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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS UFG CAMPUS CATALÃO CAC CURSO DE ENGENHARIA DE MINAS TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO CARLOS EDUARDO MOREIRA MACEDO OTIMIZAÇÃO DA FRAGMENTAÇÃO DE ROCHAS NO DESMONTE DE BANCADAS COM EXPLOSIVOS CATALÃO 2014 CARLOS EDUARDO MOREIRA MACEDO OTIMIZAÇÃO DA FRAGMENTAÇÃO DE ROCHAS NO DESMONTE DE BANCADAS COM EXPLOSIVOS Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia de Minas da Universidade Federal de Goiás UFG como requisito parcial para obtenção do título de bacharel em Engenharia de Minas Orientador Dr Vidal Felix Navarro Torres CATALÃO JANEIRO 2014 Dados Internacionais de Catalogação na Publicação CIPGPTBSCACUFG Macedo Carlos Eduardo Moreira M1410 Otimização da fragmentação de rochas no desmonte de bancadas com explosivos manuscrito Carlos Eduardo Moreira Macedo 2014 74 f il figs tabs Orientador Profº Dr Vidal Felix Navarro Torres Monografia Graduação Universidade Federal de Goiás Campus Catalão Departamento de Engenharia de Minas 2014 Bibliografia Inclui lista de tabelas e figuras 1 Desmonte de rochas 2 Fragmentação 3 Otimização I Título CDU 55349366 CARLOS EDUARDO MOREIRA MACEDO OTIMIZAÇÃO DA FRAGMENTAÇÃO DE ROCHAS NO DESMONTE DE BANCADAS COM EXPLOSIVOS Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Federal de Goiás UFG como requisito parcial para obtenção do grau de bacharel em Engenharia de Minas BANCA EXAMINADORA Alcides Eloy Cano Nuñes Universidade Federal de Goiás UFG Renato de Paula Araújo Universidade Federal de Goiás UFG Vidal Felix Navarro Torres ORIENTADOR Universidade Federal de Goiás UFG Aprovado em 17012014 AGRADECIMENTOS Gostaria de agradecer a Deus em primeira estância pela sua forma de me ensinar a crer que sou capaz pela sabedoria e fé que me proporcionou para que me tornase um vencedor Além de Deus gostaria de agradecer a todos que me ajudaram a vencer este grande desafio meus pais minhas irmãs meus tios em especial Nelson Machado e Leda Macedo por abrirem sua casa a mim meus primos minha avó aos meus grandes amigos e colegas que fiz em Catalão e aqueles que desde sempre carrego comigo obrigado por tudo pois sem vocês não conseguiria encontrar o caminho da vitória De uma forma não menos importante que os citados anteriormente agradeço a todos os professores que nos ministraram ensinos em especial ao meu orientador Vidal Felix Navarro Torres sem vocês nos mostrando que devemos sempre aprimorar nossos conhecimentos não venceríamos nem o menor dos desafios a ser enfrentado Obrigado de coração por tudo que fizeram pelo curso Engenharia de Minas UFG em especial a turma de 2009 Ao Grupo Pirineus um enorme agradecimento por todo aprendizado oferecido agradeço a Deus todos os dias por ter me dado à oportunidade de fazer estágio neste grande grupo podendo aprender cada vez mais não só na parte técnica mais também nas lições da vida RESUMO O desmonte de rochas com explosivos é a primeira etapa da produção mineira onde a rocha é fragmentada e em seguida beneficiada É uma técnica de desmonte de rochas com baixo custo e que vem sendo estudada há vários anos com o intuito de encontrar meios que aperfeiçoem o processo ocasionando assim uma redução no custo global da produção Quando se obtêm uma distribuição uniforme e adequada da granulometria dos fragmentos de rocha as etapas subsequentes tais como carregamento transporte e britagem primária são influenciadas por trabalharem com menores tempos de espera e menor gasto energético gerando assim uma redução dos custos de produção No cenário atual onde grande parte das empresas de médio e pequeno porte não aplicam um desmonte de rochas tecnicamente adequados No presente trabalho se avalia a situação atual do desmonte de rochas na mina de calcário denominada Funil 1 e se realiza estudos para encontrar os parâmetros que permitam otimizar a fragmentação utilizando o programa de simulação chamado DISVOL Palavraschave desmonte de rochas fragmentação otimização ABSTRACT The blasting of rocks with explosives is the first step of mining production where the rock is fragmented and then benefited It is a technique to remove rocks with low cost and has been studied for several years in order to find ways to refine the process thus causing a reduction in the overall cost of production When you get a uniform and adequate size distribution of rock fragments subsequent steps such as loading transport and primary crushing are influenced by working with shorter waiting times and lower energy consumption thereby generating a reduction in production costs In the current scenario where most of the small and medium sized businesses fail to implement a dismantling of technically suitable rocks The present work evaluates the current state of the dismantling of rocks in limestone mine called Funnel 1 and conducts studies to find the parameters to optimize fragmentation using the simulation program called DISVOL Keywords rock blasting fragmentation optimization ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 Fases Dinâmicas e SemiEstática 16 Figura 2 Fraturamento Radial 18 Figura 3 Fraturamento por liberação de carga 19 Figura 4 Ruptura por flexão 20 Figura 5 Ruptura por colisão 21 Figura 6 Variáveis geométricas controláveis no desmonte de rocha 22 Figura 7 Produtividade x Pilha 24 Figura 8 Comparação entre um furo inclinado e vertical 27 Figura 9 Subfuração 29 Figura 10 Malha quadrada 34 Figura 11 Malha retangular 34 Figura 12 Malha pé de galinha 34 Figura 13 Comportamento dos explosivos em malha quadrada e pé de galinha 35 Figura 14 Bancadas com uma e duas frentes livres 36 Figura 15 Representação de carga contínua e espaçada 36 Figura 16 Representação das cargas do furo 38 Figura 17 Tipos de retardos 39 Figura 18 Saída em V 40 Figura 19 Saída em linha 40 Figura 20 Pilhas de fragmentos 41 Figura 21 Erros de perfuração 42 Figura 22 Modelo de otimização 46 Figura 23 Gráfico de custos 48 Figura 24 Etapas do programa DISVOL 52 Figura 25 DISVOLÍndice de Desmontabilidade 53 Figura 26 Índice de desmontabilidade 54 Figura 27 Descrição do maciço Diaclasiado em blocos 54 Figura 28 Espaçamento e orientação dos planos de fratura 55 Figura 29 Dados geométricos 56 Figura 30 Dados da rocha 56 Figura 31 Dados dos explosivos 57 Figura 32 Esquema do desmonte 57 Figura 33 Dimensionamento das cargas explosivas 58 Figura 34 Fragmentação 59 Figura 35 Input de custos 59 Figura 36 Output Custos 61 Figura 37 Fragmentação x Altura de bancada 62 Figura 38 Custo x Altura da bancada 63 Figura 39 Inclinação x Fragmentação 63 Figura 40 Inclinação x Custo 64 Figura 41 Inclinação x Fragmentação 64 Figura 42 Inclinação x Custo 65 Figura 43 Inclinação x Fragmentação 65 Figura 44 Inclinação x Custo 66 Figura 45 Inclinação x Fragmentação 66 Figura 46 Inclinação x Custo 67 Figura 47 Fragmentação x Índice de desmontabilidade 68 Figura 48 Custo x Índice de desmontabilidade 68 Figura 49 Rendimento x Diâmetro 69 Figura 50 Custo x Diâmetro 69 Figura 51 Resultado do desmonte 70 Figura 52 Resultado do desmonte 71 ÍNDICE DE TABELAS Tabela 1 Mecanismos de Rupturas 17 Tabela 2 Relações entre altura H e afastamento B 25 Tabela 3 Relação entre altura de bancada e equipamentos de carregamento 26 Tabela 4 Relação entre diâmetro e comprimento do tampão 28 Tabela 5 Tamanho do tampão relacionado com resistência da rocha 28 Tabela 6 Cálculo da subfuração 30 Tabela 7 Afastamento e diâmetro do furo 31 Tabela 8 Rocha x Afastamento 31 Tabela 9 Valores de Kb 32 Tabela 10 Tipo de rocha e consumo específico 39 Tabela 11 Dados utilizados na simulação 52 Tabela 12 Custo de desmonte 60 Tabela 13 Custo de perfuração 61 Tabela 14 Comparação entre parâmetros 70 Sumário 1 INTRODUÇÃO 13 2 OBJETIVOS 14 21 OBJETIVO GERAL 14 22 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 14 3 JUSTIFICATIVA 15 4 ESTUDO BIBLIOGRÁFICO 16 41 MECANISMOS DE RUPTURA DOS MACIÇOS ROCHOSOS 16 411 Trituração da rocha 18 412 Fraturamento radial 18 413 Reflexão da onda de choque 19 414 Extensão e abertura de fendas radiais 19 415 Fraturamento pela liberação da carga 19 416 Fraturamento por