de maior porte, pois aproveita agrande facilidade de regulagem dos motores de corrente contínua, num intervalode 0 a 100 rpm (Jimeno, 1994). Já o sistema hidráulico consiste de um circuitohidráulico com bombas de pressão contínua, com um conversor, para variar avelocidade de rotação do motor hidráulico.A figura 3 mostra os principais componentes de um sistema de perfuraçãorotativa: ar comprimido, sistema de elevação e avanço, motor de rotação,cabeça rotativa, haste, estabilizador e broca.
  11. 11. Prof. Valdir Costa e Silva 11 Ar Comprimido Motor de Rotação: Elétrico ou Hidráulico Cabeça Rotativa Sistema de Elevação e Haste Avanço EestabEilid ador Estabilizador Estabilizad or bit Broca Figura 3: Principais componentes de um de um sistema de perfuração rotativo Fonte: Jimeno, 1994.1.8 SISTEMA DE AVANÇO E ELEVAÇÃOPara se obter uma boa velocidade de penetração na rocha é necessário aaplicação de uma determina força de avanço, que depende, tanto da resistênciada rocha, como do diâmetro que se pretende utilizar. Como o peso da coluna deperfuração (hastes, estabilizador e broca) não é suficiente para se obter a carganecessária, é preciso aplicar forças adicionais que são transmitidasexclusivamente através de energia hidráulica.Existem basicamente quatro sistemas de avanço e elevação, que são:• cremalheira e pinhão direto;• corrente direta;• cremalheira e pinhão com corrente;• cilindros hidráulicos.
  12. 12. 121.9 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DAS BROCAS TRICÔNICASAs brocas tricônicas são classificadas de acordo com o material dos dentes egeometria do cone. Os dentes podem ser de face dura, cobertura endurecida ouinsertos de carboneto de tungstênio. As brocas com dentes de face dura oucobertura endurecida são denominadas de brocas dentadas e as de insertos detungstênio são denominadas de brocas de botões (Karanam & Misra, 1998).Na perfuração rotativa, a broca ataca a rocha com a energia fornecida pelamáquina à haste de perfuração, que transmite a rotação e o peso de avanço(carga) para a broca. O mecanismo de avanço aplica uma carga acima de 65%do peso da máquina, forçando a broca em direção à rocha. A broca quebra eremove a rocha por uma ação de raspagem em rochas macias, esmagamento-trituração-lasqueamento em rochas duras ou por uma combinação destas ações(Crosby, 1998). A figura 4 ilustra este modelo de corte. Figura 4: Modelo físico de penetração para o método rotativo Fonte: Karanam & Misra, 1998.As brocas tricônicas consistem de três componentes principais: os cones, osrolamentos e o corpo. Os cones são montados sobre os eixos dos rolamentosos quais são partes integrantes do corpo da broca. Os elementos cortantes dos
  13. 13. 13cones consistem de linhas circunferênciais de dentes salientes (ex.: botões oudentes).1.10 CARACTERÍSTICAS DOS FUROSOs furos são geralmente caracterizados por quatro parâmetros: diâmetro,profundidade, retilinidade e estabilidade.Diâmetro dos furosO diâmetro do furo depende da finalidade do mesmo. Em furos paradetonações, há vários fatores que influem na escolha do diâmetro, por exemplo,o tamanho desejado dos fragmentos, após a detonação; o tipo de explosivo aser utilizado, a vibração admissível do terreno durante a detonação etc. Emgrandes pedreiras e outras minerações a céu aberto, furos de grande diâmetroapresentam menores custos de perfuração e detonação por m3 ou tonelada derocha escavada. Nas minas subterrâneas, as dimensões dos equipamentos deperfuração são determinadas pelo método de lavra adotado. Em trabalhosmenores, o diâmetro do furo pode também ser determinado pelo tamanho doequipamento disponível para perfuração, carregamento e transporte.A eleição do diâmetro dos furos depende, também, da produção horária, doritmo da escavação e da resistência da rocha. A figura 5 mostra a relação entreos diâmetros e o número de furos, porte dos equipamentos de escavação, alturada pilha e granulometria dos fragmentos rochosos após a detonação.
  14. 14. 14 Figura 5: Influência do diâmetro no n.º de furos, na fragmentação da rocha, na altura da pilha e no porte do equipamento de carregamento.A figura 6 mostra a relação entre o diâmetro de perfuração e a seção do túnelou galeria e o tipo de equipamento de perfuração. Figura 6: Influência do diâmetro da perfuração no tamanho da seção da galeriaProfundidade dos furos
  15. 15. 15A profundidade do furo determina a escolha do equipamento de perfuração. Emespaços confinados somente ferramentas de perfuração curtas poderão serusadas.No caso de maiores profundidades (50 a 70 m ou mais) utiliza-se perfuração defundo de furo, ao invés de martelo de superfície, já que o método de fundo defuro proporciona mais eficiência de transmissão energética e remoção doscavacos de rocha a essa profundidade. Quando utilizamos martelos DTH aenergia é em princípio transmitida da mesma forma com a vantagem de que opistão da perfuratriz trabalha diretamente sobre a broca.Retilinidade do furoA retilinidade de uma perfuração varia, dependendo do tipo e natureza da rocha,do diâmetro e da profundidade do furo, do método e das condições doequipamento utilizado, da experiência do operador. Na perfuração horizontal ouinclinada, o peso da coluna de perfuração pode concorrer para o desvio do furo.Ao perfurar furos profundos para detonação, o furo deve ser tão reto quantopossível para que os explosivos, sejam distribuídos corretamente, para se obtero resultado desejado.Para compensar o desvio dos furos às vezes é necessário furar com menorespaçamento o que resulta em maior custo. Um problema particular causadopor um furo com desvio é a possibilidade de encontrar-se com um outro jáperfurado, causando a detonação de cargas por “simpatia”. A probabilidade doequipamento se prender é grande e a detonação não pode ser executadaadequadamente.Além do desvio do furo propriamente dito, o alinhamento pode ser afetado pelodesalinhamento da lança e pelo cuidado durante o emboque do furo.Estabilidade do furo
  16. 16. 16Outra necessidade em perfuração é que o furo permaneça “aberto” enquantoestiver sendo utilizado para carregamento de explosivos. Em certas condições,por exemplo, quando a perfuração é em material “solto” ou rocha (que tendem adesmoronar e tapar o furo), torna-se essencial estabilizar-se o furo com tubos oumangueiras de revestimentos.1.11 PERFURAÇÃO VERTICAL X INCLINADA Principais vantagens da perfuração inclinada melhor fragmentação; diminuição dos problemas de repé devido ao melhor aproveitamento das ondas de choque na parte crítica do furo (linha de greide, pé da bancada); maior lançamento; permite maior malha; permite redução da Razão de Carregamento que pode ser obtida pelo uso de explosivos de menor densidade; maior estabilidade da face da bancada; menor ultra-arranque. Principais desvantagens da perfuração inclinada menor produtividade da perfuratriz; maior desgaste de brocas, hastes e estabilizadores; maior custo de perfuração; maior comprimento de furo para uma determinada altura da bancada; maior risco de ultralançamentos dos fragmentos rochosos.1.12 MALHAS DE PERFURAÇÃO
  17. 17. 17A geometria das malhas de perfuração pode ser quadrada, retangular,estagiada, triângulo eqüilátero ou malha alongada: A E a) malha quadrada b) malha retangular c) malha estagiada (pé de galinha)Malhas quadradas ou retangulares: devido a sua geometria é de fácilperfuração (menor tempo de locomoção de furo a furo).Malhas estagiadas: devido a geometria de furos alternados dificulta aperfuração (maior tempo de locomoção furo a furo), porém possui melhordistribuição do explosivo no maciço rochoso.Malha Triângulo Eqüilátero: são malhas estagiadas com a relação E/A = 1,15.São indicadas para rochas compactas e duras. Possuem ótima distribuição daenergia do explosivo na área de influencia do furo, maximizando afragmentação. O centro do triângulo eqüilátero, o ponto mais crítico parafragmentação, recebe igual influência dos três furos circundantes.Malhas alongadas: : Conforme a relação E/A as malhas podem assumir váriasconfigurações. As malhas alongadas possuem elevada relação E/A, geralmenteacima de 1,75. São indicados para rochas friáveis/macias aumentando olançamento por possuírem menor afastamentos.
