Empreendimentos Mineiros

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  • CURSO:

    INTRODUO AO PLANEJAMENTO E OPERAO DE LAVRA (A CU ABERTO E SUBTERRNEA)

    II Etapa Operaes e Mtodos de Lavra a Cu Aberto (12 horas-aula)

    Universidade Corporativa Chemtech

    Professores:

    Cludio Lcio Lopes Pinto Prof. Associado, Dr.

    Universidade Federal de Minas Gerais

    Jos Ildefonso Gusmo Dutra Prof. Associado, Dr.

    Universidade Federal de Minas Gerais

    Setembro de 2008

    Departamento de Engenharia de Minas - EEUFMG Rua Esprito Santo, 35 Sala 702 - Belo Horizonte, MG

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    CURSO DE INTRODUO AO PLANEJAMENTO E OPERAO DE LAVRA

    PROGRAMA

    Pg. 1. Histrico...............................................................................................................................5 2. Desenvolvimento..................................................................................................................6

    1.2. Preparao e limpeza do terreno...................................................................................7 1.3. Abertura de acessos .....................................................................................................8 1.4. Remoo de solo e cobertura vegetal ...........................................................................8 1.5. Preparao de bota-fora ...............................................................................................9 1.6. Recuperao da superfcie............................................................................................9

    3. Mtodos de Lavra a Cu Aberto ...........................................................................................9 3.1. Mtodo de Lavra em Bancadas ....................................................................................9

    3.1.1. Sequncia de desenvolvimento..........................................................................10 3.1.2. Ciclo de operaes ............................................................................................11 3.1.3. Condies de utilizao.....................................................................................11

    3.2. Mtodo de Lavra por Tiras ........................................................................................12 3.2.1. Sequncia de desenvolvimento..........................................................................13 3.2.2. Ciclo de operaes ............................................................................................13 3.2.3. Condies de utilizao.................................................................................... 14

    3.3. Mtodo de Lavra de rochas ornamentais ....................................................................15 3.3.1. Sequncia de desenvolvimento..........................................................................15 3.3.2. Ciclo de operaes ...........................................................................................16 3.3.3 Condies de utilizao......................................................................................16

    3.4. Consideraes Geomtricas .......................................................................................17 3.4.1. ngulo da Face da Bancada ..............................................................................18 3.4.2. Altura da Bancada .............................................................................................18 3.4.3. Largura da Bancada ..........................................................................................19 3.4.4. ngulo de Talude..............................................................................................20

    4. Operaes unitrias (desmonte, carregamento e transporte) ................................................23 4.1. Desmonte mecnico ...................................................................................................25 4.2. Desmonte a explosivo ................................................................................................26

    4.2.1. Perfurao para o desmonte...............................................................................26 4.2.2. Princpios de penetrao na rocha .....................................................................26 4.2.3. Mtodos de perfurao (mecnicos) ..................................................................28 4.2.4. Custos de perfurao .........................................................................................31 4.2.5. Dimensionamento de perfuratrizes ....................................................................32

    4.3. Explosivos .................................................................................................................37 4.3.1. Propriedades dos explosivos..............................................................................40

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    4.3.2. Explosivos comerciais.......................................................................................42 4.4. Desmonte com explosivos..........................................................................................49

    4.4.1. Mecanismos de ruptura da rocha por detonao de explosivo ............................51 4.4.2. Variveis de controle dos desmontes .................................................................55 4.4.3. Otimizao econmica do desmonte a explosivo ...... ........................................57 4.4.4. Controle da bancada ..........................................................................................61

    4.5. Meio-ambiente...........................................................................................................63 4.6. Planejamento e projeto de desmonte ..........................................................................64

    4.6.1. Desmonte em bancada.......................................................................................66 5. Carregamento .....................................................................................................................73

    5.1. Princpios...................................................................................................................73 5.2. Tipos de equipamento de carregamento......................................................................73 5.3. Seleo de equipamentos de carregamento.................................................................73

    6. Transporte ..........................................................................................................................74 6.1. Princpios...................................................................................................................74 6.2. Tipos de equipamento de transporte ...........................................................................74 6.3. Seleo de equipamentos de transporte.......................................................................76

    7. Operao e manuteno dos equipamentos.........................................................................77 7.1. Operao ...................................................................................................................77 7.2. Manuteno ...............................................................................................................78

    8. Operaes Auxiliares..........................................................................................................79 8.1. Salubridade e segurana.............................................................................................80

    8.1.1. Controle de poeira .............................................................................................80 8.1.2. Controle de rudos.............................................................................................80 8.1.3. Preveno de acidentes......................................................................................80

    8.2. Controle ambiental.....................................................................................................81 8.2.1. Proteo da gua e do ar....................................................................................83 8.2.2. Deposio de rejeito ..........................................................................................83

    8.3. Controle do terreno ....................................................................................................84 8.3.1. Estabilidade de taludes ......................................................................................84 8.3.2. Controle de eroso do solo ................................................................................84

    8.4. Controle da gua ........................................................................................................85 8.4.1. Drenagem da mina ............................................................................................85 8.4.2. Drenagem de taludes .........................................................................................85 8.4.3. Rebaixamento do lenol ....................................................................................85

    8.5. Estradas ....................................................................................................................86 8.5.1. Tipos.................................................................................................................86 8.5.2. Projeto ..............................................................................................................86 8.5.3. Construo ........................................................................................................86 8.5.4. Caractersticas do pavimento.............................................................................89 8.5.5. Drenagem..........................................................................................................90 8.5.6. Manuteno.......................................................................................................90 8.5.7. Construo de rampas e acessos ........................................................................91

    9. Equipamentos.....................................................................................................................91 9.1. Introduo aos equipamentos de desmonte mecnico .................................................91 9.2. Descrio e locomoo dos equipamentos..................................................................92

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    9.3. Seleo de equipamento de escavao........................................................................95 10. Equipamento de mina: Operao e alocao .....................................................................96

    10.1. Disponibilidade, utilizao e produtividade de equipamento ....................................97 10.1.1. Tempos e movimentos elementares ...............................................................100 10.1.2. Ciclo .............................................................................................................100 10.1.3. Tempo de ciclo mnimo e efetivo ..................................................................101 10.1.4. Produo por equipamento ............................................................................101 10.1.5. Rendimento de operao ou fator de eficincia ..............................................101

    11. Estimativa de produo dos equipamentos......................................................................102 11.1. Unidades escavo-empurradoras (tratores de lmina) ...............................................103

    11.1.1. Tempos, ciclo mnimo e produo .................................................................104 11.2. Unidades carregadoras (ps-mecnicas) .................................................................106

    11.2.1. Tempos fixos e variveis ...............................................................................106 11.2.2. Ciclo .............................................................................................................107 11.2.3. Produtividade ................................................................................................108

    11.3. Unidades transportadoras .......................................................................................110 11.3.1. Condies de sincronismo .............................................................................110 11.3.2. Tempos de ciclo de transporte (fixos e variveis)...........................................111

    11.4. Alocao................................................................................................................117 11.4.1. Localizao da frente.....................................................................................117

    11.5. Manuteno dos equipamentos...............................................................................117 11.5.1. Manuteno mecnica ...................................................................................117 11.5.2. Manuteno corretiva e preventiva ................................................................118 11.5.3. Oficinas de manuteno ................................................................................119

    12. Otimizao de Operaes de Lavra .................................................................................119 12.1. Sistemas de equipamentos......................................................................................119 12.2. Escala de produo ................................................................................................120 12.3. Capital da mina e custos operacionais ....................................................................121 12.4. Custos e estimao de custos..................................................................................122 12.5. Avaliao de mina .................................................................................................123

    13. Bibliografia ....................................................................................................................124

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    II Etapa Operaes e Mtodos de Lavra a Cu Aberto

    1. Histrico

    A minerao a atividade mais primitiva do homem, juntamente com a agricultura.

    Desde os tempos pr-histricos ela tem sido essencial para a existncia do homem, fornecendo materiais para combustvel, abrigo e obteno de alimento.

    O grande impacto dos produtos de minerao para o homem pode ser evidenciado pelo fato dos antroplogos terem relacionado os grandes perodos da histria a atividades de minerao: Paleoltico (idade da pedra lascada), Neoltico (idade da pedra polida), idade do Bronze (4000 - 1800 AC no oriente e 2000 - 1000 AC na Europa) e idade do Ferro, aps a idade do bronze. Depois sucederam a era do Ao (1780 a 1945) e a era Nuclear (a partir de 1945).

    Hoje em dia o padro de vida dos povos do mundo muitas vezes comparado na base do consumo per capita de vrios metais.

    Muitos acontecimentos importantes na histria da humanidade ocorreram em funo da busca de minerais: a viagem de Marco Plo China, de Vasco da Gama frica e ndia, a descoberta do novo continente por Colombo e a moderna corrida do ouro que conduziu colonizao da Califrnia, frica do Sul, Austrlia, Canad etc..

    Tambm possvel associar os minerais e a minerao com a ascenso da civilizao Grega, a expanso do imprio Romano na Espanha, em Portugal e na Gr-Bretanha, a conquista das Amricas pelos Portugueses, Espanhis, Franceses e Ingleses e a colonizao da frica e parte da sia, todas elas motivadas pela cobia por riquezas minerais.

    Para entender as prticas modernas na indstria mineral, por exemplo, necessrio ter conhecimento da evoluo da tecnologia de minerao, que tem um paralelo com a prpria evoluo do homem e o avano da civilizao.

    EVOLUO DAS TCNICAS DE DESMONTE

    Incio da minerao - Paleoltico (450.000 anos)

    Inicialmente, extraa-se material em bruto a partir de escavaes

    superfcie

    Posteriormente (Pedra polida), minerao subterrnea com aberturas de 0,6 a 0,9m de dimetro e cerca de 9m de profundidade

    Eram empregados mtodos rudimentares de controle de terreno,

    ventilao, iamento, iluminao e fragmentao da rocha

    A princpio, metais eram extrados na sua forma nativa

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    Na Idade do bronze o homem desenvolveu tcnicas de fundio e

    aprendeu a reduzir minrios forma de metal ou ligas

    Mineiros primitivos - mos - implementos de madeira - osso - pedra - e, posteriormente, metais

    Evoluo do sistema social minerao mais organizada trabalho

    escravo sob superviso

    Improvisao de implementos - cunha e malho - cestas para transporte de rocha e gua - escadas e molinetes para transporte - iluminao com candeias ou outras lmpadas

    O primeiro grande tratado s foi publicado em 1556 por Georgius Agricola,

    com o ttulo "De Re Metalica", somente traduzido para o ingls em 1912.