cisalhamento 20 417 Ruptura por flexão 20 418 Ruptura por colisão 20 42 VARIÁVEIS CONTROLÁVEIS NO DESMONTE DE ROCHAS 21 421 Diâmetro dos furos 23 422 Altura da bancada 24 423 Inclinação dos furos 26 424 Tampão 27 425 Subfuração 29 426 Afastamento 30 427 Espaçamento 33 428 Esquemas de perfuração 34 429 Tamanho e forma do desmonte 35 4210 Configuração das cargas 36 4211 Desacoplamento das cargas 37 4212 Explosivos 37 4213 Distribuição dos explosivos nos furos 37 4214 Consumos específicos de explosivos 38 4215 Tempos de retardo e sequencia de fogo 39 4216 Influência do equipamento de carregamento na detonação 41 4217 Perfuração específica 41 4218 Qualidade da perfuração 42 43 MODELOS MATEMÁTICOS PARA A AVALIAÇÃO DA FRAGMENTAÇÃO ROCHOSA 42 431 Fórmula de Larsson 42 432 Svedefo Swedish Detonic Research Foundation 43 433 KuzRam 43 434 Fórmula de Dinis da Gama 45 44 MODELOS DE OTIMIZAÇÃO 45 45 CUSTOS DE PERFURAÇÃO E DESMONTE 48 5 METODOLOGIA 52 51 ÍNDICE DE DESMONTABILIDADE 53 52 PROJETO DO DIAGRAMA DE FOGO 55 53 CUSTOS 59 6 RESULTADOS E DISCUSSÃO 62 7 CONCLUSÃO 72 8 REFERÊNCIAS 73 13 1 INTRODUÇÃO O desmonte de rochas com utilização de explosivos é a técnica mais utilizada em mineração túneis escavações implosões entre outras quando o objetivo é a movimentação de material tanto para etapas de tratamento ou para liberação de espaço para outras atividades Existem vários tipos de explosivos disponíveis no mercado sendo o ANFO e Emulsão os mais utilizados Estes empregados nos furos têm como função liberar uma grande quantidade de energia capaz de movimentar o material desejado Sendo assim o conhecimento de todas as variáveis envolvidas em um processo de desmonte é muito importante pois conhecendo a influência de cada uma podese fazer um estudo relacionando parâmetros geométricos do desmonte com propriedades do material a ser movimentado de forma a conseguir um plano de fogo que consiga gerar resultados satisfatórios para as necessidades da empresa Portanto quando se consegue otimizar este processo grandes vantagens são obtidas tendo estas como principais no ramo da mineração a diminuição do custo global e a movimentação de grande quantidade de material fatores que fazem com que as mesmas sobrevivam o cenário atual 14 2 OBJETIVOS 21 OBJETIVO GERAL Determinar um plano de fogo adequado levando em consideração a otimização da fragmentação rochosa para um estudo de casa da empresa Mineração Pirineus 22 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Os objetivos específicos do seguinte trabalho estão expostos a baixo Caracterizar os parâmetros geomecânicos do local a desmontar Modelar os parâmetros básicos do diagrama de fogo e a fragmentação respectiva Realizar análise de sensibilidade da fragmentação e custo variando alguns parâmetros determinantes Comparar os parâmetros encontrados e os utilizados anteriormente no que diz respeito ao plano de fogo e à fragmentação 15 3 JUSTIFICATIVA O desmonte de rochas com explosivos é a maneira mais econômica de se fragmentar materiais rochosos Porém para obtenção de sucesso e fragmentação adequada do mesmo devemse conhecer todos os parâmetros envolvidos sendo estes geológicos ou relacionados à geometria do plano de fogo e carga explosiva a ser utilizada Portanto a justificativa para tal estudo se enquadra na busca de parâmetros mais adequados para uma melhor fragmentação das rochas de forma a reduzir custos nos fogos secundários ou fragmentação secundária mecânica aumentando a produtividade de equipamentos de carregamento e transporte aumentando a eficiência no processo de britagem e moagem reduzindo assim custos extras gerados com atividades citadas anteriormente 16 4 ESTUDO BIBLIOGRÁFICO 41 MECANISMOS DE RUPTURA DOS MACIÇOS ROCHOSOS Os mecanismos relacionados à atuação dos explosivos detonados no interior do maciço rochoso são bem conhecidos devido este ser um dos processos de fragmentação mais usados em mineradoras por ser a energia mais barata no mercado atual para este tipo de finalidade Essa é representada pela interação dos explosivos com as rochas circundantes ao mesmo envolvendo fatores como tempo ondas de choque mecânica das rochas energia termodinâmica e outras variantes Os explosivos podem atuar por meio de reações de deflagração ou de detonação neste primeiro caso sendo apenas uma rápida combustão sem geração de onda de choque enquanto que no segundo é um processo de velocidade supersônica em que a energia liberada pelos explosivos na zona inicial de reação propagase através da rocha na forma de onda de choque De forma geral o objetivo principal do desmonte com utilização de explosivos é a geração de fragmentos com especificações técnicas juntamente com o menor custo possível de forma que sua otimização produza uma redução de custos em atividades como transporte carregamento e britagem Após a detonação de um explosivo o material situado na sua vizinhança em particular aquele que constitui as paredes do furo onde se situa a carga é imediatamente sujeito a uma perturbação dinâmica mais ou menos violenta NAVARRO TORRES VF 2012 Posteriormente a essa fase dinâmica surge a semiestática representada pela descompressão dos gases resultantes da detonação A Figura 1 mostra os momentos que ocorrem as fases em relação ao tempo e a pressão exercida pela detonação do explosivo Figura 1 Fases Dinâmicas e SemiEstática Fonte Navarro Torres VF 2012 17 a Fase Dinâmica Esta fase é caracterizada pela ação das ondas de choque Segundo Jimeno et al 2003 se produz um forte impacto devido à onda de choque gerada a partir da energia de tensão Segundo Scott 1996 apud Jimeno et al 2003 a fase dinâmica corresponde à fase de choque representada pelas ondas de tensão P Compressão e S Cisalhamento associadas à rápida aceleração da explosão da parede do furo Quando a onda de choque compressiva gerada pela detonação tem energia suficiente para encontrar a face livre e retornar de forma refletida com amplitude de tensão superior a resistência à tração do maciço resultase em fragmentação Segundo Hermann 1972 e Langefors 1963 apud Rolim 2006 a inexistência da fase dinâmica em maciço rochoso não fraturado torna impossível a fragmentação somente com a fase semiestática b Fase SemiEstática Caracterizada pela ação da pressão dos gases gerados pela detonação Referese ao trabalho realizado de expansão ou descompressão dos gases ao percorrerem pelas descontinuidades geradas pela fase dinâmica Segundo Langefors 1963 à medida que os gases são liberados blocos são lançados produzindo novas fraturas por ação de choque entre eles Segundo Jimeno et al 2003 nesta fase atuam os gases produzidos atrás da zona de reação que a alta pressão e temperatura são portadores de energia termodinâmica A Tabela 1 mostra os mecanismos de ruptura Tabela 1 Mecanismos de Rupturas Mecanismos de Ruptura Trituração da rocha Fraturamento radial Reflexão da onde de choque Extensão e abertura de fendas radiais Fratura por liberação de carga Fratura por cisalhamento Ruptura por flexão Ruptura por colisão Fonte autoria própria 18 411 Trituração da rocha A trituração da rocha é a etapa de fragmentação que ocorre nos primeiros instantes após a detonação sendo que a energia liberada pelos explosivos é transmitida para o maciço rochoso vizinho na forma de onda de choque ou até mesmo de onda de compressão que se propaga a uma altíssima velocidade A pressão da frente da onda de choque que se expande de forma cilíndrica atinge valores que superam a resistência à compressão da rocha causando a destruição de sua estrutura intercristalina e intergranular Segundo Hagan 1977 este mecanismo de ruptura consome em torno de 30 da energia que transporta a onda de choque colaborando com a fragmentação da rocha na ordem 01 do volume total a ser fragmentado 412 Fraturamento radial Durante a propagação da onda de choque a rocha circundante ao furo é submetida a uma intensa compressão radial que induz componentes de tração nos planos tangenciais da frente da onda Quando as tensões superam a resistência dinâmica a tração da rocha se inicia a formação de uma zona de fraturas radiais em torno do da zona triturada que rodea o furo