  18. 18. 18 1.13 SELEÇÃO DOS DIFERENTES TIPOS DE PERFURATRIZES A tabela 1 apresenta um resumo dos fatores que devem ser avaliados durante o processo de seleção do método e equipamento de perfuração. Durante o processo de seleção do método e do equipamento de perfuração é necessário discutir e adequar estes fatores às características da jazida ou mina, de forma a se fazer a melhor escolha. Tabela 1 - Fatores para seleção dos diferentes tipos de perfuratrizes. Fonte: Moraes, 2001 Fatores Perfuratriz rotativa Perfuratriz de martelo de superície Perfuratriz de martelo de fundo de furo 165 a 228 em rocha macia Diâmetro do furo, a média 250 a 432 em 152 a 228 em formações média a muito 38 a 127. mm todas formações, incluíndo dura; diâmetros menores em furos longos. muito dura. Formações na faixa de Media a muito dura. Restrições em rochas Tipo de rocha Média a muito dura. macia a muito dura. muito fraturadas. Profundidade Maior que 60 m. Menor que 20 m. Maior que 60 m.máxima do furo, m O ar tem dupla função: limpeza do furo Grandes vazões para se ter e acionamento do martelo. Não pode A taxa de penetração aumenta com o Volume de ar uma limpeza eficiente do usar pressões tão altas como no aumento da pressão de ar, mas o volume de requerido furo. martelo de fundo. Máquinas hidráulicas ar requerido também. reduzem bastante o consumo de ar. Baixo em formações Altas taxas de penetração podem serAvanço (pulldown) Boa penetração com menos carga de macias a muito alto em alcançadas com menores pressões de requerido avanço. rochas duras. avanço. Rotação para o bit é aproximadamente Requer alta velocidade em Opera com menores velocidades de rotação: de 100 a 120 rpm para furos de 64 mm, Velocidade de rocha macia e velocidades 30 a 50 rpm para rocha macia; 20 a 40 para em rocha macia; em rocha dura, 75 a rotação, rpm mais baixas em rocha rochas intermediárias e 10 a 30 rpm para 100 rpm para furos de 64 mm e 40 a 50 dura. rochas duras. rpm para furos de 127 mm. Aumenta com o aumento Taxas iniciais mais altas que o método Taxas relativamente constantes ao longo do do diâmetro da broca; de martelo de fundo. Taxa cai com furo. Maiores taxas em rochas duras, naTaxa de penetração diminui com o aumento da cada haste adicionada. Taxa decresce faixa de diâmetro de 152 mm a 228 mm, resistência da rocha. com o aumento do diâmetro. comparando-se com o método rotativo. Ruído é crítico: imacto do martelo e ar Nível de ruído é mais baixo que o método de Níveis de ruído Geralmente baixo. comprimido. Máquinas hidráulicas martelo de superfície. Ruído é dissipado possuem menor nível de ruído. dentro do furo. 1.14 CÁLCULO DOS COMPONENTES DA PERFURATRIZ
  19. 19. 19a) Número de furos por dia (Nf ) VA NF = A x E x H f x Ndsendo:VA = volume anual (m3); A = afastamento (m); E = espaçamento (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 = número de furos por dia; Hf = comprimento do furo (m);Nd = dias trabalhados durante o ano.c) Metros diários perfurados por uma perfuratriz (MP) MP = NH x TP x DM x RMO x Usendo:NH = número de horas/dia trabalhado por uma perfuratriz;TP = taxa de penetração (m/h);DM = disponibilidade mecânica da perfuratriz (%);RMO = rendimento da mão-de-obra (%);U = utilização do equipamento (%).d) Número de perfuratrizes necessárias (NP) PT NP = N d x MP
  20. 20. 20ExemploUma mineração pretende produzir anualmente 1.000.000 m3 de hematita. Seudesmonte de rocha apresenta as seguintes características:- Malha de perfuração: Afastamento (A) = 2,5 m; Espaçamento = 5,0 m; Altura dobanco = 10 m; Inclinação dos furos = 0°; Diâmetro da perfuração = 4” (102 mm)Taxa de penetração da perfuratriz: 40 m/h- Disponibilidade mecânica do equipamento: 85%- Rendimento da mão de obra: 80%- Utilização do equipamento : 80%- Dias de trabalho no ano: 365- Horas trabalhadas por dia: 8 h- Comprimento das hastes: 3 m.A vida útil média dos componentes é a seguinte:- bits (coroas) : 2.500 m- punho : 2.500 m- haste e luvas : 1.500 mCalcular o número de perfuratrizes necessárias para executar a perfuração, e oscomponentes gastos anualmente (hastes, luvas, punhos e coroas).a) Número de furos por dia (Nf ) VA 10 0000 0 . . NF = = = 22 A x E x H f x 3 65 2,5 x 5 x 1 0 x 36 5b) Profundidade Total perfurado por ano (PT) PT = Nf x Hf x Nd = 22 x 10 x 365 = 80.300 mc) Metros diários perfurados por uma perfuratriz (MP)
  21. 21. 21 MP = NH x TP x DM x RMO x U = 8 x 40 x 0,85 x 0,8 x 0,8 = 174,08 me) Número de perfuratrizes necessárias (NP) PT 80300 . NP = = = 1,26 365 x M P 365 x 17408 ,Obs.: Matematicamente o cálculo aponta, aproximadamente, para anecessidade de duas perfuratrizes. Entretanto, a escolha correta será de uma sóperfuratriz, pois basta aumentarmos o número de horas trabalhadas por diapara obtermos a produção diária desejada. Outra possibilidade seria a deperfurar com uma maior taxa de penetração.e) Relação entre metros de haste e metro de furo (K) Hf + C 1 0+ 3 K = = = 2,1 7 2C 2x3f) Número de hastes (NH) e luvas (NL) PT x K 8030 0 x 2,17 . NH e NL = = = 116 vidautil 1500g) Número de punhos (NP) PT 80300 . NP = = = 32 vidautil 2.500h) Número de coroas (NB)
  22. 22. 22 PT 80.300 NC = = = 32 vida util 2500 Prof. Valdir Costa e Silva1.15 CÁLCULO DO CUSTO TOTAL DA PERFURAÇÃOCusto Total da Perfuração/m (CTP)Uma relativamente simples, mas bastante interessante análise, foi recentementeapresentada por Robert W. Thomas, da Baker Hughes Mining Tools Inc., quepode ser assim enunciada: A D CTP = + M VPsendo:A = custo da ferramenta de perfuração (brocas e cortadores);M = vida útil da ferramenta em metros;D = custo horário da perfuratriz (custo de propriedade e custo operativo);VP = velocidade de penetração (m/h).O exemplo a seguir evidencia que a soma expedida na aquisição de uma brocacom uma maior velocidade de penetração, aumenta os dividendos, pois o custototal de perfuração será reduzido e a produção aumentará.Exemplo do CTPUma perfuratriz trabalha em uma mina de cobre a céu aberto, com uma brocade diâmetro de 12¼”. Considerando os seguintes dados:
  23. 23. 23- Velocidade de penetração da broca normal: 25,0 m/h- Custo da broca normal: US$ 5.356- Velocidade de penetração da broca especial XP: 27,5 m/h- Custo da broca especial XP: US$ 6.169- Vida útil da broca: 3.000 mBroca normal: US $ 5.356 US $ 450 / hCTP = + = US $ 19,785 / m 3.000 m 25 m / hBroca especial XP: US $ 6169 . US $ 450 / hCTP = + = US $ 18,420 / m 3.000 m 27,5 m / hDiferença de custo: US$ 1,365/m (6,9%)Velocidade de penetração da BROCA NORMAL = 25,0 m/hVelocidade de penetração da BROCA ESPECIAL XP = 27,5 m/hINCREMENTO DE PRODUTIVIDADE = 2,5 m/h(10%)Um acréscimo de apenas 10% na velocidade de perfuração representa umaeconomia de US$ 409.500,00 por ano, em um programa de perfuração de300.000 m, isto é: (US$ 1,365/m x 300.000 m = US$ 409.500,00).