    Quebra do material rochoso grande desafio tecnolgico.

    Ferramentas rudimentares como osso, madeira e pedra faziam fendas na rocha, abertas atravs de cunhas. Mas tambm o fogo era utilizado para aquecer a pedra, a qual depois sofria um choque trmico ao ser atacada por gua fria.

    Dentre as grandes descobertas do gnero humano, aquelas relativas

    arte e cincia da fragmentao da rocha so de fundamental importncia, as quais foram as primeiras a vencer dificuldades tecnolgicas em minerao.

    2. Desenvolvimento Uma vez feito o planejamento da lavra, a partir dos resultados da explorao, o

    depsito deve ser preparado para a lavra. Essa preparao consta basicamente da abertura de acessos, construo de infra-estrutura necessria, remoo de capeamento e drenagem. A durao dessa fase muito varivel, dependendo principalmente do mtodo de lavra adotado. Na lavra subterrnea necessria uma preparao mais demorada. Na lavra a cu aberto, o desenvolvimento depende do projeto, podendo ser feito todo antes

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    do incio da lavra, como tambm a explorao pode iniciar-se juntamente com o desenvolvimento.

    Com o desenvolvimento, inicia-se a minerao propriamente dita. Nessa fase, os acessos para o depsito so feitos pela remoo do capeamento ou pela escavao de aberturas subterrneas para dar acesso a depsitos profundos. No primeiro caso, as operaes de desenvolvimento e extrao do bem mineral constituem a minerao a cu aberto. No segundo caso, a minerao subterrnea.

    Em ambos os casos, determinados trabalhos preliminares so necessrios, tais como obteno de direitos minerrios e financiamento, aberturas de estradas de acesso, fontes de energia, instalaes de tratamento do minrio e rea de deposio de rejeitos, devendo preceder a minerao propriamente dita.

    O desenvolvimento envolve todos os passos necessrios para colocar uma mina em plena escala de produo. Esses passos incluem planejamento, projeto, construes etc. O desenvolvimento iniciado aps o estudo de viabilidade econmica que conduzido com base nos resultados da pesquisa mineral e sucessivas atualizaes, com mais e melhores informaes obtidas durante as sucessivas fases do projeto.

    Na minerao a cu aberto, as operaes de desmonte, carregamento e transporte do capeamento geralmente so semelhantes quelas utilizadas na lavra. O desenvolvimento na minerao subterrnea geralmente mais complexo e envolve maiores recursos financeiros.

    A lavra ou explotao associada com a recuperao do bem mineral. As operaes de lavra compreendem o desmonte, o carregamento e o transporte do minrio. E nelas so utilizados diversos tipos de equipamento. Embora os trabalhos de desenvolvimento necessariamente continuem durante a lavra, a maior nfase, nessa fase, dada extrao do minrio.

    O mtodo de minerao escolhido para a lavra determinado principalmente pelas caractersticas do depsito mineral e pelos limites impostos pelas consideraes tecnolgicas, econmicas e de segurana. Condies geolgicas, tais como mergulho, forma do depsito e resistncia do minrio e da rocha encaixante so fatores decisivos na seleo do mtodo.

    Pela finalidade do curso, somente a minerao a cu aberto ser considerada. Portanto, toda abordagem feita a seguir est voltada para a lavra a cu aberto.

    O desenvolvimento compreende todos os passos necessrios para colocar uma mina em plena escala de produo. Isto inclui planejamento, projeto, construo etc.

    O principal propsito do desenvolvimento criar condies para a extrao do bem mineral. Para isso, durante o desenvolvimento, uma srie de etapas devem ser executadas, de modo a tornar possveis as operaes de lavra.

    2.1. Preparao e limpeza do terreno Antes de iniciar a fase de lavra, o desenvolvimento deve ser conduzido de modo a

    preparar a infra-estrutura da mina. Nessa fase, devem ser feitos os trabalhos preparatrios, as instalaes, admisso e treinamento de pessoal e servios de suporte para a minerao. Como trabalho preparatrio so feitas a limpeza do terreno, a abertura de acessos e a remoo do capeamento.

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    Durante a preparao para a lavra, pode ser necessrio alterar o sistema de drenagem da rea ou fazer rebaixamento do lenol. Outro aspecto que tem ganhado relevncia a remoo da cobertura vegetal, que tem sofrido srias restries por parte das leis do meio ambiente.

    A preparao e a limpeza do terreno so feitas com trs propsitos: a) construo de instalaes industriais para tratamento de minrio, oficinas, escritrios etc.; b) preparao da rea a ser lavrada; c) preparao de reas para deposio de rejeitos.

    A preparao do terreno para construo de instalaes consta basicamente da remoo parcial da cobertura vegetal e servios de terraplenagem. Na rea a ser lavrada, deve ser feita a remoo da cobertura vegetal, limpeza do terreno e adequao do sistema de drenagem. Nas reas de disposio de estril tambm deve ser feita a remoo da cobertura vegetal e limpeza do terreno.

    2.2. Abertura de acessos Os acessos ao depsito mineral dependem fundamentalmente do tipo de

    transporte a ser utilizado na remoo do capeamento e na lavra do minrio. Quando o transporte no feito por caminhes, os acessos tm a finalidade de transporte de pessoal e equipamentos. Nesse caso, os acessos no demandam projetos especiais. Quando o transporte feito por caminhes, os acessos devem ser projetados adequadamente em funo das caractersticas do caminho utilizado.

    No projeto dos acessos, deve ser buscada a menor distncia entre os dois extremos ligados pela estrada, desde que sejam considerados os parmetros de projeto, tais como rampa mxima, raio mnimo de curvatura, caractersticas do piso etc.

    Um estudo bem elaborado para o projeto dos acessos pode representar uma significativa reduo de custos operacionais.

    2.3. Remoo de solo e cobertura vegetal A remoo de solo e da cobertura vegetal normalmente feita com tratores de

    lmina (bulldozer). Quando a espessura do solo pequena e o relevo acidentado, essa operao torna-se trabalhosa, obrigando o trator a transportar o material a distncias no recomendveis.

    Quando a espessura considervel, o desmonte feito em bancada, o que possibilita uma melhor organizao dos trabalhos e acessos.

    Nos solos, o desmonte feito por tratores que formam pilhas de material que carregado em caminhes por ps-carregadeiras.

    Os equipamentos utilizados nessas operaes so diferentes daqueles utilizados no desmonte da rocha sobrejacente e do minrio. Isso tem conduzido "terceirizao" dessas operaes, uma vez que, em termos de volume de servio, bastante inferior ao volume de desmonte em rocha. Muitas vezes, isso inviabiliza a admisso e o treinamento de pessoal e a aquisio de equipamento especfico para a execuo dessas tarefas.

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    2.4. Preparao de bota-fora Durante o estgio de desenvolvimento da mina a cu aberto, pilhas para

    disposio de estril e barragens de rejeitos so alocadas com o propsito de recuperao ambiental. reas separadas de bota-fora so feitas para deposio de solos de cobertura, solo, rocha, bem mineral de baixo teor ou potencial minrio e rejeitos da mina de beneficiamento, possibilitando o manuseamento separado e recuperao dos mesmos, se necessrio.

    A seleo do local de bota-fora deve ser feita de modo a evitar sua interferncia nas operaes de produo e auxiliares. Independentemente disso, ela deve estar fora da rea lavrvel.

    O projeto de ambientes adequados para deposio de rejeitos sem dvida uma das principais tarefas durante o desenvolvimento na maioria das minas a cu aberto, particularmente quando extrao mecnica utilizada e pode constituir um problema ambiental de rejeito slido. Capeamento e outros materiais de rejeito associados ao depsito mineral minerado devem ser escavados, transportados e depositados num tal lugar em que venha a interferir minimamente nas operaes de produo.

    2.5. Recuperao da superfcie A minerao a cu aberto altera completamente a topografia da superfcie da

    terra. Alm disso, destri a vegetao original e altera as caractersticas dos solos. Quando havia abundncia de terrenos agriculturveis e no havia equipamentos

    de grande porte, as reas afetadas no eram to consideradas em termos de degradao do meio ambiente. Mas com o crescente aumento populacional e o consequente aumento da demanda por minerais, associados evoluo dos equipamentos, as reas afetadas pela minerao passaram a ter muita significao para o meio ambiente.

    A legislao cada vez mais exigente tem condicionado os projetos de minerao a buscarem uma recuperao da rea degradada. Essa recuperao no visa restabelecer as condies anteriores lavra, mas criar condies de aproveitamento da rea da melhor forma possvel para agricultura, indstria, habitao ou recreao. Outra preocupao na recuperao das reas de mina quanto aos lenis subterrneos e drenagem na superfcie. 3. Mtodos de Lavra a Cu Aberto

    A minerao a cu aberto aplicada para a extrao de recursos minerais:

    - a partir da gua e sedimentos de rios, lagos, mares e de oceanos - por meio da circulao de solues atravs de rochas fraturadas, rochas

    alteradas e de solos - a partir da escavao de rochas e solos na superfcie do terreno

    A minerao a cu aberto responde pela maior parte da produo mineral no mundo.

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    Considerando a importncia da reabilitao da rea utilizada para minerao, uma vez que tais atividades provocam distrbios no meio ambiente, os mtodos de extrao tm sido adaptados de modo a provocar o mnimo impacto possvel. Alm disso, paralelamente ao processo de extrao deve-se buscar a reabilitao da rea desde o incio da lavra. Com o encerramento das atividades de minerao esse processo de reabilitao deve ser continuado at adequar a rea ao seu novo uso, proposto no projeto inicial do empreendimento.

    Os mtodos de lavra a cu aberto so classificados em:

    Mecnicos - lavra em bancadas (open pit mining) - lavra por tiras (open cast mining) e - lavra de rochas ornamentais (quarrying)

    Aquosos - placer

    - suco hidrulica - dragagem

    - dissoluo - furo de sonda - lixiviao

    A seguir sero abordados os mtodos mecnicos de extrao.