JIMENO et al 2003 Segundo o mesmo o comprimento e número de fraturas radiais aumentam Com a intensidade da onda de choque na parede do furo Com a diminuição da resistência dinâmica à tração da rocha Essas primeiras fraturas radiais aparecem ao redor do furo carregado ao tempo de 1 a 2 ms após a detonação levando em conta o explosivo tipo de rocha altura de carga diâmetro do furo entre outros aspectos Figura 2 Figura 2 Fraturamento Radial Fonte Jimeno et al2003 19 413 Reflexão da onda de choque Quando a onda de choque encontra uma superfície livre geramse duas ondas uma de tração e outra de cisalhamento O fraturamento das rochas é causado geralmente pela onda de tração refletida Este mecanismo em comparação aos demais que causam fragmentação é um dos que causam menores danos na rocha Considerando que seria necessário uma carga em torno de 8 vezes maior que a carga normal para que a fragmentação ocorresse apenas pela reflexão da onda de choque JIMENO et al 2003 414 Extensão e abertura de fendas radiais Depois da atuação da onda de choques a pressão gerada pelos gases da explosão provoca um campo de tensão ao redor do furo Durante e depois da formação das fendas radiais os gases começam a expandirse e penetrar nas fraturas prolongando as mesmas O número comprimento das fendas abertas e desenvolvimento das fendas dependem da pressão dos gases 415 Fraturamento pela liberação da carga Antes que a onda de choque atinja a frente livre efetiva a energia total transferida a rocha pela compressão inicial varia entre 60 e 70 da energia da detonação COOK et al 1966 apud JIMENO et al 2003 Depois da passagem da onda de compressão um estado de equilíbrio quase estático acompanhado de uma perca de pressão no furo é produzido ocasionado pela fuga dos gases através das fendas radiais existentes e deslocamento de rochas JIMENO et al 2003 A energia de tensão então armazenada é liberada rapidamente criando tensões de tração e cisalhamento provocando a ruptura do maciço Figura 3 Figura 3 Fraturamento por liberação de carga Fonte Jimeno et al2003 20 416 Fraturamento por cisalhamento Nas formações rochosas sedimentares quando os estratos apresentam distintos módulos de elasticidade se produz rupturas nos planos de separação Este faturamento por cisalhamento ocorre quando a rocha adjacente é movimentada em velocidades ou tempos diferente 417 Ruptura por flexão A ruptura por flexão ocorre devida que durante e depois do faturamento radial a pressão que os gases exercem sobre as rochas localizadas na parte da frente da coluna dos explosivos faz com que as rochas parecessem uma viga produzindo a deformação e fraturamento na mesma pelos fenômenos da flexão Figura 4 Figura 4 Ruptura por flexão Fonte Jimeno et al2003 418 Ruptura por colisão Este mecanismo de fragmentação acontece devido à combinação dos mecanismos anteriores com os gases que são projetados à superfície livre fazendo assim que ocorra a colisão de fragmentos com fragmentos Figura 5 21 Figura 5 Ruptura por colisão Fonte Jimeno et al2003 42 VARIÁVEIS CONTROLÁVEIS NO DESMONTE DE ROCHAS No desenvolvimento dos cálculos e elaboração do diagrama de fogo existem variáveis que interferem no resultado esperado essas compreendidas em 3 grupos distintos Geométrico Diâmetro comprimento da carga altura da bancada espaçamento afastamento entre outros Físicoquímico Energia do explosivo tipo de explosivo potência entre outros Tempo Tempos de retardo e sequências de iniciação Lembrando que essas variáveis compõem fórmulas deduzidas da década de 50 até o presente momento com o intuito de encontrar o diagrama de fogo que satisfaça as condições exigidas para o desmonte de rocha da área em questão Esse é encontrado mediante vários ensaios envolvidos nas detonações A Figura 6 mostra as variáveis controláveis no desmonte 22 Figura 6 Variáveis geométricas controláveis no desmonte de rocha Fonte Jimeno et al2003 Onde H Altura da bancada D Diâmetro do furo L Comprimento do furo d Diâmetro do explosivo B Afastamento S Espaçamento LB Largura da bancada WB Comprimento da bancada Be Afastamento efetivo Se Espaçamento efetivo T Tampão J Subfuração I Comprimento de carga ϴ Ângulo de abertura ou saída tr Tempo de retardo 1 Repé 2 Furo 3 Cunha 4 Sobreescavação 5 Greta de tração 6 Fraturamento do maciço 7 Cratera 8 Carga desacoplada 23 421 Diâmetro dos furos Considerando um procedimento de engenharia a escolha do diâmetro do furo é uma das mais importantes tarefas no dimensionamento do plano de fogo pois a mesma envolve aspectos como a taxa de produção necessária vibrações altura de bancadas fragmentação custos entre outros Segundo Jimeno et al 2003 os fatores que implicam na escolha do diâmetro são Características da rocha a ser detonada grau de fragmentação requerida altura da bancada custos de perfuração e detonação dimensão dos equipamentos de carregamento Características da rocha Dependendo do material a ser detonado não existe a necessidade de grandes diâmetros e consequentemente grandes quantidades de explosivos já que o mesmo é mais friável menos competente Grau de fragmentação requerida O diâmetro influencia neste aspecto devido que quanto maior for ele maior será a quantidade de explosivos confinada e assim uma maior quantidade de energia será liberada para fragmentar o material Existe uma correlação entre comprimento de carga H e diâmetro D que é HD 60 onde um incremento no valor de D implica em um aumento de fragmentação porém se for HD 60 o aumento no valor de D implica em um consumo especifico maior JIMENO et al 2003 Custos de perfuração e desmonte A diminuição do diâmetro implica em uma quantidade menor de explosivos envolvendo assim no processo um custo menor no aspecto da quantidade de explosivos utilizados porém o custo de perfuração será alto devido a maior quantidade de furos para equivaler furos de diâmetros maiores Segundo Hermann 1972 apud Rolim 2006 o diâmetro influencia indiretamente na dimensão do bloco a ser obtido no desmonte devido o equipamento de limpeza pá carregadeira ser limitante da maior dimensão do bloco O mesmo sugere a seguinte equação empírica Φ µ c 1 Onde Φ Diâmetro do furo polegadas µc Capacidade da pá carregadeira jardas cúbicas Segundo Langefors 1963 existe uma relação entre diâmetro do furo e altura da bancada que gira em torno de 05 a 125 Em relação à escolha dos equipamentos de carregamento os diâmetros dos furos influenciam na formação da pilha do material fragmentado fazendo assim que alguns equipamentos de acordo com a pilha formada tenha baixa ou alta produtividade conforme a Figura 7 24 Figura 7 Produtividade x Pilha Fonte Jimeno et al2003 Em lavra superficial os diâmetros variam de 50 mm até 380 mm JIMENO et al 2003 De forma resumida algumas vantagens e desvantagens em relação ao diâmetro dos furos são demonstradas a baixo Diâmetros menores Vantagens Melhor fragmentação da rocha devido a melhor distribuição dos explosivos nível de vibração é menor menores danos causados na rocha remanescente Desvantagens Mais furos são perfurados para uma mesma área comparandose a utilização de diâmetros maiores maior tempo de perfuração Diâmetros maiores Vantagens É utilizada uma quantidade menor de furos comparandose a utilização de diâmetros menores menor quantidade de explosivo por furo utilizado menor tempo de perfuração Desvantagens A distribuição granulométrica gerada é pior em relação a diâmetros menores Segundo Silva 2009 a seleção do diâmetro depende da produção horária do ritmo de escavação altura da bancada e da resistência 422 Altura da bancada Para a escolha da altura da bancada conforme o diagrama de fogo ideal alguns fatores são considerados como ordem técnica e econômica SILVA C 2009 25 Condições de Estabilidade da rocha que compõe o maciço e a segurança nas operações Volume de produção desejada Equipamentos de carregamento transporte e perfuração disponíveis Diluição do material A escolha para a altura ótima da bancada é influenciada pela rigidez esta que é relação entre altura H e afastamento B Para Ash 1977 a relação ótima é HB 3 Segundo o mesmo autor se HB 1 ocorrerá uma fragmentação grosseira com problemas de repé Com