  24. 24. Prof. Valdir Costa e Silva 242. PROPRIEDADES E SELEÇÃO DE EXPLOSIVOS2.1 INTRODUÇÃOParalelamente à evolução dos métodos de lavra, os explosivos vêm sofrendo,desde os anos 40, um acentuado desenvolvimento tecnológico, objetivandoalcançar os seguintes resultados: uma melhor fragmentação das rochas, maiorsegurança no manuseio, maior resistência à água, menor custo por unidade derocha desmontada.2.2 EXPLOSIVOSDefiniçãoExplosivos são substâncias ou misturas, em qualquer estado físico, que, quandosubmetidos a uma causa térmica ou mecânica suficientemente enérgica (calor,atrito, impacto etc.) se transformam, total ou parcialmente, em gases, em umintervalo de tempo muito curto, desprendendo considerável quantidade de calor.Ingredientes de um explosivo(a) Explosivo básico (ou explosivo base) é um sólido ou líquido que, submetido a uma aplicação suficiente de calor ou choque, desenvolve uma reação exotérmica extremamente rápida e transforma-se em gases a altas temperaturas e pressões. Exemplo típico de explosivos básico é a nitroglicerina C3H5O9N3, descoberta em 1846 pelo químico italiano Ascanio Sobrera.(b) Os combustíveis e oxidantes são adicionados ao explosivo básico para favorecer o balanço de oxigênio na reação química de detonação. O combustível (óleo diesel, serragem , carvão em pó, parafina, sabugo de milho, palha de arroz etc.) combina com o excesso de oxigênio da mistura explosiva, de forma que previne a formação de NO e NO2; o agente oxidante (nitrato de amônio, nitrato de cálcio, nitrato de potássio, nitrato de sódio etc.) assegura a completa oxidação do carbono, prevenindo a formação de CO. A formação de NO, NO2 e CO é indesejável, pois além de altamente tóxicos
  25. 25. Prof. Valdir Costa e Silva 25 para o ser humano, especialmente em trabalhos subterrâneos, esses gases reduzem a temperatura da reação “ladrões de calor” e conseqüentemente, diminuem o potencial energético e a eficiência do explosivo.(c) os antiácidos geralmente são adicionados para incrementar a estabilidade do produto à estocagem, exemplo: carbonato de cálcio, óxido de zinco.(d) os depressores de chama (cloreto de sódio) normalmente são utilizados para minimizar as possibilidades de fogo na atmosfera da mina, principalmente nas minas onde ocorre a presença do gás metano (grisu).(e) os agentes controladores de densidade e sensibilidade dividem-se em: químicos (nitrito de sódio, ácido nítrico) e mecânicos (micro esferas de vidro). No controle do pH do explosivo utilizam-se a cal e o ácido nítrico.(f) os agentes cruzadores (cross linking) são utilizados juntamente com a goma guar para dar uma forma de gel nas lamas e evitar a migração dos agentes controladores da densidade. Exemplo: dicromato de sódio.2.3 PROPRIEDADES DOS EXPLOSIVOSDensidade de um explosivoDensidade é a relação entre a massa e o volume dessa massa, medida emg/cm3. A densidade dos explosivos comerciais varia de 0,6 a 1,45 g/cm 3. Adensidade dos explosivos é um fator importante para a escolha do explosivo. Osexplosivos com densidade inferior ou igual a 1 não devem ser utilizados emCosta e Silva Prof. Valdirfuros contendo água, para evitar que os mesmos bóiem. Para detonaçõesdifíceis, em que uma fina fragmentação é desejada, recomenda-se um explosivodenso. Para rochas fragmentadas “in situ”, ou onde não é requerida umafragmentação demasiada, um explosivo pouco denso será suficiente.Energia de um explosivo
  26. 26. 26A finalidade da aplicação de um explosivo em um desmonte é gerar trabalho útil.A energia liberada pelo explosivo em um furo é utilizada da seguinte forma:pulverização da rocha nas paredes do furo, rompimento da rocha, produção decalor e luz, movimento da rocha, vibração do terreno e sobrepressãoatmosférica.No passado, a energia de um explosivo era medida em função da porcentagemde nitroglicerina (NG) contida no mesmo. Um explosivo que possuía 60% de(NG) em peso era qualificado como tendo força de 60%. Acontece que osmodernos explosivos, especialmente os agentes detonantes, não possuem NGnas suas formulações, daí a necessidade de se estabelecer um novo padrão decomparação. Na atualidade, os seguintes conceitos são utilizados:- RWS - Relative Weight Strength (Energia relativa por massa): é a energiadisponível por massa de um explosivo x, comparada com a energia disponívelpor igual massa de um explosivo tomado como padrão. Normalmente o ANFO étomado como o explosivo padrão. O cálculo do RWS é feito através da seguinteexpressão: ETx RWS = ETponde: ETx e ETp são as energias termoquímicas do explosivo x e padrão,respectivamente.Exemplo 1: Considere como o explosivo padrão, o ANFO que apresenta asseguintes propriedades: densidade = 0,85 g/cm 3; Energia termoquímica = 900cal/g.Cálculo da Energia Relativa por Massa (RWS) do explosivo emulsão queapresenta as seguintes propriedades: densidade = 1,15 g/cm 3; Energiatermoquímica = 850 cal/g. Ex T 80 cl /g 5 a R S W = = Ep T 90 cl /g 0 a
  27. 27. 27RWS = 0,944 ou RWS = 94,4. Uma unidade de massa da emulsão possui5,6 % a menos de energia quando comparada com a mesma unidade de massado ANFO.- RBS - Relative Bulk Strength (Energia relativa por volume): é a energiadisponível por volume de um explosivo x, comparada com a energia disponívelpor igual volume de um explosivo tomado como padrão. Isto é: ETx ρx ρx RBS = x = RWS x ETp ρp ρponde: ρx e ρp são as densidades do explosivo x e p, respectivamente.Exemplo 2: Utilizando os dados do exemplo anterior; cálculo da EnergiaRelativa por Volume (RBS): ETx ρx 850 cal / g 1,15 g / cm 3 RBS = x = x ETp ρp 900 cal / g 0,85 g / cm 3RBS = 1,28 ou RBS = 128. Uma unidade de volume da emulsão possui 28%a mais de energia quando comparada com a mesma unidade de volume doANFO. Prof. Valdir Costa e SilvaBalanço de Oxigênio de um explosivo e Energia de explosão (Hf)A maioria dos ingredientes dos explosivos e composto de oxigênio, nitrogênio,hidrogênio e carbono. Para misturas explosivas, a liberação de energia éotimizada quando o balanço de oxigênio é zero. Balanço zero de oxigênio édefinido como o ponto no qual uma mistura tem suficiente oxigênio para oxidarcompletamente todos os combustíveis (óleo diesel, serragem, carvão, palha dearroz etc.) presentes na reação, mas não contém excesso de oxigênio quepossa reagir com o nitrogênio na mistura para formação de NO e NO2 e nem afalta de oxigênio que possa gerar o CO, pois além de altamente tóxicos para oser humano, esses gases reduzem a temperatura da reação e,conseqüentemente, diminuem o potencial energético e a eficiência do explosivo.