    3.1. Mtodo de Lavra em Bancadas

    O mtodo de lavra em bancadas (open pit mining) utiliza o desmonte em

    bancadas simples ou mltiplas para retirar o capeamento e o bem mineral. O bem mineral economicamente vivel transportado para a usina de beneficiamento e o capeamento, juntamente com parte do bem mineral que no economicamente vivel, so transportados para a rea de disposio de rejeitos. Trata-se de um mtodo de larga escala altamente mecanizado.

    3.1.1. Sequncia de desenvolvimento Os principais passos na seqncia do desenvolvimento deste mtodo so

    descritos a seguir. Aps a limpeza do terreno e remoo da cobertura vegetal, as instalaes da mina e da usina de beneficiamento so demarcadas e construdas. Particularmente importante no desenvolvimento de uma mina a cu aberto, em bancada, a locao das reas de disposio de estreis e rejeitos bem como da usina de beneficiamento.

    Por causa do alto grau de mecanizao e da mobilidade requeridos, o traado e a manuteno das estradas particularmente importante para possibilitar acesso adequado s frentes de lavra, s reas de disposio de rejeitos e usina de beneficiamento, Figura 3.1.

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    Fig. 3.1 - Vista de uma lavra a cu aberto (Fonte: HARTMAN, 1987) 3.1.2. Ciclo de operaes As operaes de lavra consistem normalmente na perfurao, desmonte,

    escavao, carregamento e transporte. Quando o desmonte feito mecanicamente, sem a utilizao de explosivos, no utilizada a fase de perfurao.

    Como equipamentos de perfurao so utilizadas perfuratrizes percussivas, percussivo-rotativas ou rotativas (tri-cone-bit). No desmonte a explosivos so utilizados, principalmente, explosivos a base de nitrato de amnio. Na escavao e carregamento podem ser usadas escavadeiras, retro-escavadeiras, ps-carregadeiras, drag-lines, tratores, scrapers etc. O transporte pode ser feito por caminhes, correia transportadoras, skips etc.

    Neste mtodo de lavra, os equipamentos utilizados na remoo do capeamento podem ser ou no os mesmos utilizados para a lavra do minrio. A escolha depender das caractersticas do minrio e do capeamento.

    3.1.3. Condies de utilizao As condies naturais, espaciais e geolgicas do depsito para a utilizao deste

    mtodo so as seguintes:

    Resistncia do minrio e do estril: qualquer Forma do depsito: qualquer, mas de preferncia lenticular ou tabular Mergulho: qualquer, preferencialmente horizontal Tamanho: grande e espesso

    Vantagens - alta produtividade - baixo custo de lavra, comparativamente com outros mtodos

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    - alta razo de produo - possibilidade de produo de minrio com pouco desenvolvimento - boa recuperao na lavra - baixa diluio e - boas condies de salubridade e segurana

    Desvantagens

    - altos investimentos iniciais, associados a equipamentos grandes - danos superfcie que podem exigir recuperao e - condies climticas podem prejudicar as operaes

    3.2. Mtodo de Lavra por Tiras

    Este mtodo utiliza operaes bastante semelhantes quelas usadas na lavra a cu aberto por bancadas, diferindo, basicamente, na forma de deposio do estril. O estril no transportado para uma pilha de disposio de rejeitos (bota-fora), mas lanado diretamente numa rea adjacente, cujo minrio j foi extrado. As operaes de lavra, neste caso, consistem na escavao e transporte/lanamento, combinados numa nica operao e, normalmente, realizados por um nico equipamento. Outras vezes parte do capeamento lanado diretamente na rea adjacente j lavrada e parte (solo de cobertura) armazenada em pilhas para posterior recomposio da cobertura vegetal, Figura 3.2.

    Fig. 3.2 - Mtodo de lavra por tiras (Fonte: HARTMAN, 1987)

    A principal caracterstica deste mtodo apresentar alta produtividade e custo de lavra dos mais baixos entre todos os mtodos.

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    No apenas a substituio do transporte pelo lanamento que tornam este mtodo atrativo. A deposio direta do capeamento extrado em reas j lavradas possibilita que o avano da remoo do capeamento, em relao lavra, seja consideravelmente pequeno. Sendo assim, possvel concentrar as atividades de lavra numa rea relativamente pequena, realizando a recuperao do terreno imediatamente aps a lavra.

    Outra vantagem da lavra por tiras que os taludes ficam expostos por um perodo de tempo menor, o que permite trabalhar com ngulos maiores.

    Considerando os custos de lavra, normalmente, a lavra por tiras apresenta custos mais baixos. Entretanto, as caractersticas dos depsitos para a lavra por tiras devem satisfazer determinadas condies: o corpo deve ser tabular e as espessuras do minrio e do capeamento no podem exceder determinados limites. Tais espessuras podem inviabilizar este mtodo de lavra tanto tcnica como economicamente.

    Observando-se estas consideraes, verifica-se que o mtodo por bancadas bem mais verstil que o mtodo por tiras; porm, quando as condies assim permitirem deve-se buscar viabilizar economicamente sua utilizao.

    3.2.1. Sequncia de desenvolvimento O desenvolvimento da mina se d pela remoo da cobertura vegetal. A seguir, o

    solo orgnico removido e armazenado em pilhas, para posterior recuperao do terreno. Como este solo pode reduzir sua fertilidade com o tempo de armazenamento, atualmente, tem-se buscado elaborar uma seqncia de operaes de modo a possibilitar a utilizao direta desse solo. Isto feito cortando o solo orgnico e depositando-o diretamente na regio j lavrada e preenchida com o material estril. Assim sendo, o terreno quase integralmente recuperado inclusive sua fertilidade.

    Uma vez removido o solo, o material rochoso do capeamento desmontado mecanicamente ou a explosivos, conforme suas caractersticas. A escavao e lanamento do material so feitos numa nica operao, sendo o mesmo depositado na faixa lateral onde o minrio j foi extrado.

    Aps ter sido exposto, o minrio extrado usando-se, normalmente, equipamentos diferentes daqueles empregados para a remoo do capeamento. Na lavra do minrio comum ser utilizado escavadeira ou ps-carregadeiras e caminhes, enquanto na remoo do capeamento, so utilizadas drag-lines ou retroescavadeiras. Quando o capeamento e o minrio so de fcil escavao pode-se empregar moto-scrapers no capeamento e na lavra.

    3.2.2. Ciclo de operaes Como na lavra por bancadas, utiliza-se a perfurao e o desmonte a explosivos

    ou escavao mecnica, em funo do estado de agregao do material. Aps ter sido desagregado, o material do capeamento retirado por drag-line, retroescavadeira ou moto-scraper e lanado na faixa lateral j lavrada. A espessura mxima de capeamento admitida neste mtodo pode requerer mltiplos passos para a sua retirada.

    Uma vez exposto o minrio, sua lavra pode ser iniciada em bancada nica ou mltipla, conforme sua espessura e o porte do equipamento utilizado. O desmonte do

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    minrio feito de acordo com o estado de agregao do minrio. Quando no possvel escavar mecanicamente, utiliza-se explosivo. O material desagregado por explosivo carregado em caminho por meio de escavadeira ou p-carregadeira. No caso do desmonte mecnico, a escavao feita por trator, escavadeira ou p-carregadeira e carregado em caminho para o transporte.

    Somente o transporte por caminho est sendo considerado pelo fato de ser o mais largamente utilizado. Outros sistemas de transportes empregados na lavra no apresentam a mesma versatilidade do caminho. Entretanto, quando so viabilizados, apresentam custos menores do que aqueles do transporte por caminho.

    3.2.3. Condies de utilizao

    Resistncia do minrio e encaixante: qualquer Forma do depsito: tabular e horizontal Tamanho do depsito: grande extenso lateral, contnuo e espessura

    pequena a moderada Profundidade: baixa (limite econmico baseado na razo de extrao e na

    capacidade do equipamento)

    Vantagens

    - alta produtividade - baixo custo de lavra, menor custo de lavra entre os mtodos (custo

    relativo de 10% considerando custo de rochas ornamentais igual a 100%)

    - alta razo de produo - a lavra pode ser iniciada com pouco desenvolvimento - possibilidade de utilizao de equipamentos grandes - baixo custo de desmonte - desenvolvimento simples - boa recuperao, diluio baixa - normalmente elimina transporte de estril e - boas condies de salubridade e segurana

    Desvantagens

    - o limite econmico do mtodo e o limite tcnico dos equipamentos impem limite de profundidade (< 90m)

    - condies climticas podem impedir operao de lavra e - requer cuidados especiais no sequenciamento das operaes

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    3.3. Mtodo de Lavra de rochas ornamentais

    Esse mtodo consiste de uma sequncia de operaes para a produo de blocos prismticos de rocha, tais como granito, mrmore e ardsia. Os blocos, aps sofrerem transformao, so utilizados na construo de edificaes e monumentos, como decorao e revestimento de interiores e exteriores.

    A lavra de rochas ornamentais pode apresentar bancos com face vertical que alcanam at 60m de altura. A profundidade total pode alcanar at 300m, Figura 3.3. O material til retirado de modo altamente seletivo empregando-se mtodos caros e de baixa produtividade. A lavra de rochas ornamentais apresenta o maior custo entre todos os mtodos de lavra. Em contrapartida, essa lavra uma das que agrega maior valor ao produto.

    Fig. 3.3 - Diagrama de operaes em lavra de rochas ornamentais (Fonte: HARTMAN, 1987).

    As principais caractersticas que tornam um depsito de rochas ornamentais

    economicamente vivel so as de natureza fsica, destacando-se cor, aparncia, competncia, uniformidade e ausncia de imperfeies (descontinuidades).

    3.3.1. Sequncia de desenvolvimento

    Aps a limpeza da superfcie, a planta de processamento e as instalaes de

    suporte necessrias so construdas adjacentes mina. Ao invs de planta de concentrao do bem mineral, as operaes realizadas nessas plantas tm como finalidade dar acabamento aos blocos por meio de operaes de corte e polimento. O incio da lavra se d com a remoo da cobertura e deposio em rea prxima da cava.