HB 2 os efeitos citados anteriormente serão menores e com HB 3 todos os efeitos citados serão extintos Para Konya 1985 apud Silva 2009 a relação entre altura e afastamento fica em função do valor 4 a Tabela 2 mostra algumas relações Tabela 2 Relações entre altura H e afastamento B HB Fragmentação Onda aérea Ultralançamentos Vibração Comentários 1 Ruim Severa Severo Severa Quebra para trás Recalcular plano de fogo 2 Regular Regular Regular Regular Recalcular se possível 3 Boa Boa Bom Boa Bom controle e fragmentação 4 Excelente Excelente Excelente Excelente Não há aumento de benefícios para HB 4 Se HB 4 a bancada é considerada alta Se HB 4 a bancada é considerada baixa Fonte Modificado Konya 1985 apud Silva 2009 Silva 2009 lembra algumas considerações para se levar em conta na escolha da altura da bancada Precisão da perfuração diminui à medida que cresce o número de hastes gerando assim desvios de perfuração Ultralançamentos devido aos desvios gerados Aumento da altura provoca aumento da razão de carga 26 Aumento da altura gera grandes pilhas de material exigindo assim a demanda de equipamentos de grande porte Jimeno et al 2003 sugere a Tabela 3 para desmonte de bancadas com pequenos diâmetros de furos Tabela 3 Relação entre altura de bancada e equipamentos de carregamento Altura da bancada m Diâmetro do furo mm Equipamento de carregamento recomendado 8 10 65 90 Pá carregadeira 10 15 100 150 Escavadeira Fonte Jimeno et al2003 423 Inclinação dos furos A inclinação dos furos é proveniente do ângulo de perfuração em relação a vertical utilizado pela perfuratriz proporcionando assim ao desmonte vantagens e desvantagens ao uso deste método Vantagens Melhor fragmentação e menor espalhamento da pilha já que o afastamento calculado na superfície permanece mais uniforme ao longo do furo Aumenta a eficiência da utilização da energia do explosivo devido à onda de choque ter maior parte refletida do que em um furo vertical Menor será a subfuração fazendo assim com que se aproveite melhor a energia do explosivo levando em consideração uma diminuição do nível de vibrações produzido Desvantagens Maior dificuldade no posicionamento das perfuratrizes Aumenta o comprimento do furo em relação ao furo vertical Maior desgaste dos equipamentos Dificuldade de posicionamento das perfuratrizes e em manter o paralelismo da perfuração A Figura 8 mostra uma comparação do aproveitamento da onda refletida entre um furo inclinado e vertical 27 Figura 8 Comparação entre um furo inclinado e vertical Fonte Cavadas 2012 424 Tampão O tampão é a região superior do furo onde não se faz o preenchimento com carga explosiva e sim com material inerte como resíduos da perfuração areia brita entre outros Este tem como objetivo confinar os gases da detonação para que uma melhor fragmentação ocorra no maciço rochoso Caso o tamponamento for insuficiente os gases gerados pela detonação serão expostos à atmosfera prematuramente causando problemas relacionados a ondas aéreas e ultralançamentos já no caso onde o tamponamento for em excesso os ultralançamentos serão menores porém matacões e quebra para trás serão maiores Segundo estudos de Otuonye 1982 apud Jimeno et al 2003 quando utilizado material para tamponamento com tamanho de 125 do diâmetro do furo conseguese uma redução de 41 no comprimento do tampão Segundo Jimeno et al 2003 na prática os comprimentos ótimos de tampão aumentam conforme a competência e qualidade da rocha diminuem variando entre 20 e 60 vezes o diâmetro do furo A Tabela 4 mostra a relação entre diâmetro e comprimento do tampão 28 Tabela 4 Relação entre diâmetro e comprimento do tampão Diâmetro do furo mm Granulometria mm D25 Compdo tampão mm 20D Compdo tampão mm 60D 50 2 1000 3000 60 24 1200 3600 70 28 1400 4200 80 32 1600 4800 90 36 1800 5400 100 4 2000 6000 110 44 2200 6600 120 48 2400 7200 130 52 2600 7800 140 56 2800 8400 150 6 3000 9000 160 64 3200 9600 170 68 3400 10200 180 72 3600 10800 190 76 3800 11400 200 8 4000 12000 Fonte autoria própria Segundo Ash 1963 apud Jimeno et al 2003 podese calcular o tamanho do tampão através da seguinte fórmula T Kt B 2 Onde T Tampão m B Afastamento m Kt Constante 07 a 1 Jimeno et al 2003 sugere a Tabela 5 para cálculo do tampão relacionando comprimento do tampão resistência da rocha e diâmetro do furo D Tabela 5 Tamanho do tampão relacionado com resistência da rocha Resistência da rocha Mpa Branda 70 Médio Dura 70 80 Muito dura 180 Tampão T 40 D 32D 25D Fonte Jimeno et al2003 29 Segundo Foldesi 1980 apud Jimeno et al 2003 a fórmula para cálculo do comprimento do tampão é 3 Onde T Tampão m B Afastamento m VD Velocidade de detonação ms VC Velocidade sísmica de propagação do maciço rochoso ms e Densidade do explosivo gcm³ s Densidade do material constituinte do tampão gcm³ 425 Subfuração Subfuração é a região do furo que ultrapassa o nível base da bancada É necessário ter o mesmo devido à necessidade de fragmentação do maciço compreendido na parte inferior da bancada caso não tenha ocorrerá à formação de repé Com a ocorrência deste mesmo é necessária a perfuração secundária para sua fragmentação aumentando assim os custos nesta etapa Caso a escolha do comprimento da subfuração for menor que o necessário o principal acontecimento será o aparecimento de repé Já na escolha de um comprimento maior que o necessário os acontecimentos serão um aumento nos custos de perfuração aumento no nível de vibração fragmentação excessiva na parte inferior da bancada A Figura 9 mostra a representação da subfuração em uma bancada Figura 9 Subfuração Fonte autoria própria Konya 1983 sugere a seguinte fórmula para o cálculo da subfuração 30 J 03B 4 Onde J Subfuração B Afastamento Segundo Ash 1963 apud Jimeno et al 2003 podese calcular a subfuração através da seguinte fórmula 5 Onde J Subfuração m B Afastamento m Kj Constante 02 a 04 Jimeno et al 2003 sugere a Tabela 6 para cálculo da subfuração J Tabela 6 Cálculo da subfuração Diâmetro do furo D mm 180 250 250 450 Subfuração J 7 8D 5 6 D Fonte Jimeno et al2003 426 Afastamento É a distância entre a face livre da bancada e a primeira linha de furos ou a distância entre duas linhas de furos paralelas a face Caso os valores usados na prática forem maiores ou menores que os encontrados na teoria algumas situações podem ocorrer a Afastamento muito pequeno A rocha é lançada a uma elevada distância da face aumento do ruído e das ondas aéreas devido a maior quantidade de explosivos utilizados b Afastamento excessivo Os gases encontram muita resistência para fraturar o maciço e parte da energia se transforma em energia sísmica aumentando a intensidade das vibrações Muitos autores têm proposto fórmulas sobre o cálculo do afastamento porém todas elas chegam a um intervalo este que varia de 25 a 40 o diâmetro do furo D a Tabela 7 mostra a relação destes valores em relação ao afastamento 31 Tabela 7 Afastamento e diâmetro do furo Diâmetro do furo mm Afastamento 25D m Afastamento 40D m 50 125 2 100 25 4 150 375 6 200 5 8 250 625 10 300 75 12 Fonte autoria própria A Tabela 8 mostra a relação entre tipos de rocha e tipos de explosivos levando em consideração o valor a multiplicar pelo diâmetro Tabela 8 Rocha x Afastamento Tipo de Rocha Anfo Emulsão Branda 30D 40D Média 25D 35D Dura 20D 30D Fonte Modificado da Indústria de Material Bélico do Brasil Uma fórmula empírica e bastante útil de se calcular o afastamento é de 6 Onde A Afastamento Densidade do explosivo gcm³ Densidade da rocha gcm³ de Diâmetro do explosivo mm Para Ash 1963 apud Jimeno et al 2003 a formula para cálculo do afastamento é 7 Onde B Afastamento pés D Diâmetro do furo polegadas Kb Constante que depende da classe da rocha e explosivo utilizado A Tabela 9 mostra os valores de Kb para varias classes de rochas e explosivos 32 Tabela 9 Valores de Kb Tipo de explosivo Classe da rocha Branda Média Dura Baixa densidade 08 a 09 gcm³ e potência baixa 30 25 20 Média densidade 1 a 12 gcm³ e potência média 35 30 25 Alta densidade 13 a 16 gcm³ e potência alta 40 35 30 Fonte Jimeno et al2003 Segundo López Jimeno 1980 apud Jimeno et al 2003 para diâmetros entre 165 e 250 mm podese calcular o