  28. 28. 28Teoricamente, os gases produzidos na detonação a balanço zero de oxigêniosão: 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 amônio (N2H403) com oóleo diesel (CH2): N2H403 + CH2 → CO2 + H2O + N2 Tabela 2 - Cálculo da necessidade de oxigênio para equilibrar a equação.Composto Fórmula Produtos desejados Necessidade (-) ou na reação excesso (+) de oxigênioNitrato de N2H403 N2, 2H2O +3 - 2 = +1amônio CH2 CO2, H2O - 2 - 1 = - 3Óleo dieselNecessidades de oxigênio: -3O resultado é uma deficiência de 3 átomos de oxigênio por unidade de CH 2.Desde que cada molécula do nitrato de amônio apresenta excesso de umátomo de oxigênio, 3 unidades de nitrato de amônio são necessárias para oCosta e Silva Prof. Valdirbalanço de cada unidade de óleo diesel na mistura de AN/FO.Equilibrando a equação: 3N2H403 + CH2 → CO2 + 7H2O + 3N2Cálculo das percentagens de N2H403, CH2 por massa de mistura de AN/FO:Usando as massas moleculares da tabela 3, podemos calcular a soma dasmassas moleculares dos produtos a partir das massas atômicas: Al = 27; C=12; O = 16; H = 1; N = 14.Tabela 3 - Cálculo da soma da massa molecular dos produtos da reação.Composição Massa molecular (g)3N2H403 3 x 80 = 240CH2 14Total 254
  29. 29. 29A percentagem do nitrato de amônio na mistura, será:(240 : 254) x 100% = 94,5%Então sabemos que 240 g de nitrato de amônio reagem com 14 g de carbonoquando o balanço é perfeito, quer dizer, o óleo deve representar, em massa:(14 : 254) x 100% = 5,5%Calor de Formação ou Energia de Explosão (Hf)Por definição, a energia da explosão (Hf) é a diferença entre o calor deformação dos produtos (Hp) e o calor de formação dos reagentes (Hr), isto é: Hf = Hp - HrUtilizando os valores da entalpia da tabela 4, teremos:Tabela 4 - Entalpia de Formação para diferentes compostos Composto Hf (kcal/mol) N2H4O3 (nitrato de amônio) -87,30 H20 -57,80 CO2 -94,10 CH2 (óleo diesel) - 7,00 CO -26,40 N 0 NO + 21,60
  30. 30. 30 NO2 + 8,10 Al2O3 (alumina) -399,00Hp = -94,10 + 7(-57,80) + 3(0) ⇒ Hp = -498,7 kcalHp = 3(-87,30) - 7 ⇒ Hp = -268,9 kcalHf = Hp - Hr = -498,7 kcal - (-268,9) kcal = -229,8 kcalTransformando para cal/g: Prof. Valdir Costa e Silva-229,8 x 1000 / 254 g ⇒ Hf = - 905 cal/gVelocidade e Pressão de detonação de um explosivoA velocidade de detonação de um explosivo (VOD) é o índice mais importantedo desempenho do mesmo, desde que a pressão de detonação de um explosivoé diretamente proporcional ao quadrado da velocidade de detonação, conformea expressão abaixo. Uma maneira de avaliar o desempenho de um explosivo épela comparação da pressão produzida no furo durante a detonação. Caso apressão produzida no furo durante a detonação não supere a resistênciadinâmica da rocha, a mesma não será fragmentada, entretanto a energia nãoutilizada no processo de fragmentação e deslocamento da rocha se propagaráno terreno sob a forma de vibração.O pico da pressão exercida pela expansão dos gases, depende primariamenteda densidade e da velocidade da detonação. As pressões podem ser calculadasusando a seguinte equação: 2 VOD PF = ρ x 10 −6 4sendo:
  31. 31. 31PF = pressão produzida no furo, quando o explosivo está completamente acoplado ao furo (GPa);ρ = densidade do explosivo (g/cm3);VOD = velocidade de detonação de um explosivo confinado (m/s).Para a medição da VOD do explosivo, pode-se utilizar o “VOD PROBRE -BLAST EVALUATOR” de fabricação da INSTANTEL INC. (Canadá) ou oMiniTrap III, de fabricação da MREL do Canadá. O medidor da VOD (The VODProbe - Blast Evaluator) possui um cronômetro eletrônico que é acionado porfibras óticas introduzidas no furo a ser detonado e mede a VOD. À medida queocorre a detonação do explosivo, a luz resultante que é emitida aquece o probede fibra ótica em um certo tempo, permitindo dessa maneira a medição da VODdo explosivo. Já o MiniTrap III mede a VOD utilizando cabo coaxial.A medição da velocidade de detonação dos explosivos tem os seguintesobjetivos:• determinar a velocidade de detonação do explosivo, para que a partir da mesma seja calculada a pressão produzida no furo durante a detonação;• comparar o desempenho do explosivo quando iniciado com diferentes escorvas, acessórios e diferentes materiais utilizados para o confinamento do tampão;• verificar se os explosivos e acessórios estão detonando de acordo com o valor fornecido pelos fabricantes.Sensibilidade à iniciaçãoDefine-se como a susceptibilidade de um explosivo à iniciação, isto é, se oexplosivo é sensível à espoleta, cordel, booster (reforçador) etc.Diâmetro crítico
  32. 32. 32As cargas de explosivos com forma cilíndrica têm um diâmetro abaixo do qual aonda de detonação não se propaga ou propaga-se com uma velocidade muitobaixa. A esse diâmetro, dá-se o nome de diâmetro crítico. Os principais fatoresque influenciam no diâmetro crítico são: tamanho das partículas, reatividade dosseus ingredientes, densidade e confinamento. Prof. Valdir Costa e SilvaGases gerados pelos explosivosA classificação dos fumos é primordialmente importante na seleção deexplosivos para desmontes subterrâneos ou utilização em túneis em que ascondições de ventilação e renovação do ar são limitadas. Quando o explosivodetona, decompõe-se em estado gasoso. Os principais componentes sãoDióxido de Carbono, Monóxido de Carbono, Oxigênio, Óxidos de Nitrogênio eGás Sulfídrico.Os gases nocivos ao ser humano, quanto ao nível de toxidade, são classificadoscomo:- Classe 1 - não tóxicos (menor que 22,65 l/kg);- Classe 2 - mediamente tóxicos (de 22,65 a menos de 46,7 l/kg);- Classe 3 - tóxicos (de 46,7 a menos de 94,8 l/kg).A toxidez dos gases da explosão é avaliada pelo balanço de oxigênio (BO). Istoquer dizer que, o oxigênio que entra na composição do explosivo pode estar emfalta ou em excesso, estequiometricamente, resultando uma transformaçãocompleta ou incompleta. Quando a transformação é completa, os produtosresultantes são CO2, H2O e N2, todos não tóxicos. Na realidade pequenasproporções de outros gases (NO, CO, NH3 e CH4 etc.) também são gerados,mas não comprometem a boa qualidade dos produtos finais.A pesquisa do BO de um explosivo, apresenta uma grande importância prática,não só do ponto de vista da formação dos gases tóxicos, mas, porque ela estácorrelacionada com a energia da explosão, o poder de ruptura e outraspropriedades do explosivo usado. O máximo de energia é conseguido quando oBO é zero. Na prática, esta condição é utópica (Reis, 1992).
  33. 33. 33Os explosivos podem ser representados pela fórmula geral: CaHbOcNdXe, onde Xé um metal.Consideremos o caso da decomposição de um explosivo que não recebeelementos metálicos. Para uma transformação completa, teríamos: CaHbOcNd = xCO2 + yH2O + zN2Equilibrando a equação: Prof. Valdir Costa e Silvaa = x; b = 2y; d = 2x + y; c = 2x + y ⇒ c = 2a + b/2 ,quando então a transformação é completa, tendo em vista os produtos dereação.Exemplo:Nitroglicerina: C3H5O9N3Oxigênio existente na molécula: 9 átomosOxigênio necessário: c = 2a + b/2 = 2 x 3 + 5/2 = 8,5 átomosHá, portanto, um excesso de 0,5 átomo de oxigênio.Considerando que o peso molar da NG é de: 3 x 12 + 5 x 1 + 9 x 16 + 3 x 14= 227 gramas. Peso molecular do excesso de oxigênio 8BO = x 100 % = x 100 % Peso molecular da nitroglice rina 227BO = 3,52%Observação: Explosivos mal iniciados ou desbalanceados geram mais gasestóxicos.Resistência à águaÉ a capacidade que um explosivo tem de resistir a uma exposição à águadurante um determinado tempo, sem perder suas características. A resistência