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    A parte da rocha no aproveitada, que necessita ser retirada, como tambm o capeamento, so removidos por mtodo convencional de extrao (mecanicamente ou a explosivos).

    A rocha economicamente aproveitvel extrada em blocos ou chapas, por meio de cortes realizados por fios helicoidais ou adiamantados, discos adiamantados, jatos de chama ou de gua, cortadoras de correia ou furos paralelos que so interligados por uma fenda aberta pela ao de cunhas ou explosivos.

    Os procedimentos e tcnicas de corte dependem do tipo de rocha, do produto final desejado e dos equipamentos utilizados na lavra e no beneficiamento.

    3.3.2. Ciclo de operaes

    As operaes empregadas na remoo do capeamento e da rocha no

    aproveitvel economicamente so semelhantes quelas empregadas na lavra a cu aberto convencional. Entretanto, a utilizao de explosivos em rochas ornamentais, ou prximo delas bastante indesejvel. Quando no for possvel deixar de usar explosivos, cuidados especiais devem ser tomados na utilizao dos mesmos.

    No corte dos blocos necessrio liberar as seis faces que delimitam o bloco. Para isso, podem-se utilizar vrias tcnicas de corte ou aproveitar algum plano de descontinuidade onde, obrigatoriamente, o bloco se parte. Isso muitas vezes, pode inutilizar o bloco.

    No caso especfico da ardsia, o plano de acamamento aproveitado realizando-se o corte somente em quatro faces verticais para delimitar a placa. Aps ter sido liberada, a placa deslocada por cunhas metlicas e removida por empilhadeira.

    A tcnica descrita acima exatamente aquela empregada na minerao de ardsia na rea considerada. De um modo geral, a lavra de rochas ornamentais utiliza outros tipos de equipamentos para o corte da rocha, tais como: fio adiamantado, fio helicoidal, jato de chama, jato de gua, roadeira, furos paralelos etc.

    3.3.3. Condies de utilizao

    Resistncia do bem mineral e encaixante: qualquer Forma do depsito: tabular ou macio; grande extenso horizontal Mergulho: qualquer, preferencialmente horizontal Uniformidade do bem mineral: uniforme Profundidade: baixa a moderada

    Vantagens

    - Baixo investimento de capital: mecanizao limitada e no sofisticada - Pode ser realizado em pequenos depsitos, entretanto, nesses casos,

    pode ter a escala de operaes limitada - Acesso relativamente fcil, principalmente quando pode ser feito

    iamento - Geralmente apresenta boa estabilidade de taludes e

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    - Boas condies de sade e segurana

    Desvantagens

    - profundidade limitada pela alta relao estril/minrio - produtividade muito baixa - custo de lavra muito alto (custo relativo de 100%) - baixa razo de produo - baixa recuperao e - mtodo de lavra muito seletivo

    3.4. Consideraes Geomtricas

    As bancadas podem ser consideradas como as unidades fundamentais de extrao nas operaes de lavra a cu aberto. Algumas caractersticas bsicas como: crista, p, largura, face, altura e ngulo da bancada so apresentadas na Figura 3.4.

    Fig. 3.4 - Desenho esquemtico de uma bancada com seus elementos

    Deve-se salientar a existncia de diferentes tipos de bancadas. Por exemplo,

    podem-se citar as bancadas que tm como funo aparar os materiais que, por ventura, rolarem de bancadas superiores, as bancadas ou bermas de segurana ou cacth benchs e as bancadas de trabalho, ou praas, onde ocorre efetivamente o processo de lavra.

    Diversos fatores influenciam as dimenses dos elementos apresentados acima. Alguns aspectos importantes na determinao da geometria das bancadas podem ser enumerados:

    CRISTA

    P

    Altu

    rada

    Ban

    cada

    Largurada

    Bancada

    Taludeou

    Face

    ngulodo

    Talude

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    Caractersticas do depsito: Volume, teor e distribuio etc. Escala de produo: Toneladas de minrio e estril produzidas. Seletividade na lavra e necessidade de blendagem. Equipamentos utilizados nas operaes de lavra: Funo bsica da escala de

    produo. consideraes sobre estabilidade dos taludes Relao estril/minrio. Custos operacionais vs. custos de investimento.

    3.4.1. ngulo da Face da Bancada Os ngulos das bancadas so mantidos, geralmente, com a maior inclinao

    possvel. Os limites aqui so relacionados, basicamente, as condies de estabilidade. Em rochas competentes valores entre 55O e 80O so tipicamente encontrados. importante ressaltar que os ngulos das bancadas podem ter uma grande influncia no talude final da cava.

    3.4.2. Altura da Bancada A Altura da bancada determinada, normalmente, em funo da altura mxima

    de escavao do equipamento utilizado na operao de carregamento. importante observar a possibilidade de escavao de taludes negativo quando utilizada esta altura mxima de escavao (i.e. escavadeiras shovels e hidrulicas). Esta situao poderia representar riscos para a prpria operao de carregamento ou para as operaes sub-sequentes. Valores de altura de bancada variam de cinco metros, para pequenos depsitos de ouro, por exemplo, at aproximadamente quinze metros, em grandes operaes de lavra.

    Com os avanos tecnolgicos dos equipamentos, a perfurao, hoje, praticamente, no impe limites altura da bancada.

    O exemplo da Figura 3.5, mostra uma escavadeira hidrulica com capacidade de 13 a 27.5 m3 (17-36 yd3). A altura mxima de escavao de 15 metros. Observando condies mais rgidas de segurana esta altura poderia ser considerada aproximadamente 11 metros.

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    Fig. 3.5 Dimenses da escavadeira hidrulica

    3.4.3. Largura da Bancada Alm das bancadas ou bermas de segurana comum, nas operaes de lavra

    de grande porte, a utilizao de leras de proteo nestas bancadas. Estas leras so formadas por pilhas de material fragmentado, depositado junto a crista destas bermas formando assim uma barreira para reteno de material proveniente de deslizamento.

    Alguns valores recomendados para a determinao da geometria das bancadas, so indicados na Figura 3.6.

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    Dimenses de Segurana (metros) Altura

    da Bancada

    rea de

    Impacto

    Altura das

    Leras

    Largura das

    Leras

    Largura Mnima da

    Berma 15 3,5 1,5 4 7,5 30 4,5 2 5,5 10 45 5 3 8 13

    Fig. 3.6 Dimenses recomendadas para a bancada

    3.4.4. ngulo de Talude

    Diversos ngulos de taludes podem ser observados em uma operao de lavra a

    cu aberto, como por exemplo o prprio ngulo da face das bancadas. Portanto importante que se determine a direo ou plano do talude de maneira inequvoca. Define-se aqui como a direo do talude uma linha que liga o p e crista das bancadas de referncia, e sua inclinao como o menor ngulo entre esta direo e um plano horizontal.

    Considerando-se o exemplo abaixo, que apresenta bancadas com as mesmas caractersticas geomtricas, teramos:

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    Fig. 3.7 Elementos do Talude

    O ngulo do talude (b) pode ser definido como:

    =b -

    Total oCompriment Total AlturaTan 1

    ou:

    ( )

    ( ) ( )

    +

    =b -D4L3

    A4Tan

    B

    B1

    onde D definido a partir da geometria da bancada como:

    ( )

    a

    =Tan

    AD B

    e finalmente:

    ( )( ) ( )( )

    a+

    =b -

    TanA4

    L3

    A4Tan

    BB

    B1

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    Durante o processo de lavra, rampas de acesso ou bancadas em lavra (praas) podero estar presentes na situao mostrada anteriormente. A introduo desta modificao na condio acima traz algumas alteraes no valor do ngulo do talude geral. Para uma rampa com largura igual ao dobro da largura das bermas a figura apresentada acima ficaria:

    Fig. 3.8 Talude alterado por insero de estrada De maneira geral a formulao para determinar o ngulo do talude geral da cava

    poderia ser ento escrito da seguinte forma:

    ( )( ) ( )( )

    +a

    +=b -

    RB

    B

    B1

    LTan

    A4L3

    A4Tan

    Aqui LR representa a largura da rampa. Considerando-se agora a largura das bermas e da rampa iguais a 10 metros e 20

    metros respectivamente, a altura das bancadas igual a 15 metros e ainda, o ngulo da face das bancadas igual a 75O os valores obtidos para o ngulo do talude geral para a situao sem a presena da rampa (bs) e com a presena da rampa (bc) seriam, respectivamente:

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    ( )( ) ( )( )

    +=b -

    o75Tan154103

    104Tan 1s o39s =b

    ( )( ) ( )( )

    ++=b -

    2075Tan

    154103

    104Tan 1co

    o31c =b

    4. Operaes unitrias (desmonte, carregamento e transporte)

    A minerao como um todo envolve um conjunto de aspectos que visam,

    basicamente, descoberta do bem mineral, sua avaliao, criao de condies para sua extrao e sua extrao propriamente dita.

    Fases da minerao

    - prospeco - explorao - desenvolvimento - lavra

    Ciclo de produo - operaes unitrias

    - desmonte - carregamento - transporte

    Funes

    - quebra da rocha - movimentao de materiais

    Mecanismos de fragmentao

    - rochas brandas (equipamentos mecnicos) - rochas mais resistentes (desmonte a explosivo)

    Ciclo Bsico de Produo Perfurao + Desmonte + Carregamento + Transporte

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    Mas apesar da natureza cclica das operaes de lavra ser bastante comum hoje em dia, o aperfeioamento da indstria mineral tende a progredir de uma tecnologia essencialmente intermitente (cclica) para um processo contnuo.

    Os equipamentos de carregamento devem estar adequadamente especificados e dimensionados de acordo com o tipo de material, com a produo desejada e com o tipo de equipamento de transporte.

    A caamba do equipamento de carregamento deve ser dimensionada em funo do britador para controlar o tamanho do maior bloco a ser admitido no britador.

    O equipamento de carregamento deve ser dimensionado tambm em funo do equipamento de transporte para evitar operaes inadequadas e nmero de ciclos excessivos.

    Deve-se evitar a formao das pilhas muito espalhadas, que acarreta aumento no ciclo de carregamento.