afastamento com a seguinte fórmula 8 Onde B Afastamento D Diâmetro do furo F Fator de correção em função da rocha e explosivo F fr fe fr 9 fe 10 Onde r Densidade da rocha gcm³ VC Velocidade sísmica de propagação do maciço rochoso ms e Densidade da carga explosiva gcm³ VD Velocidade de detonação do explosivo ms Para Konya 1983 a fórmula para cálculo do afastamento é 11 Onde B Afastamento pés 33 e Densidade do explosivo gcm³ r Densidade da rocha gcm³ d Diâmetro do explosivo polegada 427 Espaçamento Espaçamento é a distância entre dois furos de uma mesma linha O mesmo é calculado considerando o valor do afastamento sequenciamento da detonação e tempo de retardo entre furos Konya 1983 considera as seguintes equações de cálculo de espaçamento Para HB 4 S 033 H 2B Sem retardo 12 S H 7B8 Com retardo 13 Para HB 4 S 2 B Sem retardo 14 S 14 B Com retardo 15 Onde S Espaçamento m B Afastamento m Segundo Exsa 19 usase normalmente na prática as seguintes equações para o cálculo do espaçamento S B Para malha quadrada 16 S 13 a 15 B Para malha retangular 17 Para Roy e Syngh 1998 a fórmula que retorna ao valor do espaçamento é 18 Onde B Afastamento m S Espaçamento m ql Densidade linear da carga kgm C Fator de carga kgm³ RQD Rock Quality Designation 34 Segundo Rolim 2006 o espaçamento varia entre 13 a 3 vezes o valor do afastamento B em pedreiras Segundo Jimeno et al 2003 espaçamentos pequenos produzem trituração excessiva entre as cargas e problemas de repés porém um espaçamento excessivo gera faces irregulares 428 Esquemas de perfuração Em desmonte de rochas de bancadas a geometria das malhas de perfuração utilizadas são quadradas Figura 10 retangulares Figura 11 ou pé de galinha Figura 12 Figura 10 Malha quadrada Fonte autoria própria Figura 11 Malha retangular Fonte autoria própria Figura 12 Malha pé de galinha Fonte autoria própria Segundo Jimeno et al 2003 a malha pé de galinha é o melhor esquema de perfuração pois proporciona melhor distribuição de energia na rocha além da flexibilidade que ele oferece na direção de saída da detonação 35 A Figura 13 mostra como os explosivos se comportam em uma malha quadrada e pé de galinha Figura 13 Comportamento dos explosivos em malha quadrada e pé de galinha Fonte Jimeno et al2003 429 Tamanho e forma do desmonte O tamanho do desmonte deve ser maior possível pois se obtêm uma diminuição nos tempos improdutivos dos equipamentos de perfuração e carregamento já que estes estarão trabalhando mais continuamente Segundo Jimeno et al 2003 a forma do desmonte depende da quantidade de faces livres tal que para uma frente livre a relação entre comprimento da frente LB e largura WB seja maior que 3 enquanto com duas frentes a relação deve ser maior que 2 A Figura 14 mostra exemplos de bancadas com uma e duas frentes livres 36 Figura 14 Bancadas com uma e duas frentes livres Fonte Jimeno et al2003 4210 Configuração das cargas A determinação da configuração dos explosivos dentro dos furos se dá pelo comprimento dos furos já que um furo muito comprido terá um consumo de explosivos alto caso não seja utilizado cargas espaçadas A utilização de carga espaçada é bem atraente quando os preços dos explosivos estão caros e as vibrações geradas pelo desmonte são limitadas Segundo Jimeno et al 2003 para se ter cargas espaçadas em obras a céu aberto é necessário ter uma razão de altura da bancada H e diâmetro do furo D maior que 70 A Figura 15 mostra a configuração de um furo com carga espaçada e outro com carga contínua Figura 15 Representação de carga contínua e espaçada Fonte autoria própria 37 4211 Desacoplamento das cargas O desacoplamento das cargas é referente ao espaço vazio ou preenchido com material inerte entre a coluna de explosivos e a parede do furo Segundo Melnikov 1972 apud Jimeno et al 2003 desacoplamentos de 65 a 75 melhoram a fragmentação e uniformidade da granulometria além de diminuir o consumo específico dos explosivos e a intensidade das vibrações 4212 Explosivos Explosivo é toda substância ou mistura de substâncias físicoquímicas que ao iniciado corretamente se transforma totalmente ou parcialmente em gases em um período muito curto de tempo gerando uma grande quantidade de calor Segundo Rolim 2006 muitos autores como Persson 1972 Hemphil 1981 Clark 1982 entre outros classificam explosivos quanto à aplicação e desempenho Os explosivos são classificados em a Explosivos primários São explosivos extremamente sensíveis que geram uma onda de choque capaz de iniciar a massa explosiva b Explosivos secundários São os explosivos responsáveis em si pelo desmonte de rochas são os iniciados pelo explosivo primário Quanto ao desempenho são classificados em c Deflagrantes Possuem velocidade menor que 1000ms d Detonantes Possuem velocidade maior que 1000ms e geram grandes quantidades de gases a elevadas temperaturas A escolha do explosivo é uma etapa de muitos cuidados pois se deve olhar as propriedades das rochas a se fragmentar como também os explosivos disponíveis no mercado com o intuito de evitar desperdício e conseguir um desmonte com baixo custo Os explosivos mais utilizados em desmonte de bancadas são a Anfo É uma mistura de 94 de nitrato de amônia com 6 de óleo diesel aproximadamente b Emulsão É uma mistura de 75 de nitrato de amônia 6 de óleo diesel 18 de água e 1 de emulsificante 4213 Distribuição dos explosivos nos furos Os explosivos utilizados devem ser capazes de superar a resistência à tração e cisalhamento Como a resistência ao cisalhamento é maior que a de tração é necessário que o explosivo no fundo do furo tenha uma energia maior que o explosivo na coluna 38 Jimeno et al 2003 sugere que a energia do fundo seja em torno de 2 a 25 vezes maior que a energia de coluna ou seja explosivo de alta potência e densidade no fundo como emulsão e na carga de coluna anfo e emulsão de baixa potência Segundo Langefours 1963 a altura carga de fundo Hcf deve estar compreendida entre 06 a 13 o afastamento B Segundo Silva C 2009 vários autores sugerem o uso de 30 a 40 da altura de carga de explosivos Hc como altura da carga de fundo Hcf e o restante como altura de carga de coluna Hcc Segundo a Indústria de Material Bélico do Brasil 19 a altura da carga de fundo é em torno de 30 a 50 da altura de carga de explosivos Porém muitas empresas de exploração a céu aberto fazem uso de carga única devido as vantagens de baixo custo e segurança A Figura 16 mostra a representação das cargas Figura 16 Representação das cargas do furo Fonte autoria própria 4214 Consumos específicos de explosivos Consumo específico de explosivo CE se refere à quantidade de explosivo utilizado para um 1 m³ ou 1 tonelada desmontado Quando o CE é alto proporciona boa fragmentação e menores problemas relacionadas a repés A Tabela 10 sugere alguns valores de CE relacionados a tipos de rochas 39 Tabela 10 Tipo de rocha e consumo específico Tipo de Rocha Consumo Específico kgm³ Rochas resistentes 0615 Rochas de resistência média 0306 Rochas muito fraturadas alteradas ou brandas 0103 Fonte Jimeno et al2003 4215 Tempos de retardo e sequencia de fogo Os tempos de retardos e a sequencia de fogo tem um papel muito importante no desmonte de rochas pois eles podem diminuir a carga operante daquele instante e consequentemente diminuir o nível de vibrações Jimeno et al 2003 fala que o retardo e o sequenciamento providenciam um maior controle sobre os lançamentos repés e sobreescavação A Figura 17 mostra alguns retardos com suas respectivas especificações Figura 17 Tipos de retardos Fonte Britanite2013 A forma como vai ser feita a ligação dos furos depende de cada blaster¹ mais geralmente usase em V Figura 18 ou em linha Figura 19 40 Figura 18 Saída em V Fonte Indústria Brasileira de Material Bélico 19 Figura 19 Saída em linha Fonte Modificado de Indústria Brasileira de Material Bélico 19 A Indústria Brasileira de Material Bélico 19 fala que a saída em V apresenta maior fragmentação e menor lançamentos em relação à saída em linha pois existe uma melhor distribuição dos explosivos ¹Técnico habilitado e responsável pela execução e supervisão de plano de fogo e operações de detonação 41 4216 Influência do equipamento