  34. 34. 34de um explosivo à água pode ser classificada como: nenhuma, limitada, boa,muito boa e excelente. Prof. Valdir Costa e Silva2.4 CLASSIFICAÇÃO DOS EXPLOSIVOSA figura 8 mostra como podem ser classificados os explosivos. Neste textodiscutiremos apenas os explosivos químicos, por serem os mais utilizados pelasminerações e obras civis. Há três tipos de explosivos comerciais:(a) altos explosivos, isto é, explosivos caracterizados pela elevadíssima velocidade de reação (1500 a 9000 m/s) e alta taxa de pressão (50.000 a 4 milhões de psi). Os altos explosivos serão primários quando a sua iniciação se der por chama, centelha ou impacto. Secundários quando, para sua iniciação, for necessário um estímulo inicial de considerável grandeza. Exemplo de altos explosivos: TNT, dinamites, gelatinas;(b) baixos explosivos, ou deflagrantes, caracterizam-se por uma velocidade de reação muito baixa (poucas unidades de m/s) e pressões no máximo de 50.000 psi. Exemplo: pólvora e explosivos permissíveis;(c) Agentes detonantes são misturas cujos ingredientes não são classificados como explosivos. Exemplo: ANFO, ANFO/AL, lama, ANFO Pesado, emulsões. Classificação dos Explosivos Mecânicos Químicos Nucleares Altos Explosivos Baixos Explosivos Agentes Detonantes Primário Secundário
  35. 35. 35 Permissíveis Não permissíveis Figura 8 - Classificação dos explosivosExplosivos deflagrantesBaixos explosivos (propelantes), ou deflagrantes, são aqueles cuja reação química é uma combustão muito violenta chamada deflagração, que se propaga a uma velocidade da ordem de 100 a 1500 m/s e pressões de no máximo 50.000 psi.Entre os explosivos deflagrantes, o protótipo é a pólvora negra. Conhecida da remota Antigüidade, sua invenção tem sido atribuída aos chineses, árabes e hindus. Usada pela primeira vez, em mineração, em 1627, na Hungria, e logo após, na Inglaterra. A percentagem ponderal média dos componentes da pólvora negra é a seguinte:Nitrato de potássio (KN03) ou nitrato de sódio (NaN03) ........................ 75%Carvão vegetal (C) ................................................................................ 15%Enxofre (S) ............................................................................................ 10%2.5 ALTOS EXPLOSIVOS COM BASE DE NITROGLICERINADinamitesAs dinamites, inventada pelo químico sueco Alfred Nobel, em 1866, diferem emtipo e graduação conforme o fabricante, podendo, contudo, serem classificadassegundo os seguintes grupos principais: • Dinamite guhr
  36. 36. 36 Prof. Valdir Costa e Silva • Dinamites simples • Dinamites amoniacaisDinamite guhrDe interesse puramente histórico, resulta da mistura de Nitroglicerina,Kieselguhr e estabilizantes. Não é mais usada.Dinamite simplesResultante da mistura: Nitroglicerina + Serragem + Oxidante + Estabilizante.Como se vê, a serragem substitui o kieselguhr como absorvente e nitrato desódio é, em geral, o oxidante usado. Como estabilizante, ou antiácido, usa-se ocarbonato de cálcio, com cerca de 1%. A dinamite simples produz boafragmentação. Em contrapartida, apresenta um alto custo e gera gases tóxicos.Dinamites amoniacaisO alto custo da dinamite simples e as qualidades indesejáveis já citadaspermitiram o desenvolvimento das dinamites amoniacais. As dinamitesamoniacais são similares em composição, às dinamites simples, mas anitroglicerina e o nitrato de sódio são parcialmente substituídos por nitrato deamônio.GelatinasA gelatina também foi descoberta por Alfred Nobel, em 1875. A gelatina é umexplosivo bastante denso de textura plástica, parecendo uma goma de mascar,constituída de nitroglicerina + nitrocelulose + nitrato de sódio. São utilizadasapenas em casos especiais. Geram gases nocivos. Tem grande velocidade dedetonação, produz boa fragmentação e ótimo adensamento no furo.Gelatinas amoniacaisAs gelatinas amoniacais têm formulações semelhantes àquelas das gelatinas,porém o nitrato de amônio substitui, parcialmente, a nitroglicerina e o nitrato desódio. Essas gelatinas foram desenvolvidas para substituir as gelatinas, com
  37. 37. 37maior segurança no manuseio e custo menor de produção, porém menosresistentes à água.SemigelatinasConstituem um tipo intermediário entre as gelatinas e as dinamites amoniacais,combinando a baixa densidade das amoniacais com a resistência à água e acoesão das gelatinas, em grau mais atenuado. As composições sãosemelhantes àquelas das gelatinas amoniacais, com variações nas proporçõesde nitroglicerina, nitrato de sódio e nitrato de amônio, este em porcentagensmais altas. Os gases variam de excelentes a pouco tóxicos. Existem diversasvariantes comerciais.A tabela 5 mostra as % dos ingredientes dos altos explosivos.Tabela 5 - Porcentagem dos ingredientes dos altos explosivos PORCENTAGEM (%) DOS INGREDIENTESProduto N glic. N celul. N Sódio N Amônio Combustível S AntiácidoDinamites simples 20 - 60 - 60 – 20 - 15 – 18 3–0 1,3 – 1,0Dinamites Amoniacais 12 – 23 - 57 – 15 12 – 50 10 - 9 7–2 1,2 – 1,0Gelatinas 20 – 50 0,4 – 1,2 60 – 40 - 11 - 8 8–0 1,5 – 1,1Gelatinas Amoniacais 23 – 35 0,3 – 0,7 55 – 34 4 - 20 8,0 7 -0 0,7 – 0,8Semigelatinas sem informação2.6 AGENTES DETONANTESEXPLOSIVOS GRANULADOSOs explosivos granulados, também conhecidos como agentes detonantes,geralmente consistem em misturas de nitratos inorgânicos e óleo combustível,podendo sofrer adição ou não de substâncias não explosivas (alumínio ou ferro-silício).
  38. 38. 38 Prof. Valdir Costa e SilvaANFOEntre os explosivos granulados, há um universalmente conhecido, formado pelamistura pura e simples de nitrato de amônio (94,5%) e óleo diesel (5,5%)denominado ANFO, sigla esta resultante dos vocábulos ingleses AmmoniumNitrate e Fuel Oil. As proporções acima, consideradas ideais, foramdeterminadas pelos americanos Lee e Akre, em 1955. As maiores vantagens doANFO são: ocupar inteiramente o volume do furo, grande insensibilidade aoschoques, poucos gases tóxicos e redução do preço global do explosivo (US$0,40/kg). As maiores desvantagens: falta de resistência à água, baixa densidade(0,85 g/cm3) e necessidade de um iniciador especial. A reação ideal do ANFO(N2H403 - Nitrato de amônio e CH2 - Óleo diesel) quando o balanço de oxigênioé zero, pode ser expressa por: 3N2H403 + CH2 → CO2 + 7H2O + 3N2 + 900 cal/g.Outros explosivos granulados, fabricados por diferentes produtores, nada maissão do que formulações similares à do ANFO, com adição de outrosingredientes, explosivos ou sensibilizantes, combustíveis, oxidantes eabsorventes.ANFO/ALOs primeiros trabalhos realizados com explosivos contendo alumínio na suaformulação, a fim de otimizar os custos de perfuração e desmonte, foramconduzidos no início da década de 60, em minas de ferro no Peru e mais tardena Austrália. O objetivo da adição de alumínio ao ANFO é de aumentar aprodução de energia do mesmo. A adição de alumínio no ANFO varia de 5 a15% por massa. Acima de 15% a relação custo-benefício tende a não seratrativa. A reação do ANFO/AL contendo 5% de Al pode ser expressa por:
  39. 39. 39 4,5N2H403 + CH2 + AL → CO2 + 10H2O + 4,5N2 + ½Al203 + 1100 cal/gUma composição de AN/FO/Al (90,86/4,14/5) apresenta as seguintespropriedades: densidade = 0,87 g/cm3; RWS = 1,13 e RBS = 1,16 comparadacom o ANFO padrão.LAMAS (SLURRIES) E PASTAS DETONANTESDesenvolvidas e patenteadas nos Estados Unidos da América, representamvários anos de pesquisa de Mr. Melvin A. Cook e H. E. Forman. A lamaexplosiva foi detonada com sucesso, pela primeira vez em dezembro de 1956,na Mina Nob Lake, em Labrador, Canadá.Os materiais necessários à composição da lama (tabela 6) são representadospor sais inorgânicos (nitrato de amônio, nitrato de cálcio e nitrato de sódio),sensibilizantes (alumínio atomizado, ferrosilício) combustíveis (carvão e/ou óleodiesel), estabilizantes, agentes controladores de densidade (nitrito de sódio eácido nítrico) e de pH, agentes gelatinizantes, agentes cruzadores e gomas. Aspastas são superiores ao ANFO, apresentam boa resistência à água, todaviasão bem mais caras. Com a introdução das emulsões no mercado internacional,o consumo de lama vem decaindo.Tabela 6 - Composição básica da LamaFASE CONTÍNUAÁgua 15 - 20%Nitrato de Amônio e/ou de Sódio/Cálcio 65 – 80%Goma + Agentes Cruzadores 1 – 2%FASE DESCONTÍNUAÓleo Diesel 2 - 5%Alumínio 0 - 10%Agentes de Gaseificação 0,2 %EMULSÕES O interesse em explosivos em emulsão deu-se no início da década de 60.Explosivos em emulsão são do tipo “água-em-óleo” (water-in-oil). Eles consistemde microgotículas de solução oxidante supersaturada dentro de uma matriz de