    Outro critrio importante o grau de seletividade na lavra. Os materiais que constituem os macios rochosos possuem determinadas

    caractersticas fsicas em funo de sua origem e dos processos geolgicos posteriores que atuam sobre eles.

    O conjunto desses fenmenos produz no macio uma litologia particular com heterogeneidades devidas forma dos agregados policristalinos e s descontinuidades da matriz rochosa.

    Do ponto de vista geomecnico, tais fenmenos conduzem a um estado de tenso caracterstico, com um grande nmero de descontinuidades estruturais, tais como: planos de estratificao, fraturas, diclases etc..

    As propriedades dos macios rochosos que mais influenciam no planejamento de desmonte so:

    a- As resistncias dinmicas das rochas b- O espaamento e orientao das descontinuidades c- A litologia e potncia dos macios d- A velocidade de propagao de ondas e- As propriedades reolgicas dos macios f- O tipo de superfcie e abertura das descontinuidades g- O grau de anisotropia e heterogeneidade dos macios etc. A determinao desses parmetros por mtodos diretos ou de laboratrio torna-se

    muito difcil e cara, uma vez que as amostras ensaiadas nem sempre contm as descontinuidades e as mudanas litolgicas do macio rochoso que elas representam. Para obter uma amostra representativa seria necessrio que ela tivesse dimenses cerca de dez vezes superiores distncia mdia entre descontinuidades. No obstante, constituem um complemento na caracterizao dos macios rochosos que se deseja desmontar.

    Atualmente, as tcnicas de caracterizao geomecnica mais aplicadas so: - sondagem com recuperao de testemunhos e ensaios geomecnicos - estudos estruturais dos sistemas de descontinuidades - perfilagem geofsica de furos de sondagem e furos para desmonte - coleta de dados, durante a perfurao para desmonte e tratamento dos mesmos

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    O monitoramento das perfuraes para desmonte bem como a taxa de penetrao fornecem importantes informaes que podem ser utilizadas para a definio das malhas de detonao e das cargas especficas de explosivo. Vrios trabalhos tm sido desenvolvidos visando aprimorar o monitoramento automtico dos furos de detonao, correlacionando esses dados com as caractersticas dos bancos e com os resultados desejados dos desmontes.

    Mtodos de desmonte

    Energia Mtodo Agente ou mquina

    Qumica Exploso Alto explosivo

    Mecnica Impacto Corte Impacto

    Martelo pneumtico Trator de lmina Rompedor hidrulico

    Fluido Escavao Corte de rocha Monitor hidrulico Jato hidrulico

    Eltrico Arco eltrico Mquina de eletrofratura

    Tab. 4.1 - Classificao dos mtodos de fragmentao da rocha 4.1. Desmonte mecnico

    No desmonte mecnico utiliza-se de equipamentos como tratores e escavadeiras para desagregar o macio rochoso.

    A capacidade de escavao uma funo do equipamento utilizado e das caractersticas do material escavado.

    Com a evoluo dos equipamentos de escavao, tem sido possvel escavar materiais cada vez mais consolidados, viabilizando-se assim o desmonte mecnico de materiais anteriormente desmontados somente com o uso de explosivos.

    Considerando-se os elevados custos do desmonte a explosivo, assim como os aspectos de segurana, tem-se procurado viabilizar cada vez mais o desmonte mecnico de materiais coerentes, atravs do desenvolvimento de equipamentos e tcnicas.

    Quando possvel desmontar mecanicamente o macio rochoso, as operaes de desmonte e escavao so feitas de uma s vez, evitando-se as operaes de perfurao e desmonte a explosivo.

    A escavao mecnica emprega ferramentas cortantes, como a faca da lmina, os dentes da caamba da escavadeira ou os dentes do escarificador, para romper a compacidade do solo ou do macio rochoso, desagregando-o e tornando possvel o seu manuseio.

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    4.2. Desmonte a explosivo 4.2.1. Perfurao para o desmonte

    Perfurao da rocha

    - primeira operao - furos com distribuio e geometria adequadas - alojar as cargas de explosivo e seus acessrios iniciadores

    Tipos de operaes

    - penetrao na rocha - desmonte da rocha

    Penetrao na rocha

    - por impacto - por corte - por atrito - por esmagamento

    Furo

    - processo mecnico - processo hidrulico - processo trmico

    Desmonte da rocha

    - quebra e fragmentao de grandes massas de material - energia qumica - energia mecnica - energia hidrulica - outras formas (em estudo)

    4.2.2. Princpios de penetrao na rocha Os sistemas de penetrao da rocha so: a- Mecnicos - Percusso - Rotao - Percusso-Rotao b- Trmicos - Sopro ou lana trmica - Plasma - Fluido quente - Congelamento c- Hidrulicos - Jorro d'gua - Eroso - Cavitao

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    d- Snicos - Vibrao de alta frequncia e- Qumicos - Micro-desmonte - Dissoluo f- Eltricos - Arco eltrico - Induo magntica g- Ssmicos - Raio laser h- Nucleares - Fuso - Fisso

    Sistemas mecnicos

    - impacto - atrito - esmagamento

    Formas de ataque

    - percusso - rotao

    Interao coroa-rocha

    - fragmentao da rocha - aplicao de fora - campo de tenso - resistncia da rocha perfurao - penetrao na rocha

    Furo

    - forma - tamanho - regularidade

    Modos de ataque da rocha

    - triturao (percusso) - lascamento (rotao) - ao hbrida (percusso-rotao)

    Fig. 4.1 - Tipos de aes de perfurao no ataque mecnico da rocha

    (esq.) percusso, (cen.) corte, (dir.) combinao corte + percusso

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    Fatores influentes

    a- variveis de operao

    - perfuratriz - haste - coroa - fludo

    Categorias: - potncia da perfuratriz - energia - frequncia do golpe - velocidade de penetrao - empuxo - desenho da haste - propriedades do fludo - fluxo do fludo

    b- fatores de perfurao (variveis independentes) - dimetro - comprimento do furo - inclinao do furo

    c- fatores de perfurabilidade (variveis independentes) (derivados do ambiente)

    - condies geolgicas - estado de tenso - resistncia perfurao - limitam performance da perfuratriz

    d- fatores de servio (variveis independentes) - superviso - potncia do equipamento - local de trabalho - condies climticas

    4.2.3. Mtodos de perfurao (mecnicos)

    Percussivos (puros)

    - furos de pequenos dimetros - perfuratrizes manuais - baixa produo - baixa produtividade

    Percussivo-rotativos

    - quase todo tipo de rocha - martelo fora do furo - martelo dentro do furo (down the hole)

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    Rotativos - triturao (esmagamento), empregando tri-cone-bits - rocha de dureza mdia a alta - por corte utilizando coroas especiais - rochas brandas

    Fig. 4.2 - Campos de aplicao dos mtodos de perfurao em

    funo da resistncia da rocha e dimetro dos furos

    A perfurao percussivo-rotativa baseia-se na combinao das seguintes aes: a- percusso

    - impactos pelo golpe do pisto - ondas de choque - transmisso coroa pelas hastes (martelo fora do furo) - transmisso direta sobre a coroa (martelo de fundo)

    b- rotao - giro da coroa - impactos em distintas posies

    c- empuxo - carga aplicada sobre a coroa - contato com a rocha

    d- fluido de circulao - refrigerao da coroa - extrao dos detritos do fundo do furo

    Indentaes (responsveis pelo avano do furo)

    a- Compresso das rugosidades da rocha pelo contato com a coroa

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    b- Aparecimento de gretas radiais a partir dos pontos de concentrao de tenses e formao de uma cunha em forma de V c- Pulverizao da rocha da cunha por esmagamento d- Quebra dos fragmentos maiores nas zonas adjacentes cunha e- Evacuao dos detritos pelo fluido de circulao

    Fig. 4.3 - Mtodos de perfurao em trabalhos a cu aberto

    Fig. 4.4 - Fases de formao de uma indentao

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    Coroas tri-cone-bits - desenvolvidas em 1910 - at a dcada de 60, s eram usadas para rochas brandas ou de pouca resistncia - atualmente competem com outros mtodos para rochas duras

    Princpio de funcionamento da coroa tri-cone-bits: a indentao

    - penetrao na rocha devido ao empuxo - triturao da rocha

    b esmagamento

    - movimento lateral dos cones (triturao e cisalhamento) - cisalhamento em rochas brandas - esmagamento da rocha pelo giro da coroa - formao de fragmentos de rocha

    Fig. 4.5 - Coroa tri-cone-bits

    4.2.4. Custos de perfurao

    CLEOMIA

    T CVMCCCCCCC ++++++=

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    CT - Custo total de perfurao (UM/h) CA - Custo de amortizao (UM/h) CI - Custos de taxas, impostos e seguros (UM/h) CM - Custo de manuteno e reparo (UM/h) CO - Custo de mo-de-obra (UM/h) CE - Custo de combustvel ou energia (UM/h) CL - Custo de lubrificantes e filtros (UM/h) CC - Custo de acessrios de perfurao (UM/m) VM - Velocidade mdia de perfurao (m/h)

    4.2.5. Dimensionamento de perfuratrizes

    I. CLASSES DE PERFURATRIZES ROTATIVAS

    CLASSE MODELO Empuxo max. (kg) Capacidade

    (m) Dimetro da coroa

    (mm) 229 mm BE-40R 22680 8,2 229

    270 mm GD-80 BE-45R IR-DM6

    36288 36288 40824

    16,8 16,8 9,8

    270

    311 mm

    M-4 GD-120 BE-60R IR DM-7

    49896 49896 49896 40824

    16,8 19,8 19,8 9,8

    311

    381 mm M-5

    GD-130 BE-61R

    49896 58968 49896

    16,8 20,1 19,8

    381

    II. MALHA TPICA PARA BANCOS DE 12,2 m (m x m)

    CLASSE DE PERFURATRIZ (mm)

    ROCHA 229 270 311 381

    MACIA MDIA DURA

    8,2 x 9,1 7,3 x 8,2 6,4 x 7,3

    9,1 x 10,0 8,2 x 9,1 7,3 x 8,2

    10,0 x 11,0 9,1 x 10,0 8,2 x 9,1

    11,0 x 12,2

    10,0 x 11,0

    9,1 x 10,0

    III. MATERIAL AFETADO POR TURNO (ton. met.)

    ROCHA CLASSE DE PERFURATRIZ (mm)