de carregamento na detonação Os resultados dos desmontes afetam o rendimento dos equipamentos de carregamento no que diz respeito à formação da pilha granulometria do material e espalhamento dos fragmentos Dependendo do equipamento que há na empresa existe a necessidade de se programar um plano de fogo adequado a ele para evitar baixa produtividade e aumento de custo A Figura 20 mostra tipos de pilhas e rendimento de equipamentos Figura 20 Pilhas de fragmentos Fonte Jimeno et al2003 4217 Perfuração específica Definese como perfuração especifica PS a relação entre comprimento total perfurado por volume total a ser desmontado Segundo Jimeno et al 2003 a equação que se calcula a PS é dada por 19 Onde H altura da bancada m 42 J subfuração m B afastamento m β Ângulo de inclinação dos furos com a vertical 4218 Qualidade da perfuração Um desmonte é considerado bom quando a fragmentação é uniforme e o pé da nova bancada está livre de repés ou seja limpa Para se conseguir tal resultado devese assegurar não apenas a escolha da malha de perfuração correta o diâmetro dos furos o explosivo certo o tipo de ligação entre outros parâmetros mais sim a qualidade da perfuração evitando erros de inclinação direção desvios e de locação dos furos Em desmontes cuja malha é reduzida as consequências geradas pelos erros anteriormente citados serão mais drásticas comparadas a uma malha mais aberta devido à proximidade dos furos A Figura 21 mostra os vários tipos de erros durante a etapa de perfuração Figura 21 Erros de perfuração Fonte Jimeno et al2003 43 MODELOS MATEMÁTICOS PARA A AVALIAÇÃO DA FRAGMENTAÇÃO ROCHOSA Em trabalhos de engenharia relacionados a desmonte de rochas todas as variáveis operacionais são estudadas a fim de se obter uma distribuição granulométrica aceitável para as etapas subsequentes Resultados prévios dos fragmentos a serem obtidos são gerados através de algumas equações desenvolvidas por diversos pesquisadores 431 Fórmula de Larsson Larsson 1973 apud Jimeno et al 2003 encontrou uma formula que determina a abertura de uma malha quadrada que passa 50 do material detonado 43 K50 20 Onde B Afastamento m SB Razão entre afastamento e espaçamento CE Consumo específico kgm³ c Constante de rocha Consumo específico de explosivo gelatinoso necessário para fragmentar a rocha normalmente varia entre 03 e 05 kgm³ s Constante de desmontabilidade Fator que leva em consideração a heterogeneidade e descontinuidade do maciço rochoso Rochas muito fissurada s 06 rochas com diaclases s 055 rocha normal com algumas fraturas s 05 rocha relativamente homogênea s 045 rocha homogênea s 40 432 Svedefo Swedish Detonic Research Foundation A fórmula de Svedefo é o resultado do aprimoramento da fórmula de Larsson onde o valor da altura da bancada e comprimento do tampão são adicionados na fórmula K50 21 Onde B Afastamento m SB Razão entre afastamento e espaçamento CE Consumo específico kgm³ c Constante de rocha Consumo específico de explosivo gelatinoso necessário para fragmentar a rocha normalmente varia entre 03 e 05 kgm³ s Constante de desmontabilidade Fator que leva em consideração a heterogeneidade e descontinuidade do maciço rochoso Rochas muito fissurada s 06 rochas diaclasiadas s 055 rocha normal com algumas fraturas s 05 rocha relativamente homogênea s 045 rocha homogênea s 40 T Comprimento do tampão m L Profundidade do furo m 433 KuzRam O modelo de KuzRam foi desenvolvido por Cunninghan e tem sido um dos modelos de fragmentação mais utilizado em todo mundo O mesmo é resultado da relação entre curva de distribuição granulométrica e tamanha médio dos fragmentos gerados pelo desmonte O nome KuzRam é resultado da abreviação dos principais autores contribuintes para a base do modelo Kuznetsov e RosinRammler 44 a Fórmula de Kuznetsov A fórmula fornece o tamanho médio das partículas geradas pelo desmonte levando em consideração a razão de carga e as propriedades da rocha X50 22 Onde X50 Tamanho médios dos fragmentos cm V0 Volume de rocha fragmentado por furo m³ Q Quantidade de TNT Trinitrotolueno equivalente à carga de explosivo por furo kg A Fator de rocha Rocha muito fraca A 3 rocha fraca A 5 rocha média A 7 rocha durafissurada A 10 rocha durahomogênea A 13 Em 1983 Cunningham alterou a fórmula de Kuznetsov transformandoa em X50 23 Onde Qe Massa de explosivo usada por furo kg E Energia relativa em massa RWS do explosivo comparada ao ANFOANFO 100 b Fórmula de RosínRammler A distribuição dos tamanhos dos fragmentos é calculada pela seguinte fórmula 24 Onde R Percentual de material passante em uma determinada peneira x Abertura da malha xc Tamanho médio das partículas n Índice de uniformidade O índice de uniformidade é encontrado através da seguinte equação desenvolvida por Cunninghan em 1987 25 Onde 45 D Diâmetro do furo mm B Afastamento m S Espaçamento m l Comprimento total da carga m lf Comprimento da carga de fundo m lc Comprimento da carga de coluna m H Altura da bancada m Ep Erro de perfuração m 434 Fórmula de Dinis da Gama Dinis da Gama 1970 apud Jimeno et al 2003 expressa que o material fragmentado segue a seguinte lei de distribuição 26 Onde PC Porcentagem acumulado de material menor que a fração de tamanho Tb a b c Constantes que dependem das características das rochas e explosivo B Afastamento m W Energia necessária para a fragmentação da rocha kwht 44 MODELOS DE OTIMIZAÇÃO O desmonte de rochas com explosivos é a primeira etapa e mais importante no ciclo de produção mineira É onde que a sua otimização ocasiona uma redução de custos em etapas subsequentes porém nem sempre sua otimização vem acompanhado de um custo baixo e sim com um custo que consiga eliminar desmontes secundários e aumentar o rendimento dos equipamentos de carregamento e transporte além de reduzir o gasto energético do britador primário Segundo um estudo de Fuerstau et al 1997 a redução do valor do afastamento e espaçamento em 25 fez com que o custo de perfuração e desmonte aumentase em 56 porém o custo global de todo o processo produtivo foi reduzido em 7 A otimização desse processo envolve muitas variáveis sendo elas características das rochas propriedades dos explosivos e informações técnicas e econômicas dos equipamentos de perfuração carregamento e transporte Segundo Siskind 1973 as variáveis mais importantes a serem otimizadas levando em consideração o grau de vibração são Tipo de explosivo direção da detonação carga por intervalo de tempo e espaçamento A Figura22 mostra a esquematização de um modelo de otimização do desmonte de rocha 46 Figura 22 Modelo de otimização Fonte Jimeno et al2003 SIM Anotação dos resultados SIM NÃO NÃO Ajuste dos dados Modificação dos parâmetros Avaliação da fragmentação Fragmentação Teórica Fragmentação Real Modelo de predição da fragmentação Simulação das operações de carregamento transporte e fragmentação Análise de sensibilidade Ótimo Desmonte Propriedades das rochas Propriedades dos explosivos Equipamentos de perfuração e transporte Dados econômicos Base de dados Esquemas de perfuração e cargas 47 Jimeno et al 2003 sugere algumas fórmulas sobre custo de carregamento transporte e fragmentação a Custo de carregamento Cc Custo de carregamento é afetado pelas dimensões dos fragmentos gerados pelo desmonte já que fragmentos grandes não permitem que o fator enchimento da caçamba seja alto necessitando assim de mais tempo para preencher a caçamba do caminhão O custo de carregamento pode ser descrito pela seguinte fórmula Cc 27 Onde Cc Custo de carregamento M Fator função do tipo de explosivo e maciço rochoso b Custo de transporte Ct O custo do transporte varia em função das dimensões dos fragmentos já que grandes fragmentos fazem com que tempos de manobras e esperas aumentem ocasionando assim em um custo unitário maior Ct 28 Onde Ct Custo de transporte a2 Fator função do tipo de explosivo e maciço rochoso K80 Abertura de uma malha pela qual passam 80 do material c Custo de fragmentação Ctr Nesta etapa o custo de energia é muito elevado e a variação do custo com a fragmentação é demonstrada pela seguinte fórmula Ctr 29 Onde a3 Fator função do tipo de explosivo e maciço rochoso a4 Fator