  40. 40. Prof. Valdir Costa e Silva 40óleo. Para maximizar o rendimento energético, enquanto minimiza custos deprodução e preço de venda, o oxidante dentro das microgotículas consisteprincipalmente de nitrato de amônio. Dentro de um ponto de vista químico, umaemulsão se define com uma dispersão estável de um líquido imiscível em outro,o qual se consegue mediante agentes que favorecem este processo (agentesemulsificantes) e uma forte agitação mecânica. A tabela 7 mostra a composiçãobásica de um explosivo em emulsão. Tabela 7 - Composição típica de um explosivo em emulsão (Silva, V. C., 1986) INGREDIENTE PERCENTAGEM EM MASSA Nitrato de Amônio 77,3 Água 16,7 Óleo diesel 4,9 Agente Emulsificante: Oleato de sódio ou 1,1 Monoleato de ezorbitol _____ 100,0ANFO PESADO (HEAVY ANFO)A primeira patente utilizando ANFO como agente redutor de densidade foiconcedida em 1977 (Clay, 1977) desde que os prills (grãos ou pérolas) e osinterstícios do ANFO podem ser utilizados para aumentar a sensibilidade daemulsão e ao mesmo tempo aumentar a densidade do ANFO. A blendagem daemulsão com o ANFO ou Nitrato de amônio é conhecida como ANFO Pesado(tabela 8). A densidade do ANFO Pesado resultante situa-se na faixa de 1,00 a1,33 g/cm3. A resistência à água do ANFO pesado é moderada. Para umablendagem de ANFO/Emulsão: 50/50, a uma densidade de 1,33 g/cm3, o ANFOpesado passa a apresentar resistência à água, porém a mínima escorva deiniciação deve apresentar uma massa acima de 450 g.Tabela 8 - Composição típica do ANFO Pesado com resistência à água (Katsabanis, 1999). INGREDIENTE PERCENTAGEM EM MASSA Nitrato de Amônio 59,1 Nitrato de Cálcio 19,7
  41. 41. 41 Água 7,2 Óleo diesel 5,9 Alumínio 7,0 Agente Emulsificante: Oleato de sódio ou 1,1 Monoleato de ezorbitol _____ 100,0EXPLOSIVOS PERMISSÍVEISSão assim chamados os explosivos que podem ser usados em algumas minassubterrâneas, nas quais podem acontecer emanações de metano que, com o ar,forma uma mistura inflamável, ou então, em minas com poeiras carbonosas emsuspensão.A tabela 9 apresenta um resumo das principais propriedades dos explosivosindustriais.Tabela 9 - Algumas propriedades dos explosivos industriais. Fonte: (Fernandéz, 2000)Produto Densidade Velocidade de Detonação Pressão de Detonação Energia da Volume de (confinada) Explosão Gases (g/cm ) 3 (m/s) (Kbar) (cal/g) (l/kg)Dinamites especiais 1,40 2700 – 5700 25 – 144 935Dinamite 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 – 810ANFO (φ =6”) 0,85 3500 28 900 1050ANFO+Al 2 a 12% 0,86-0,90 4500 – 4700 43 – 47 960 – 1360 900 – 1030Lama 1,05-1,15 3300 – 5400 28 – 80 700 – 1400Emulsão (1 a 2”) 1,10-1,18 5100 – 5800 72 – 79 710 – 750 900 – 1000ANFO Pesado 1,34-1,37 3620 – 4130 44 – 56 630 – 865 1045 – 11202.7 CRITÉRIOS GERAIS DE SELEÇÃO DE UM EXPLOSIVO COMERCIALCritério de seleção de explosivosA escolha adequada de um explosivo é uma das partes mais importantes noprojeto de desmonte de rocha. Esta seleção é ditada por consideraçõeseconômicas e condições de campo. Os fatores que devem ser levados emconsideração na escolha do explosivo incluem: tipo de desmonte, propriedadesdos explosivos (densidade, velocidade e pressão de detonação, resistência àágua, classe dos gases), segurança no transporte e manuseio, diâmetro da
  42. 42. 42carga; custo do explosivo, da perfuração, do carregamento, do transporte ebritagem da rocha; condições da geologia local, características da rocha a serdesmontada (densidade, resistência à tração, à compressão e cisalhamento,módulo de Young, coeficiente de Poisson, velocidade sísmica), condições daventilação dos ambientes subterrâneos, impactos ambientais gerados pelosdesmontes de rocha etc. Conhecidos esses fatores, pode-se definir qual oexplosivo mais indicado para cada situação particular.Guia para seleção de explosivos disponíveis no mercado brasileiroPara auxiliar os profissionais que atuam na atividade do desmonte de rocha, éque desenvolvemos as tabelas de equivalência dos diferentes produtos dediversos fabricantes que atuam no mercado brasileiro. Além da equivalência, astabela 10 e 11 mostram a aplicação de cada explosivo e acessório,respectivamente.Tabela 10 - Equivalência de alguns explosivos comerciais disponíveis no mercado brasileiro.TIPO DE FABRICANTE NOME COMERCIAL APLICAÇÕESEXPLOSIVOEMULSÃO ORICA - POWERGEL 800 - Mineração a céu aberto,ENCARTUCHADA AVIBRAS - BRASPEX subterrânea e subaquático. MAGNUM - MAG-GEL 100 - Qualquer tipo de rocha, céu PIROBRÁS - PIROFORT aberto, subsolo e subaquático ORICA - POWERGEL 800 - Especial para prospecção SISMOGRÁFICO sísmica. ORICA - POWERGEL RX - Minerações no subsolo e 800 túneis. ORICA - POWERGEL RX 900 - Mineração a céu aberto, pré-fissuramento e fogacho. ORICA - POWERGEL 900 E - Pedreiras e mineração a céu 1000 (EMULSÃO) aberto, construção civil em ALUMINIZADA geral e desmontes - PREMIUM subaquáticos. - Desmontes em geralTabela 11 - Equivalência de alguns explosivos comerciais disponíveis no mercado brasileiro.TIPO DE FABRICANTE NOME COMERCIAL APLICAÇÕESEXPLOSIVOEMULSÃO ORICA POWERGEL Rochas brandas ou duras.BOMBEADA MAGNUM MAG-MAX Carga de fundo. IBQ IBEMUX Desmonte em geralANFO PESADO ORICA EXPLON AP Rocha dura, sã ou fissurada.
  43. 43. 43BOMBEADO IBQ IBEMEX / IBENITE Em furos com água.GRANULADO ORICA EXPLON OS 65 Rochas brandas e friáveis emBOMBEADO IBQ ANFOMAX furos secos. MAGNUM MAGMIX /MAGNUMBAQUAGEL BRITANITE TOVEX E Desmonte subaquático, céu(LAMAS) BRITANITE AL aberto e subterrâneo.GRANULADO IBQ NITRON, BRITAMON - Explosivos de coluna em furos E BRITON secos, e para o desmonte secundário (fogacho). AVIBRAS BRASPON - Operações a céu aberto ou ORICA POWERMIX MG subsolo, em furos secos onde existe a necessidade de explosivos de baixa densidade de carregamento e nas operações com carregamento pneumático. IMBEL BELGEX - Rochas duras e médias. - Rochas muito duras e PV 15 resistentes. - Rochas muito duras e resistentes. - Carga de fundo.SEMIGELATINA IMBEL TRIMONIO Carga de coluna em desmonte a Céu aberto. Prof. Valdir Costa e Silva3. ACESSÓRIOS DE INICIAÇÃO3.1 IntroduçãoParalelamente à evolução dos métodos de lavra, os acessórios de iniciação dedesmonte de rochas por explosivos vêm sofrendo, desde os anos 40, umacentuado desenvolvimento tecnológico, objetivando alcançar os seguintesresultados: uma melhor fragmentação das rochas, maior precisão nos tempos
  44. 44. 44de retardo, maior segurança e facilidade no manuseio, redução dos problemasambientais gerados durante os desmontes, menor custo por unidade de rochadesmontada.3.2 HistóricoOs acessórios surgiram a partir do momento em que o homem tendoconhecimento do poder do explosivo, pólvora negra, que até então era utilizadaem armas de fogo e em fogos de artifícios, decidiu utilizá-la na atividade demineração. No ano de 1613, Morton Weigold sugeriu a utilização de explosivosnas minas da região da Saxônia. Porém sua idéia não obteve sucesso. Emfevereiro de 1627, Kaspar Weindl, nascido na região do Tirol, nos Alpesaustríacos, realizou uma detonação na mina real de Schemnitz, em Ober-Biberstollen, na Hungria, sendo esta, a primeira detonação em mineração quese tem notícia. Provavelmente, Kaspar Weindl utilizou um acessório, também depólvora negra, para iniciar a carga explosiva. Possivelmente este primeiroacessório teria sido uma trilha, que descia acesa ao furo, preenchido por pólvoranegra. O sistema era muito inseguro e impreciso (Rezende, 2002). Prof. Valdir Costa e Silva3.3 GeneralidadesOs explosivos industriais tem um certo grau de estabilidade química que ostornam perfeitamente manuseáveis, dentro de condições normais de segurança.Para desencadear a explosão, será necessário comunicar ao explosivo umaquantidade inicial de energia de ativação, suficientemente capaz de promover asreações internas para sua transformação em gases. Uma vez iniciada estareação, ela se propaga através de toda a massa explosiva. Esta energia inicialprovocadora é comunicada sob forma de choques moleculares, oriundos decalor, chispas, atrito, impacto etc.