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    229 270 311 381 MACIA MDIA DURA

    2351 1882 1472

    2866 2351 1886

    3465 2866 2351

    4227 3465 2866

    IV. RELAO DE PRODUO (m/turno)

    CLASSE DE PERFURATRIZ (mm)

    ROCHA 229 270 311 381

    MACIA MDIA DURA

    91,4 83,8 68,6

    137,2 121,9 103,6

    167,6 155,4 134,1

    173,7 161,5 140,2

    V. TEMPOS DE OPERAO UTILIZAO E DISPONIBILIDADE

    ITENS HORAS DIAS

    Calendrio total Menos feriados por ano TEMPO DISPONVEL POSSVEL Menos tempo de manuteno e reparos TEMPO DE OPERAO DISPONVEL (Disponibilidade do equipamento) Menos restries operacionais Menos mudanas de posio da perf. e outras paralisaes Menos tempo gasto pelos operadores Tempo de viagem Lanches Outros Menos outros tempos de paralisaes Lubrificao e inspeo Mudanas curtas Reparos Outros TEMPO TOTAL DE PERFURAO

    8760

    216

    8544

    1440

    7104

    624 240

    432 432

    72

    288 72

    216 192

    4536

    365

    9

    356

    60

    296

    26 10

    18 18

    3

    12 3 9 8

    189

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    100

    disponvel operao de Temporeparos e manuteno Tempo - possvel Disponvel Tempo idadeDisponibil % =

    100disponvel operao de Tempo

    Outros - operadores de Tempo - mudanas de Tempo- isoperaciona Restries - disponvel operao Tempo

    Utilizao % =

    %83100356

    60356 idadeDisponibil % =-=

    %64100296

    32391026296 Utilizao % =----=

    Horas de operao por turno = Utilizao X N horas / turno

    Horas de operao por turno = 0,64 x 8 horas/turno = 5,1 horas/turno

    VI. AVALIAO DO NMERO MNIMO DE PERFURATRIZES

    C

    LASS

    E

    PRO

    DU

    O

    (t/an

    o)

    MA

    TER

    IAL

    AFE

    TAD

    O P

    OR

    FU

    RO

    (t/fu

    ro)

    N

    DE

    FUR

    OS

    PER

    FUR

    AD

    OS

    MET

    RO

    S PE

    RFU

    RA

    DO

    S PO

    R F

    UR

    O

    TOTA

    L D

    E M

    ETR

    OS

    PER

    FUR

    AD

    OS

    REL

    A

    O

    DE

    PRO

    DU

    O

    (m/tu

    rno)

    TU

    RN

    OS

    DE

    OPE

    RA

    O D

    E PE

    RFU

    RA

    O

    HO

    RA

    S D

    E O

    PER

    A

    O

    PO

    R

    TUR

    NO

    HO

    RA

    S D

    E PE

    RFU

    RA

    O

    N

    MN

    IMO

    DE

    PER

    FUR

    ATR

    IZES

    229

    32296320 1463

    22076 13,7

    302441 68,6 4408,8 5,1

    22484,9 5

    270

    32296320 1882

    17161 13,7

    235101

    103,6 2269,3 5,1

    11573,4 3

    311

    32296320 2351

    13738 13,7

    188211

    134,1 1403,5 5,1 7157,9 2

    381

    32296320 2874

    11238 13,7

    153961

    140,2 1098,2 5,1 5600,8 2

    Utiliz. Disp. possvel disp. Tempoperfurao de Horas zesperfuratri de mnimo Nmero

    =

    VII. Custos de operao de perfurao

  • 35

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    CLASSE PERFURATRIZES (mm) 229 270 311 381

    OPERADORES DIESEL

    REPAROS OUTROS

    34,50 4,05

    30,00 3,90

    34,50 4,80

    34,50 5,15

    34,50 5,60

    39,75 5,55

    34,50 6,90

    45,75 8,25

    BIT

    S MACIO MDIO DURO

    7,06 10,25 11,47

    11,47 14,90 17,33

    16,18 22,00 25,88

    19,00 25,98 30,67

    turno) por horas 8 / perfurao de (Tempoindiretos) Custos (50%

    Indiretos) Ajudante perfurados horrios (Custos

    Operadores

    ++

    =

    Operadores = ($ 14,66 + 0,5 x $ 14,66 ) / ( 5,1 / 8 ) = $ 34,50

    CUSTOS DE COROAS / m

    229 270 311 381

    MACIO MDIO DURO

    0,39 0,62 0,85

    0,43 0,62 0,85

    0,49 0,72 0,98

    0,56 0,82 1,12

    turno operao horas 1,5

    mcoroa Custo

    turnom

    operao de horas por coroa de Custo-

    =

    VIII. CUSTOS ANUAIS DE OPERAO E MANUTENO

    CLA

    SSE

    DE

    PER

    FUR

    ATR

    IZE

    S

    MA

    TER

    IAL

    PRO

    DU

    O

    (t / a

    no)

    HO

    RA

    S D

    E PE

    RFU

    RA

    O

    OPE

    RA

    O

    E M

    AN

    UTE

    N

    O

    A

    NU

    AIS

    DE

    OPE

    RA

    O

    E M

    AN

    UTE

    N

    O

    229 DURO 32296320 22484,9 83,92 1886933

    270 DURO 32296320 11573,4 96,28 1114287

    311 DURO 32296320 7157,9 111,28 796531

    381 DURO 32296320 5600,8 126,07 706093

  • 36

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    Custos anuais de operao e manuteno = custos de operao e manuteno / horas x horas de perfurao

    IX. ANLISE ECONMICA

    CLA

    SSE

    DE

    PER

    FUR

    ATR

    IZES

    N

    D

    E PE

    RFU

    RA

    TRIZ

    ES

    CU

    STO

    DE

    CA

    PITA

    L PO

    R

    PER

    FUR

    ATR

    IZ ($

    )

    CU

    STO

    TO

    TAL

    DE

    CA

    PITA

    L

    ($ x

    10

    ) C

    C

    DEP

    REC

    IA

    O

    ( 10

    AN

    OS

    ) ($

    x 1

    0)

    D

    CU

    STO

    S A

    NU

    AIS

    DE

    OPE

    RA

    O E

    M

    AN

    UTE

    N

    O

    ($

    x 1

    0)

    CA

    OM

    C

    UST

    OS

    AN

    UA

    IS D

    E FU

    XO

    DE

    CA

    IXA

    ($ x

    10

    ) C

    AFC

    C

    UST

    O T

    OTA

    L D

    E VA

    LOR

    A

    TUA

    L D

    E FL

    UXO

    DE

    CA

    IXA

    A

    12%

    EM

    10

    AN

    OS

    ($ x

    10

    ) C

    TVA

    FC

    229 5 350.000 1.750 175 1.887 897 6818

    270 3 500.000 1.500 150 1.114 507 4365

    311 2 715.000 1.430 143 797 346 3385

    381 2 795.000 1.590 159 706 291 3234

    D - )) 0,48 ( Taxa - (1 D) (CAOM CAFC +=

    FVA CAFC CC CTVAFC +=

    ( )( )

    taxa i tempo n i1i

    1i1FVAn

    n

    +

    -+= ( )

    ( )65,5

    12,0112,0112,01FVA

    10

    10=

    +

    -+=

    X. NMERO DE PERFURATRIZES AJUSTADO (baseado em 2 horas de tempo de mudana por perfuratriz, por dia por escavadeira, considerando 6 escavadeiras)

  • 37

    Departamento de Engenharia de Minas - EEUFMG

    CLA

    SSE

    DE

    PER

    FUR

    ATR

    IZES

    N

    MN

    IMO

    DE

    PER

    FUR

    ATR

    IZES

    N

    ECES

    SR

    IAS

    TEM

    PO D

    E M

    UD

    AN

    A

    S D

    E PO

    SI

    O

    A

    DIC

    ION

    AL/

    DIA

    DE

    OPE

    RA

    O

    TEM

    PO T

    OTA

    L N

    AS

    MU

    DA

    N

    AS

    DE

    PE

    RFU

    RA

    TIZ

    (HO

    RA

    S)

    AU

    MEN

    TO E

    M

    MU

    DA

    N

    AS

    POR

    PE

    RFU

    RA

    TRIZ

    TE

    MPO

    TO

    TAL

    DE

    PER

    FUR

    A

    O

    A

    JUST

    AD

    O P

    OR

    PE

    RFU

    RA

    TRIZ

    TOTA

    L H

    OR

    AS

    DE

    PER

    FUR

    A

    O

    N

    ECES

    SR

    IAS

    NO D

    E PE

    RFU

    RA

    TRIZ

    ES

    NEC

    ESS

    RIO

    229 5 2 592 118,4 4417,6 22484,9 6

    270 3 6 1776 592 3944 11573,9 3

    311 2 8 2368 1184 3352 7157,9 3

    381 2 8 2368 1184 3352 5600,8 2

    XI. CLCULO E ANLISE ECONMICA PARA FROTA AJUSTADA

    CLA

    SSE

    DE

    PER

    FUR

    ATR

    IZES

    N

    DE

    PER

    FUR

    ATR

    IZES

    CU

    STO

    DE

    CA

    PITA

    L PO

    R P

    ERFU

    RA

    TRIZ

    ($)

    CU

    STO

    TO

    TAL

    DE

    CA

    PITA

    L ($

    x 1

    0)

    CC

    D

    EPR

    ECIA

    O

    (10

    AN

    OS)

    ($ x

    10

    ) D

    CU

    STO

    S A

    NU

    AIS

    DE

    OPE

    RA

    O E

    M

    AN

    UTE

    N

    O

    ($ x

    10)

    CA

    OM

    CU

    STO

    S A

    NU

    AIS

    DE

    FUXO

    DE

    CA

    IXA

    ($ x

    10

    ) C

    AFC

    CU

    STO

    TO

    TAL

    DE

    VALO

    R A

    TUA

    L D

    E FL

    UXO

    DE

    CA

    IXA

    A

    12%

    EM

    10

    AN

    OS

    ($ x

    10

    ) C

    TVA

    FC

    229 6 350.000 2.100 210 1.887 880 7072

    270 3 500.000 1.500 150 1.114 507 4365

    311 3 715.000 2.145 215 797 311 3902

    381 2 795.000 1.590 159 706 291 3234 4.3. Explosivos

    O explosivo um agente, composto, ou uma mistura que apresenta

    decomposio muito rpida quando iniciada por calor, impacto, frico ou choque.