função do tipo de explosivo e maciço rochoso K80 Abertura de uma malha pela qual passam 80 do material 48 A Figura 23 mostra gráficos sugeridos por Jimeno et al 2003 relacionando custos e consumo específico kgm³ Figura 23 Gráfico de custos Fonte Jimeno et al2003 45 CUSTOS DE PERFURAÇÃO E DESMONTE O custo de perfuração JIMENO et al2003 é determinado pela seguinte expressão Cp Cb 30 49 a Amortização Ca Amortização é um processo de extinção de divida através de pagamentos periódicos Pode ser calculada pela seguinte fórmula Ca 31 Onde Pa Preço de aquisição R Vr Valor residual R Vu Vida útil horas b Juros impostos e seguros Ci Valores referentes a juros impostos e seguros pagos sobre o valor do equipamento de perfuração c Manutenção Cm Neste custo entra valores de manutenção preventiva e corretiva d Mão de obra C0 Referese ao custo horário do operador de perfuratriz e seu ajudante C0 32 Onde St Salário total dos funcionários relacionados a este trabalho Rmês hm Horas trabalhadas por mês hmês e Combustível Ce Referese ao combustível ou energia gasta no trabalho de perfuração Ce 33 Onde FC Fator de combustível que varia entre 065 e 085 f Lubrificação Cl Valor que varia entre 10 a 20 do consumo de combustível 50 g Hastes punhos luvas bits Cb As empresas fornecedoras dos acessórios informam os valores da vida útil e com o valor pago encontrase o custo por metro perfurado Cb 34 Onde Va Valor de aquisição mp metros perfurados h Velocidade média de perfuração VM Velocidade média alcançada por uma perfuratriz em um período de trabalho mh O custo de desmonte CD envolve os explosivos utilizados juntamente com acessórios empregados na atividade CD CE CI CC CES CRe CR CO 35 a Custo de explosivos CE Referese ao custo de aquisição dos explosivos da carga de fundo e coluna CE QF NF P 36 Onde QF Quantidade utilizada kguni P Preço Rkg NF Número de furos uni b Custo dos iniciadores CI Referese ao custo dos iniciadores CI Q P 37 Onde Q Quantidade utilizada uni P Preço Runi c Custo com cordel CC Referese ao custo do cordel utilizado no desmonte 51 CC Q P 38 Onde Q Quantidade utilizada m P Preço Rm d Custo com espoleta CES Custo referente à espoletaestopim espoletopim utilizado no desmonte CES Q P 39 Onde Q Quantidade utilizada uni P Preço Runi e Custo com retardo CRE Custo referente com retardo utilizado no desmonte CRE Q P 40 Onde Q Quantidade utilizada uni P Preço Runi f Custo com reforçadores CR Custo referente com os reforçadores utilizado no desmonte CR Q P 41 Onde Q Quantidade utilizada uni P Preço Runi g Custo com outros CO Custo referente a outros acessórios não mencionados anteriormente 52 CO Q P 42 Onde Q Quantidade utilizada uni P Preço Runi 5 METODOLOGIA Com o intuito de encontrar um diagrama de fogo que satisfaça condições de manuseio do material de forma satisfatória adotouse o programa DISVOL juntamente com dados fornecido pela Mineração Pirineus a respeito de características geológicas altura da bancada 11m comprimento da bancada 30m largura da bancada 6m e dados técnicos A Tabela 11 mostra os dados da bancada utilizados para as simulações enquanto a Figura 24 mostra as etapas desenvolvidas no programa Tabela 11 Dados utilizados na simulação Parâmetros da bancada Altura da bancada m 11 Largura da bancada m 6 Comprimento da bancada m 30 Resistência a compressão Mpa 150 Densidade tm³ 25 Fonte autoria própria Figura 24 Etapas do programa DISVOL Fonte Torres 2012 53 51 ÍNDICE DE DESMONTABILIDADE O programa DISVOL utiliza o método de classificação proposto por Lilly 1986 apud Jimeno et al 2003 para caracterizar o maciço rochoso levando em consideração o desmonte do material com explosivos denominado de Índice de desmontabilidade Este que leva em consideração 5 fatores descrição do maciço rochoso espaçamento entre plano de juntas orientação dos planos de junta densidade do material resistência a compressão A Figura 25 retrata a interface do programa onde se calcula o Índice de desmontabilidade Figura 25 DISVOLÍndice de Desmontabilidade Fonte autoria própria Os campos a cima referentes à descrição do maciço espaçamento entre planos de fratura e orientação dos planos de fraturas foram preenchidos através de visitas de campo e imagens como mostram as Figuras 26 27 e 28 já a densidade e resistência à compressão foram retirados da literatura e da própria empresa 54 Figura 26 Índice de desmontabilidade Fonte autoria própria Figura 27 Descrição do maciço Diaclasiado em blocos Fonte autoria própria 55 Figura 28 Espaçamento e orientação dos planos de fratura Fonte autoria própria 52 PROJETO DO DIAGRAMA DE FOGO Antes de entrar nesta etapa considerouse desmonte em bancadas e pequenos diâmetros 165 mm de Lopéz Jimeno devido o estudo de caso ser uma pedreira de calcário pertencente à Mineração Pirineus O projeto do diagrama de fogo constituise de 3 arquivos de entrada input e 3 arquivos de saída output Inputs dados geométricos dados da rocha dados dos explosivos Outputs esquema do desmonte dimensionamento das cargas explosivas fragmentação a Dados geométricos Os parâmetros considerados no input são esquema de perfuração diâmetro de perfuração inclinação dos furos altura da bancada largura da bancada comprimento da bancada erro de perfuração A Figura 29 retrata todos estes dados citados a cima 56 Figura 29 Dados geométricos Fonte autoria própria b Dados da rocha Neste campo foram informados valores do índice de desmontabilidade e resistência à compressão simples A Figura 30 mostra a interface desta etapa Figura 30 Dados da rocha Fonte autoria própria c Dados dos explosivos Os dados do input necessários são diâmetro dos explosivos densidade dos explosivos potência relativa por unidade de peso A Figura 31 mostra a interface desta ultima etapa dos inputs 57 Figura 31 Dados dos explosivos Fonte autoria própria Com os dados desses 3 inputs resultados são gerados e mostrados em 3 outputs d Esquema do desmonte Este output mostra parte dos resultados referente à forma de como serão realizados os furos entre outras informações que são demostradas na Figura 32 Figura 32 Esquema do desmonte Fonte autoria própria 58 e Dimensionamento das cargas explosivas São descritos informações a respeito dos explosivos contidos nos furos A Figura 33 representa a interface desta etapa no programa Figura 33 Dimensionamento das cargas explosivas Fonte autoria própria f Fragmentação Com parte dos dados dos resultados output do projeto do diagrama de fogo o DISVOL prediz a fragmentação da rocha baseado no modelo de estimação conhecido como KuzRam Então são apresentados tamanhos característicos valores de K50 e K95 que significam o tamanho de uma malha pela qual passam 50 e 95 do material respectivamente Os resultados desta etapa são mostrados na Figura 34 59 Figura 34 Fragmentação Fonte autoria própria 53 CUSTOS A última aplicação do DISVOL utilizada foi a do cálculo de custo do desmonte baseado no projeto do plano de fogo A Figura 35 mostra os campos que foram preenchidos com tipos de produtos utilizados e seus respectivos preços além do custo unitário de perfuração 60 Figura 35 Input de custos Fonte autoria própria Neste trabalho foram utilizados preços referentes a valores pagos pela Mineração Pirineus No campo Outros custos foram colocados valores referentes a retardo encartuchado de emulsão um por furo e espoletopim para iniciar a detonação Como pode observar o programa utiliza como unidade monetária pesetas PTA porém este é transferível para qualquer outra unidade já que a parte interessante é o valor em si As Tabelas 12 e 13 respectivamente mostram os custos do desmonte e de perfuração fornecidos pela Mineração Pirineus que foram utilizados neste trabalho Tabela 12 Custo de desmonte CUSTO DE DESMONTE ENCARTUCHADO 367 Rkg ANFO 166 Rkg CORDEL 045 Rm ESPOLETOPIM 248 Runi RETARDO 837 Runi Fonte autoria própria 61 Tabela 13 Custo de perfuração CUSTO DE PERFURAÇÃO VM 14 mh Hastes Luvas Bit Punho 197 Rm Mão de obra 2235 Rh ManCombLub 1714 Rh Custo Total 479 Rm Fonte autoria própria Com todos esses dados finalmente obtémse o resultado dos custos detalhados de perfuração de explosivos do total e os custos de arranque por metro cúbico