  45. 45. 45Os acessórios de detonação são destinados a provocar estes fenômenos iniciaisde uma forma segura. Alguns deles são destinados a retardar a explosão,quando isto for desejável.Podemos, pois, dizer que os acessórios de detonação são dispositivos,aparelhos ou instrumentos usados na operação de explosão, para se obterexplosão segura e eficaz.Se o acessório iniciador não comunicar uma energia de ativação satisfatóriapara ocasionar uma iniciação desejável, pode resultar, simplesmente, na queimados explosivos, sem detoná-lo. A eficiência da explosão está intimamente ligadaao modo pelo qual foi iniciado, pois, sabemos que, a energia desenvolvida pelocorpo, pela sua decomposição, for inferior a energia inicial de ativação, a reaçãonão se propagará (Reis, 1992).3.4 Principais acessórios transmissores de energiaEstopim de SegurançaAcessório desenvolvido para mineração, por William Bickford, na Inglaterra, noano de 1831. O estopim de segurança, ou estopim, conduz chama comvelocidade uniforme a um tempo de queima constante de 140 s (± 10 s) pormetro, para ignição direta de uma carga de pólvora ou detonação de umaespoleta simples. Constituída de um núcleo de pólvora negra, envolvida pormateriais têxteis que, por sua vez, são envolvidos por material plástico ou outro,visando sua proteção e impermeabilização.Para se iniciar o estopim, poder-se-á usar palitos de fósforos comuns eisqueiros.Espoleta simplesAlfred Nobel, conhecedor do poder da nitroglicerina, por vários anos tentou criaruma carga de iniciação que pudesse detonar este explosivo. Após váriastentativas fracassadas, utilizando-se de uma mistura de pólvora negra enitroglicerina, observou que a nitroglicerina molhava a pólvora negra reduzindo
  46. 46. 46assim a capacidade de queima. Então, no ano de 1863 ele desenvolveu o queseria chamado do primeiro protótipo da espoleta simples.A espoleta simples consta de um tubo, de alumínio ou cobre, com umaextremidade aberta e outra fechada, contendo em seu interior uma cargadetonante constituída por uma carga chama primária, ou de ignição, cujoexplosivo é a azida de chumbo Pb (N3)2, e uma carga básica de PETN -Tetranitrato de pentaeritritol (C2H4N2O6). A razão destas duas cargas, é devidoao fato de que a azida de chumbo é um explosivo fulminante que pode seriniciado à custa de uma fagulha. A azida de chumbo, uma vez iniciada pelafaísca do estopim, faz detonar a carga de PETN. Os tipos mais comuns dasespoletas encontradas no mercado são do tipo n.º 6 (massa de 0,325 g dePETN e 0,3 g de misto iniciador) e a n.º 8 (massa de 0,5 g de PETN e 0,3 g demisto iniciador).A cápsula de cobre só é usada para casos particulares, porque a presença deumidade contendo gás carbônico, a azida de chumbo pode se transformar emazida de cobre, que é muito mais sensível e, portanto, mais perigosa.Espoletas ElétricasAs exigências do mercado com relação à necessidade de um acessório queoferecesse um maior controle da detonação levaram H. Julius Smith a inventar aespoleta elétrica em 1876. A grande idéia que este cientista teve foi a de utilizaro conceito da lâmpada e da espoleta simples, para criar a espoleta elétrica. Estanovidade, que poderia ser chamada de cruzamento entre os dois acessórios,tinha como princípio de funcionamento uma fonte de energia elétrica que geravaum aquecimento pelo efeito joule, em uma ponte de fio altamente resistente,incandescente, capaz de desencadear a detonação da carga explosiva deignição da cápsula, formada por uma pequena substância pirotécnica.A espoleta elétrica é um iniciador ativado por corrente elétrica.O tipo instantâneo funciona em tempo extremamente curto quando a correntecircula pela ponte elétrica.
  47. 47. 47O tipo retardo, por ação de um elemento de retardo, proporciona um tempo deespera controlado entre suas iniciações e a detonação da espoleta propriamentedita.Tempo de Espera:0 a 5 s ........................................................................... Série S25 a 1000 ms ................................................................ Série MSAs espoletas elétricas são empregadas em trabalhos cujo a iniciação deva sercontrolada com rigor (prospecção geofísica) ou em condições onde não sejapossível o uso do cordel detonante (carga de abertura de forno metalúrgico).Cordel DetonanteHistórico• França – 1879 Tubos finos de chumbo, carregados com nitrocelulose que depois eramestirados.• Áustria – 1887 Fulminato de mercúrio, misturado com parafina, envolto por uma fiação de algodão; VOD = 5000 m/s.• França – 1906 Melinte (trinitro fenol fundido misturado com pó de nitrocelulose); VOD = 7000 m/s.• Alemanha – 1910 TNT fundido envolvido por tubos flexíveis de estanho; VOD = 5400 m/s.• Europa – 1920Pentaeritritol (nitropenta) envolvido por uma fiação de algodão parafinado oucoberto com betume ou uma capa de chumbo.• Cobertura de chumbo – anos 50.• Cobertura Plástica – Meados da década de 50.Definição
  48. 48. 48O cordel detonante é um acessório de detonação consistindo, essencialmente,de um tubo de plástico com um núcleo de explosivo de alta velocidade -nitropenta (C5H8N4O12) - e de materiais diversos que lhe dão confinamento eresistência mecânica.O cordel detonante é usado para iniciar cargas explosivas simultaneamente, oucom retardos em lavra a céu aberto e/ou subsolo. A sua velocidade dedetonação é de, aproximadamente, 7000 m/s. Muito embora a alta velocidade eviolência de explosão, o cordel detonante é muito seguro no manuseio eimpermeável. Vantagens do cordel detonante em relação às espoletas elétricas:a) as correntes elétricas não o afetam;b) permite o carregamento das minas em regime descontínuo, com o uso de espaçadores;c) é muito seguro, pois, não detona por atrito, calor, choques naturais ou faíscas;d) detona todos os cartuchos, ao longo dos quais está em contato.A iniciação do cordel se faz com espoletas simples ou instantâneas, firmementefixadas ao lado do cordel detonante com fita adesiva, e com sua parte ativa, istoé, o fundo, voltado para a direção de detonação.O cordel detonante é fabricado com as seguintes gramaturas: NP-10 (10 g/m deNitropenta ± 10%), NP-5 (5 g/m de Nitropenta ± 10%), NP-3 (3 g/m deNitropenta ± 10%).Retardo Bidirecional não elétrico para Cordel DetonanteO retardo de cordel é um tubo metálico, revestido de plástico, iniciado em umdos extremos pelo cordel, ao passar pelo dispositivo, sofre uma queda develocidade, enquanto queima o misto de retardo. Terminada esta queima, eledetona o cordel na sua extremidade. Os retardos de cordel, denominados “ossode cachorro”, são fabricados com os seguintes tempos de retardos: 5 ms, 10ms, 20 ms, 30 ms, 50 ms, 75 ms, 100 ms e 200, 300 ms.Sistema não Elétrico com Linha Silenciosa
  49. 49. 49O sistema não elétrico de iniciação, com linha silenciosa, foi desenvolvido por P.A. Person, nos laboratórios da empresa Nitro Nobel, na Suécia, entre 1967 e1968. Consiste basicamente de uma espoleta comum, não elétrica, conectada aum tubo de plástico transparente, altamente resistente, com diâmetro externo einterno de 3 mm e 1,5 mm, respectivamente. O tubo plástico contém, em média,uma película de PETN pulverizada de 20 mg/m de tubo, que, ao ser iniciada,gera uma onda de choque, causada pelo calor e expansão dos gases dentro dotubo, que se propaga com uma velocidade, aproximadamente, de 2000 m/s.Essa reduzida carga explosiva, geradora da onda de choque, que se deslocaatravés do tubo, não chega a afetar o lado externo do mesmo, porém, inicia aespoleta instantânea ou de retardo. O sistema oferece inúmeras vantagensquando comparado a outros acessórios. Entre elas, baixo ruído, é insensível àcorrente elétricas e parasitas, não destrói parte da coluna de explosivo dentro dofuro, diferentemente do cordel, seu tubo não detona nenhum tipo de explosivocomercial, permite a iniciação pontual, contribuindo para diminuir a carga porespera.Esse sistema apresenta a seguinte desvantagem em relação ao cordeldetonante: quando a coluna de explosivos encartuchados perde o contato, adepender do “Air Gap”, alguns cartuchos podem não ser iniciado.Detonador EletrônicoAcompanhando a evolução tecnológica, o mercado desenvolveu o Sistema deRetardo Eletrônico, que consiste de uma espoleta de retardo eletrônico, fácil deusar, programável, para todo tipo de desmonte em mineração e na construçãocivil, podendo ser usado tanto em obras a céu aberto como subterrâneas.O detonador eletrônico apresenta o mesmo layout e diâmetro de uma espoletaelétrica de retardo convencional. A grande diferença reside em que cadaespoleta pode ter seu tempo de retardo programado individualmente. Contém,em média, 790 mg de PETN (Tetra Nitrato de Penta Eritritol), como carga debase, e 90 mg de azida de chumbo, como carga primária, ponte de fio de alta
  50. 50. 50resistência (inflamador) e um circuito eletrônico que contém um microchipinteligente e dois capacitores eletrônicos - um para assegurar a autonomia dodetonador e o segundo para iniciar o inflamador. Ideal para uso nos altosexplosivos comerciais sensíveis à espoleta, podendo também, ser usado para adetonação de boosters.Programação da unidadeCada detonador contém um microchip, possibilitando estabelecer o tempo deretardo através da unidade de programação individualmente, segundo aconveniência e a necessidade da seqüência de saída dos furos. Outros sistemasutilizam um código de barra, que permite identificar o tempo de retardo de cadaespoleta, através de um scanner manual. Quando a unidade é registrada, oscanner estabelece automaticamente um incremento de tempo no retardo emrelação ao seu predecessor ou permite que o usuário especifique o tempo deretardo. Estas informações ficam estocadas no scanner sendo transferidas,posteriormente, para a máquina detonadora.Desde que a unidade de programação registra o tempo de retardo de cadaunidade, é irrelevante a seqüência em que cada detonador é conectado, isto é,cada unidade detonará no tempo especificado pela unidade de programação.Ligação no campoApós os fios de cada espoleta serem conectados a uma unidade deprogramação, três parâmetros de identificação são atribuídos para cadadetonador: número do furo, seqüência de saída e o tempo de retardo. Existe apossibilidade em qualquer instante ser checado ou modificado o seu tempo deretardo. Após a programação de cada detonador, elas são conectadas à linhade desmonte através de um conector. Duas linhas, então, são conectadas àmaquina detonadora, que armazena todos os dados contidos na unidade deprogramação. Caso ocorra curto-circuito ou existam fios desconectados, umaviso é dado pela máquina detonadora, bem como sugestões para sanar oproblema.