    Decomposio

  • 38

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    - reao exotrmica - alta velocidade - liberao de grande quantidade de energia - liberao de gases - alta temperatura - elevadssima presso

    Velocidade da reao

    - supersnica (detonao) (1.500 a 9.000 m/s) - sub-snica (deflagrao)

    Deflagrao

    - reao de oxi-reduo - queima muito rpida - abaixo da velocidade snica - associada apenas ao calor - pode ocorrer em explosivos onde deveria haver detonao

    Detonao

    - onda de choque - presso instantnea (fragmentao) - presso termodinmica (expanso dos gases)

    Fig. 4.6 Desenvolvimento de uma detonao.

  • 39

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    Explosivos comerciais - carbono - hidrognio - oxignio - nitrognio

    Balano de oxignio

    - mxima energia liberada

    Produtos gasosos - H2O (vapor) - CO2 - N2

    Gases nocivos

    - detonao no ideal (NO, NO2, CO, NH4 e CH4) Fragmentao e deslocamento da rocha

    - onda de choque - expanso dos gases

    Detonao ideal

    - steady state (atrs da frente de choque) - plano Chapman-Jouguet, C-J - non steady state

    Fig. 4.7 - Onda de detonao idealizada percorrendo uma coluna de explosivo

  • 40

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    Fig. 4.8 Processo de detonao de uma carga explosiva.

    Pulso de presso

    - alto explosivo (curva A) - alta energia de quebra - liberao de gases muito rpida

    - explosivo comercial (curva B) - baixa energia de quebra - grande volume gasoso

    Fig. 4.9 Formas de pulso de presso da onda de choque para um alto explosivo

    (A) e para um explosivo comercial com grande volume gasoso (B).

    4.3.1. Propriedades dos explosivos

  • 41

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    -Gases Nocivos: - quantidade de gases gerados pela detonao - gases txicos - balano de oxignio

    Fig. 4.10 Gases produzidos para diferentes percentagens de leo.

    -Densidade:

    - explosivos comerciais (0,5 a 1,7)

    -Resistncia gua: - fora ou capacidade de detonar - alterao da composio dos gases produzidos - formao de gases txicos

    -Velocidade de detonao:

    - quanto maior a velocidade de detonao maior a fora - condies de carregamento (dimetro do furo, compactao, confinamento, umidade etc.) afetam a velocidade de detonao - abaixo do dimetro mnimo a velocidade de detonao diminui

    -Presso de Detonao:

    - presso terica mxima atingida na zona de reao - medida no plano Chapman-Joguet - variam de 2 a 24 GPa

  • 42

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    P = 432 x 10-6 x r x VD2

    onde, P a presso de detonao (MPa), r a densidade do explosivo (g/cm3) e VD a

    velocidade de detonao (m/s).

    Fig. 4.11 Perfil de presses na detonao de uma coluna de explosivo

    -Presso no furo:

    - presso mxima exercida contra a parede do furo - medida atrs do plano C-J - feita em testes subaquticos

    4.3.2. Explosivos comerciais

    -Explosivos militares: - TNT - PETN

    -Explosivos comerciais:

    - nitroglicerinados - agentes explosivos secos (ANFO) - agentes explosivos midos (hidrogis, emulses) - de segurana (permissveis) - iniciadores (primers) - reforadores (boosters)

  • 43

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    -Componentes dos explosivos: a- oxidantes

    - nitrato de amnio (NA) - nitrato de sdio (SN) - nitrato de clcio (CN)

    b- combustveis - leos combustveis - carbono - alumnio - TNT - carvo

    c- absorventes d- espessantes e- estabilizantes

    -Explosivos nitroglicerinados

    - dinamite o nome comercial introduzido por Alfred Nobel - os trs tipos bsicos, considerados altos explosivos (HE), so:

    - granulares - gelatinas - semi-gelatinas

    - gelatinas e semi-gelatinas: nitrocelulose + nitroglicerina = gel

    -Dinamite amoniacal - mistura granular - pequena quantidade de nitroglicerina - nitrato de amnio - nitrato de sdio

    -Agentes explosivos secos

    - no so sensveis espoleta - no entra a gua na composio - densidade relativa ( 0,75 a 0,95 ) - base nitrato de amnio (NH4NO3) - principais agentes explosivos secos - ANFO e seus eventuais subprodutos - ALANFO

    -Nitrato de amnio

    - sal inorgnico (NH4NO3) - cor branca - temperatura de fuso: 160,6 C - isoladamente no um explosivo - (NH4NO3) + combustvel = explosivo - densidade: cerca de 0,8

  • 44

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    - higroscopicidade elevada - pode se liquefazer em umidade relat. > 60%

    Diagrama 4.1 Agentes explosivos secos com base no Nitrato de Amnio

    ANFO

    Qualquer substncia combustvel pode ser usada com o nitrato de amnio para produzir um agente explosivo. Nos Estados Unidos durante os anos 50 era utilizado o carvo, mas posteriormente ele foi substitudo por combustveis lquidos, visto que estes propiciam misturas mais ntimas e homogneas com o nitrato de amnio. Dentre eles, o produto mais utilizado o leo diesel, que apresenta a vantagem de ser menos voltil do que outros combustveis como a gasolina, o querosene, a parafina etc. e conseqentemente oferece menor risco de exploso.

    Diversos tipos de leos podem ser aproveitados tambm como combustvel, mas possuem o inconveniente de reduzir a sensibilidade iniciao e propagao, assim como o de apresentar um menor rendimento energtico.

    A quantidade de combustvel um fator importantssimo. A reao de decomposio do sistema equilibrado em oxignio :

    3 NH4NO3 + CH2 3 N2 +7 H2O + CO2,

    produzindo cerca de 920 kCal/kg, o que pode ser inferior nos produtos comerciais segundo o contedo de materiais inertes. A mistura estequiomtrica corresponde a 95,3% de nitrato de amnio e 5,7% de leo-diesel.

    Nitrato Amnico

    Combustvel (Diesel)

    Agente Densificante

    Uria

    Agente explosivo para furos com alta

    temperatura

    Agente explosivo seco (ANFO)

    Poliestireno expandido

    Agente explosivo de baixa densidade

    Desmonte de contorno

    Alumnio

    Agente explosivo seco-aluminizado

    (ALANFO)

    Prills Pulverizados

    Agente explosivo seco-densificado

  • 45

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    Fig. 4.12 Sensibilidade do ANFO iniciao

    O contedo de combustvel afeta tambm a quantidade de gases nocivos desprendidos na exploso (CO+NO). Quando os gases das detonaes apresentam uma colorao alaranjada significa que existe uma porcentagem insuficiente de leo-diesel, ou que o ANFO absorveu gua ou no foi corretamente iniciado. A variao da sensibilidade sensivelmente afetada pela quantidade de combustvel, Figura 4.12.

    Sendo assim, com 2% de leo diesel a iniciao pode ser conseguida com uma espoleta de nmero 8, porm a energia disponvel ser baixa. J com uma quantidade de nitrato de amnio superior a 7% a sensibilidade inicial decresce notavelmente.

  • 46

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    Fig. 4.13 Variao da energia termodinmica e velocidade de detonao do ANFO com a variao da % de leo diesel.

    -Caractersticas explosivas do ANFO: - gua muito prejudicial - torna-se insensvel em ambientes com mais de 10% de umidade - aumento de densidade aumento da velocidade de detonao (mas a iniciao torna-se difcil) - em densidade acima de 1,2, o ANFO torna-se inerte e no detona satisfatoriamente - densidades normais: 0,8 a 0,85 - a energia por metro linear de coluna diminui com o desacoplamento - quando pequeno o confinamento da carga:

    -a velocidade de detonao VD diminui -a presso mxima nas paredes do furo diminui

    - velocidade de detonao mx.: cerca de 4.500 m/s (atingida em furos maiores do que 15 polegadas) - dimetro crtico: entre 2 e 4 polegadas

    Fig. 4.14 Influncia do contedo de gua sobre a velocidade de detonao

    ALANFO

    Como a densidade do ANFO baixa, a energia que resulta por unidade de comprimento pequena. Para elevar essa energia, desde 1968 esto sendo adicionados

  • 47

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    a esse agente explosivo produtos como o alumnio, obtendo-se bons resultados tcnicos e econmicos, sobretudo quando as rochas so muito resistentes e macias.

    O limite prtico da porcentagem de alumnio no ANFO encontra-se entre 13 e 15%. Porcentagens superiores a 25% diminuem a eficincia energtica, Figura 4.15. O alumnio a adicionar deve possuir uma granulometria entre as 20 e 150 malhas (mesh). Relativo a pureza, esta deve ser superior a 94%. O Alumnio muito fino pode produzir exploses descontroladas.

    Fig. 4.15 Efeito do alumnio sobre a energia desenvolvida

    Agentes explosivos midos

    Os agentes explosivos midos so aqueles que contm mais do que 5% de gua em peso. Nesta categoria encontram-se os hidrogis ou lamas explosivas, as emulses e o ANFO pesado.

    Hidrogis

    - So solues aquosas saturadas de nitrato de amnio - Contm pequena quantidade de outros oxidantes (nitratos de sdio e de clcio) - Contm combustveis sensibilizantes, agentes espessantes e gelatinizantes (que

    evitam a segregao dos produtos slidos) - Seu desenvolvimento ocorreu no final da dcada de 50

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    - Cook e Farman mistura de 65% de nitrato de amnio, 20% de alumnio e 15% de gua. Mais tarde, Cook utilizou TNT como sensibilizante, iniciando a fabricao comercial

    - Em 1969, a Dupont desenvolveu novos hidrogis sem os compostos explosivos tradicionais nem metais particulados como sensibilizantes fundamentais, usando como combustveis substncias orgnicas (aminas, parafinas, acares)

    - Segurana alta (no levam sensibilizante puramente explosivo) - Alta sensibilidade detonao - Excelente resistncia a gua - Energia entre 700 e 1500 cal/g - Densidade entre 0,8 at 1,6 - Densidade proporcional velocidade - Velocidade de detonao varia de 4.115 a 6.096 m/s - Presso de detonao varia de 5 a 10 GPa - A variedade de produtos que podem ser obtidos com as diferentes composies

    dos hidrogis muito grande: desde hidrogis encartuchados (como os gelatinosos convencionais) aos hidrogis vertveis (podem ser tratados como fluidos). Nesse ltimo caso pode-se aproveitar as vantagens de uma carga mecanizada e da facilidade de preencher totalmente os furos

    Emulses

    - Mesmas propriedades dos hidrogis - Melhor potncia e resistncia gua se comparado aos hidrogis - Sistema bifsico (disperso de um lquido imiscvel em outro) - Mistura do tipo gua em leo: fase aquosa composta por sais inorgnicos

    oxidantes dissolvidos em gua e fase oleosa por um combustvel lquido imiscvel em gua, do tipo hidrocarboneto

    - Desenvolvimento acompanhado de reduo progressiva do tamanho das partculas (desde slido at as solues salinas com slidos e por ltimo s microgotas de uma emulso explosiva)

    - Estrutura polidrica e no esfrica como no NA - Possui uma fase oleosa - O tamanho das microgotas das emulses cerca de cem vezes menor do que o

    tamanho dos prills de nitrato de amnio - P de alumnio: aumenta a energia desenvolvida, mas diminui a velocidade de

    detonao - A sensibilidade da emulso diminui com o aumento da densidade, sendo

    necessrio trabalhar acima do dimetro crtico e utilizar iniciadores potentes - Vantagens:

    - menor preo - excelente resistncia gua

    - possibilidade de variar a densidade entre 1 e 1,45 g/cm3 - grande segurana de fabricao e manuseio

    - possibilidade de fazer um carregamento mecanizado dos furos - pode ser misturado com o ANFO

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    - Desvantagens: - condies restritas de preparao - alterao nas baixas temperaturas - contaminao da carga se esta for feita a granel - impossibilidade de ser armazenado por muito tempo - produz altas presses de detonao (10 a 12 GPa) com velocidades de detonao compreendidas entre 4.420 e 5.640 m/s

    ANFO Pesado

    - Adio de emulso ao ANFO (que na tecnologia atual constitui o explosivo

    bsico), aumentando a energia desse ltimo - A emulso ocupa os vazios do ANFO e atua como uma matriz energtica - Principais vantagens:

    - maior energia do que o ANFO - melhores caractersticas de sensibilidade - grande resistncia a gua - possibilidade de efetuar cargas com variao de energia atravs do furo - fabricao relativamente fcil

    - A matriz (emulso) pode ser preparada em uma planta fixa e transportada em caminho tanque at o depsito de armazenagem (paiol) ou pode ser bombeada diretamente de caminho misturador

    - As misturas de emulso com nitrato de amnio e leo diesel podem ser preparadas, in situ, nas propores adequadas s condies de trabalho 4.4. Desmonte com explosivos -Conceito

    - um processo de ruptura conduzido em larga escala para fragmentar os macios - em minerao, como na construo civil, o mtodo de fragmentao predominante - outras tcnicas tm sido desenvolvidas - tais tcnicas baseiam-se em diferentes tipos de aplicao de energia para fragmentar a rocha

    -Princpio

    - grandes quantidades de energia - em fraes de segundo

    -Indicao - macios pouco alterados, pouco fraturados ou constitudos por rochas de elevada dureza

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    -Importncia - mtodo econmico e rpido - um dos principais responsveis pelos custos de lavra

    -Desenvolvimento

    - propriedades dos explosivos - mecanismos envolvidos na fragmentao dos materiais

    -Planejamento do desmonte

    - abordagem sistmica - operaes subseqentes - custo global menor

    -Resultado da detonao - granulometria - homogeneidade - pilha - riscos e incmodos - nveis de rudos - emisso de gases - vibraes - ultra-lanamento - estabilidade dos taludes

    -Principal objetivo:

    - alcanar o menor custo possvel para o desmonte, obedecendo-se: - s especificaes tcnicas - legislao ambiental - s condies de segurana previstas

    Forma de aplicao de

    energia Mtodo Agente ou mquina

    Qumica Exploso Alto explosivo, agente detonante

    Mecnica Pneumtica Corte Impacto

    Ar comprimido Trator (dozer) Martelo de impacto

    Fluida

    Hidrulico (solo) Hidrulico (rocha)

    Monitor Jato hidrulico

    Eltrica Arco eltrico Mquina de eletrofraturao

    Tabela 4.2 - Classificao de mtodos de fragmentao de rocha

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    com base na forma de aplicao de energia 4.4.1. Mecanismos de ruptura da rocha por detonao de explosivo Um explosivo slido, alguns centsimos de segundo depois de iniciada a exploso

    em um furo, torna-se gs a alta temperatura e gera uma enorme presso que, se bem confinada, pode alcanar ou ultrapassar os 20 GPa. Essa enorme presso gerada em parte pelo confinamento, visto que o explosivo que era slido torna-se gs e a tendncia do gs ocupar volumes maiores aumentando, assim, a presso sobre as paredes do furo.

    Os explosivos detonantes possuem uma energia (Qu) grande em kCal/kg e esta energia aps iniciada a detonao liberada em um espao de tempo muito curto (cerca de 10-6 s) e a velocidade (VD) da reao da ordem de 2.500 a 6.000 m/s. O resultado disso o aparecimento de uma potncia (P) extremamente alta nesse curto espao de tempo.

    Considerando-se um cartucho de explosivo contendo 50% de trinitrotolueno e 50% de nitrato de amnio, com um comprimento ( l ) de 30 cm e dimetro de 5 cm, resultando em uma massa (m) de 0,913 kg, a energia liberada por este cartucho de:

    E = (Qu).(m) = (980 kCal / kg) x (0,913 kg) = 895 kCal O intervalo de tempo da energia liberada : t = l / v = 0,30m/6435m/s = 47 x 10-6 s Tem-se ento uma potncia de: P = 895 kCal /47 x10-6s = 80 x 106 kW = 80.000 MW

    - a potncia do cartucho ser cerca de 6 vezes maior que a capacidade mxima

    de Itaipu (12.600 MW) - essa potncia em um tempo muito curto suficiente para provocar os efeitos

    que se deseja, isto , o fraturamento e arremesso da rocha A detonao de uma carga explosiva no interior de um macio rochoso pode ser

    divida em duas fases distintas: 1 fase: Produo de um forte impacto devido onda de choque, vinculada energia de tenso (energia da onda de choque) durante um curto espao de tempo. 2 fase: Atuao dos gases de detonao aps haver o fraturamento e o fissuramento inicial. Esses gases encontram-se a alta temperatura e presso e so portadores da energia termodinmica ou energia dos gases de detonao. A elevada presso originada durante a decomposio do explosivo provoca uma

    onda de choque que se expande de forma cilndrica e alcana valores que superam a

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    resistncia dinmica compresso da rocha, provocando a triturao da rocha ao redor do furo. Essa rea triturada ao redor do furo da ordem de 2 a 4 vezes o tamanho do raio do furo.

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

    Fig 4.16 Agretamento radial

    Segundo Langefors e Kihlstrm (1967): - durante esse primeiro perodo de fissuramento no h praticamente ruptura - caso o furo de detonao seja perpendicular estratificao da rocha, sem nenhuma superfcie adjacente paralela, a onda de choque extingue-se sem nenhum efeito ulterior - a presso remanescente dos gases no furo alarga ligeiramente as fissuras - quando a onda de choque alcana uma superfcie livre so geradas duas ondas, uma de trao e outra de cisalhamento, que so refletidas - esse fenmeno de reflexo das ondas de choque provoca a fragmentao do macio

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    Fig. 4.17 Representao dos mecanismos de ruptura da rocha

    Ao atingirem a face livre, as ondas de compresso geram um efeito denominado bola de bilhar. O processo o mesmo que ocorre quando se golpeia uma fila de bolas de bilhar. Pela equao da conservao da quantidade de movimento, a ltima bola sai com a mesma velocidade da primeira. Esse princpio ocorre nos desmontes de rocha e torna-se perigoso se as rochas forem fragmentveis.

    A ltima etapa do processo de ruptura lenta e atua segundo a influncia da presso dos gases do explosivo, que fazem com que a superfcie livre da rocha ceda e seja lanada. Isso pode ser descrito como um processo semi-estacionrio.

    Os fragmentos de rocha criados pelos mecanismos anteriores e acelerados pelos gases so projetados, colidindo-se entre si e dando lugar a uma fragmentao adicional. Nessa ltima etapa tem-se a ruptura por flexo, a qual ocasionada pelo engastamento da base do banco. A tenso mxima ocorre no centro da face detonada.

    Na ltima etapa, ocorre uma outra forma de ruptura. A ruptura por impacto, que se d quando as partculas lanadas chocam-se contra o solo e com outras partculas, fragmentando-se. A fragmentao da rocha causada pelo impacto da onda de choque e pelo efeito da expanso de gases a altas presses. A fragmentao depende das propriedades do explosivo e do macio rochoso.

    -Propriedades importantes do explosivo:

    a- energia b- densidade c- razo de energia liberada d- presso dos gases liberados

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    Fig. 4.18 Ruptura por flexo.

    -Propriedades importantes do macio rochoso: a- densidade e porosidade b- resistncia c- absoro de energia e mdulo de elasticidade d- estrutura da rocha

    Durante uma exploso a reao qumica do explosivo produz uma zona de

    detonao que se propaga atravs do explosivo e dentro do macio rochoso que o circunda. A onda de choque gerada somente pelos explosivos de alta velocidade. Essa onda responsvel pela presso de detonao que causa a fragmentao da rocha.

    Na fragmentao do macio rochoso com explosivos, pelo menos oito mecanismos de ruptura intervm, com maior ou menor responsabilidade. Porm, todos participam nos resultados dos desmontes.

    a- Triturao da rocha - Nos primeiros instantes da detonao, a p