  51. 51. 51Em desmontes mais complexos, é possível programar os tempos de retardo dosdetonadores, bem como a seqüência de saída dos furos, utilizando-se umnotebook, transferindo-se, em seguida, através de um disquete, para a máquinadetonadora, cuja memória tem capacidade de armazenar dados de até 3 planosde fogo.O fogo é iniciado quando o operador pressiona, simultaneamente, o botão dedetonação e o de carga na máquina detonadora. Algumas máquinasdetonadoras, por questão de segurança, exigem a senha (password) dooperador. A depender do sistema, até 200 espoletas podem ser utilizadas emum mesmo desmonte. Outro recurso do sistema consiste do operador poderprogramar na máquina detonadora o instante em que os mesmos desejam queo fogo seja iniciado em um determinado turno.PrecisãoMedições realizadas nos tempos de detonação dos iniciadores eletrônicos emuma mina na França, em julho/97, através de fotografias ultra-rápida esismogramas dos desmontes, os valores observados apresentaram umadiferença de tempo de retardo, em relação aos teóricos, de ± 3 ms.Comprovando a grande precisão dos detonadores eletrônicos em relação aossistemas convencionais de iniciação.SegurançaO detonador eletrônico é imune à eletricidade estática, a sinais de rádio e àdetonação pré-matura pelos detonadores apresentarem as seguintescaracterísticas eletrostáticas e eletromagnéticas, respectivamente: 2000 pF – 10KV – 0 Ω , 150 KHz a 1 GHz/40 V/m.BenefíciosOs detonadores eletrônicos apresentam os seguintes benefícios aos desmontesde rochas:• alta precisão no tempo de retardo (± 3 ms);
  52. 52. 52• todos detonadores são idênticos, podendo os tempos de retardo serem programados livremente e a qualquer instante;• o sistema permite a detecção de possíveis falhas nas ligações, sugerindo medidas de correção;• as ligações dos furos são facilmente efetuadas, não necessitando de mão-de- obra especializada;• por não ser necessária a utilização de retardos de superfície, ocorre uma redução considerável nos custos com acessórios de iniciação;• redução do nível de vibração e ultralançamento dos fragmentos rochosos, em função da grande precisão que evita a sobreposição dos tempos de retardo;• redução do nível de ruído e pulso de ar, pela iniciação ser elétrica;• melhor fragmentação da rocha em função da precisão e da grande faixa de tempo de retardo (de 1 até 6000 ms) e da possibilidade de escolha do tempo de retardo pelo usuário;• seguro, por ser insensível a cargas estáticas e eletromagnéticas;• aumento da eficiência do explosivo, pela iniciação ser pontual;• redução da necessidade de estoque de espoletas, visto que todas sãoidênticas. A programação do tempo de retardo é feita durante o carregamentodos furos.
  53. 53. 53 Prof. Valdir Costa e SilvaA tabela 12 mostra a equivalência de alguns acessórios fabricados no mercadobrasileiro.Tabela 12 - Equivalência de alguns acessórios comerciais disponíveis no mercadobrasileiro.TIPO DE FABRICANTE NOME APLICAÇÕESACESSÓRIO COMERCIALESPOLETA ORICA MANTESIS Especial para prospecçãoELÉTRICA sísmica.SISMOGRÁFICAESPOLETA ORICA MANTESPO Iniciar cargas explosivas deSIMPLES BRITANITE ESPOLETA N° 8 pequeno diâmetro ou cordéis por BRITANITE meio de estopim . IMBEL BELDETONESTOPIM DE ORICA COBRA - Destinado à iniciação deSEGURANÇA PIROBRÁS COMUM PIONEIRO espoletas simples e pólvoras. ORICA MANTOPIM BRITANITE BRITAMPIM - Iniciação de cargas explosivas IMBEL BELPIM e fogacho. PIROBRÁS PIROPIMCORDEL ORICA MANTICORD Iniciação de cargas explosivas,DETONANTE BRITANITE BRITACORD iniciação do Nonel, Brinel, Piro- IMBEL BELCORD Nel, Mag-nel, Exel etc. PIROBRÁS PIROCORDCORDEL ORICA CORDTEX Iniciação de cargas explosivas e
  54. 54. 54DETONANTE da linha silenciosa.REFORÇADOESPOLETA BRITANITE BRITACRON Retardar através de esperas deSIMPLES DE PIROBRÁS PIROCRON milesegundos, a propagação daRETARDO detonação do cordel detonante.BOOSTER ORICA AMPLEX Reforçar a iniciação de qualquer BRITANITE BRITEX/BOOSTER tipo de explosivo. BRITANITE PIROBRÁS PIROFORTSISTEMA DE ORICA EXEL Destinado a retardar emRETARDO NÃO BRITANITE BRINEL milesegundos, a iniciação dasELÉTRICO IMBEL NONEL cargas explosivas.(LINHA PIROBRÁS PIRO-NELSILENCIOSA)DETONADOR ORICA I-KOON Destinado a retardar emELETRÔNICO milesegundos, a iniciação das cargas explosivas.4. MECANISMOS DE RUPTURA DA ROCHAA finalidade desmonte por explosivo é de converter a rocha em vários fragmentos menores paraque possam ser escavados, transportados e britados pelos equipamentosdisponíveis. Para isso, são necessários 4 fatores: i) fragmentação suficiente; ii)deslocamento, movimentação e lançamento da pilha ; iii) redução dosproblemas ambientais; iv) mínimo de dano ao maciço remanescente .FASE DINÂMICAA fase dinâmica do processo de fragmentação corresponde à ação das ondasde choque. Inicia pela deflagração da reação química do explosivo,termodinamicamente instável.Para SCOTT (1996), a fase dinâmica corresponde à fase de choquerepresentada pelas ondas de tensão P (compressão) e S (cisalhamento)associadas à rápida aceleração da explosão da parede do furo. A passagem daonda de tensão em volta do furo estabelece um estado de tensão semi-estático.A fase dinâmica finda com o surgimento gradativo das fraturas tangenciais apartir das faces livres.
  55. 55. 55Quando a onda de choque compressiva possui energia suficiente para alcançara face livre e retornar refletida com amplitude de tensão superior a resistênciade tração do maciço rochoso, resulta em fragmentação adequada.FASE SEMI-ESTÁTICAEsta fase corresponde a ação da pressão dos gases de detonação. Trata-se dotrabalho mecânico realizado durante o processo de expansão oudescompressão dos gases da detonação. Ao percorrem pelas fendas e pelasmicrofissuras resultantes da fase dinâmica, os gases gerados da Prof. Valdir Costa e Silva detonaçãoagem através da ação de cunhas, propagando fendas e fraturas, conformeilustrado na figura 9. Assim, separam parte do maciço rochoso em fragmentosde rochas. A medida em que os gases são liberados, ocorre o lançamento dosblocos, consumando-se o desmonte de rocha propriamente dito (Magno, 2001). Figura 9 – Fase Semi-estáticaTrituração da rochaNos primeiros instantes da detonação, a energia é transmitida para o maciçorochoso vizinho, na forma de uma onda de compressão, ou onda de choque,que se propaga a uma velocidade de 2.000 a 6.000 m/s. A pressão da frente daonda de choque, que se expande de forma cilíndrica, atinge valores acima de

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