de rocha Figura 36 Figura 36 Output Custos Fonte autoria própria 62 6 RESULTADOS E DISCUSSÃO Com todos esses recursos disposto no programa simulações foram realizadas variando alguns parâmetros dos inputs como altura da bancada diâmetro do furo inclinação e índice de desmontabilidade a fim de se encontrar a melhor relação entre fragmentação e custo a Altura da bancada A Figura 37 apresenta a variação do tamanho dos fragmentos gerados com respectivas alturas de bancada Figura 37 Fragmentação x Altura de bancada Fonte autoria própria Notase neste gráfico 3 etapas 1 Etapa Região do gráfico contida entre as alturas 9 e 10 m onde os fragmentos são de maiores dimensões 2 Etapa Região do gráfico contida entre as alturas 10 e 13 m onde os fragmentos diminuem de dimensão 3 Etapa Região do gráfico contida entre as alturas 13 e 15m onde o tamanho dos fragmentos é estabilizada A Figura 38 apresenta resultados obtidos com variações de altura de bancada e o respectivo custo por m³ 336 338 34 342 344 346 348 35 352 354 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Fragmentação cm Altura da bancada m Fragmentação x Altura da bancada 63 Figura 38 Custo x Altura da bancada Fonte autoria própria Considerando os mesmos explosivos inclinação e diâmetro do furo para todas estas simulações notase que no ponto onde a altura é de 9 m o custo é de 099 Rm³ sendo este o melhor cenário já que os fragmentos gerados nesta condição satisfaz a condição de seu manuseio que está situado na faixa de 29 40 cm b Inclinação e altura da bancada Levando em consideração a inclinação dos furos foram realizadas outras simulações envolvendo altura da bancada custos e a fragmentação média obtida a fim de encontrar uma combinação satisfatória A Figura 39 mostra a relação entre fragmentação e inclinação considerando uma altura de bancada de 9 m Figura 39 Inclinação x Fragmentação Fonte autoria própria 0985 099 0995 1 1005 101 1015 102 1025 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Custo Rm³ Altura da bancada m Custo x Altura da bancada 338 34 342 344 346 348 35 352 354 356 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Fragmentação cm Inclinação Inclinação x Fragmentação 64 A Figura 40 mostra a relação entre custo Rm³ e a inclinação para uma bancada de 9 m de altura Figura 40 Inclinação x Custo Fonte autoria própria A Figura 41 mostra a relação entre fragmentação e inclinação considerando uma altura de bancada de 10 m Figura 41 Inclinação x Fragmentação Fonte autoria própria A Figura 42 mostra a relação entre custo Rm³ e a inclinação para uma bancada de 10 m de altura 0975 098 0985 099 0995 1 1005 101 1015 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Custo Rm³ Inclinação Inclinação x Custo 34 342 344 346 348 35 352 354 356 358 36 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Fragmentação cm Inclinação Inclinação x Fragmentação 65 Figura 42 Inclinação x Custo Fonte autoria própria A Figura 43 mostra a relação entre fragmentação e inclinação considerando uma altura de bancada de 11 m Figura 43 Inclinação x Fragmentação Fonte autoria própria A Figura 44 mostra a relação entre custo Rm³ e a inclinação para uma bancada de 11 m de altura 0985 099 0995 1 1005 101 1015 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Custo Rm³ Inclinação Inclinação x Custo 33 335 34 345 35 355 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Fragmentação cm Inclinação Inclinação x Fragmentação 66 Figura 44 Inclinação x Custo Fonte autoria própria A Figura 45 mostra a relação entre fragmentação e inclinação considerando uma altura de bancada de 12 m Figura 45 Inclinação x Fragmentação Fonte autoria própria A Figura 46 mostra a relação entre custo Rm³ e a inclinação para uma bancada de 12 m de altura 0995 1 1005 101 1015 102 1025 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Custo Rm³ Inclinação Inclinação x Custo 33 332 334 336 338 34 342 344 346 348 35 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Fragmçãoentação cm Inclinação Inclinação x Fragmentação 67 Figura 46 Inclinação x Custo Fonte autoria própria Como se observou nestas simulações o tamanho dos fragmentos diminui com o aumento da inclinação comprovando assim a melhor utilização da onda de choque em todas as simulações os fragmentos gerados são considerados de tamanhos satisfatórios para seu manuseio Nos gráficos envolvendo custos notouse que para uma altura de 9 m o custo 098 Rm³ seria o menor de todas as simulações com uma inclinação de 20 porém como a empresa utiliza uma altura de bancada de 11 m temse como custo 100 Rm³ mais baixo com uma inclinação de 16 ambos para um diâmetro de 1016 mm c Índice de desmontabilidade Nesta etapa foram realizadas simulações envolvendo vários valores do índice de desmontabilidade a fim de se prever a variação da fragmentação e dos custos já que em uma mesma frente de lavra pode se ter regiões onde o índice pode ser maior ou menor que o encontrado A Figura 47 retrata o tamanho dos fragmentos encontrados com a variância dos valores do índice de desmontabilidade 1008 101 1012 1014 1016 1018 102 1022 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Custo Rm³ Inclinação Inclinação x Custo 68 Figura 47 Fragmentação x Índice de desmontabilidade Fonte autoria própria Neste gráfico é percebível que os fragmentos gerados aumentam de tamanho à medida que o índice se eleva isso devido a maior resistência a compressão da rocha ou outro fator citado no input de Índice de desmontabilidade A Figura 48 mostra a relação entre custo do desmonte com os valores do índice de desmontabilidade Figura 48 Custo x Índice de desmontabilidade Fonte autoria própria Já neste gráfico o custo permaneceu estabilizado 100 Rm³ para todo o intervalo estabelecido Conclui se então que um mesmo plano de fogo foi considerado e naqueles onde o índice de desmontabilidade é menor terá como resultado fragmentos de menores dimensões já que a energia utilizada nele é a mesma que nos de grandes índices 0 5 10 15 20 25 30 35 0 10 20 30 40 50 60 Fragmentação cm Índice de Desmontabilidade Fragmentação x Índice de desmontabilidade 0 02 04 06 08 1 12 0 10 20 30 40 50 60 Custo Rm³ Índice de Desmontabilidade Custo x Índice de desmontabilidade 69 d Altura e Diâmetro Nesta última etapa de simulações foram consideradas variações entre vários diâmetros e alturas de bancadas a fim de encontrar o melhor custo juntamente com uma fragmentação que satisfaça as condições do empreendimento mineiro A Figura 49 mostra o rendimento m³m em relação aos diâmetros dos furos para cada altura de bancada Figura 49 Rendimento x Diâmetro Fonte autoria própria Neste gráfico observouse que à medida que os diâmetros eou altura aumentavam de tamanho o rendimento também aumentava pois a quantidade de explosivos utilizados é maior proporcionando assim mais energia para fragmentar o maciço rochoso Já a Figura 49 mostra o custo envolvendo essas variações de diâmetros e alturas de bancada Figura 50 Custo x Diâmetro Fonte autoria própria 0 2 4 6 8 10 12 14 16 762 889 1016 Rendimento m³m Diâmetro mm Rendimento x Diâmetro H 9m H 10m H 11m H 12m 0 02 04 06 08 1 12 14 16 762 889 1016 Custo Rm³ Diâmetro mm Custo x Diâmetro H 9m H 10m H 11m H 12m 70 Como resultado destas simulações estes gráficos mostram que o incremento no tamanho do diâmetro do furo gera uma redução do custo Rm³ bem satisfatória comparando o mesmo com um diâmetro de 762 mm e um de 1016 mm para uma altura de 11 m temse uma economia em torno de 035 Rm³ mostrando assim uma condição satisfatória para seu uso Com o término da realização das simulações propostas percebeuse diferenças entre a prática utilizada na empresa e a que geraria um menor custo A Tabela 14 informa essas diferenças Tabela 14 Comparação entre parâmetros Parâmetros ATUAL INDICADO Diâmetro mm 762 1016 Espaçamento m 4 437 Afastamento m 2 356 Inclinação 15 20 Tampão m 15 325 Subfuração m 05 122 Altura de bancada m 11 9 CUSTO Rm³ 14 098 FRAGMENTOS cm 40 3396 Fonte autoria própria Atualmente o desmonte secundário é uma prática constante e que gera gasto extra a empresa sendo tanto com explosivos rompedores combustível como na parada de equipamentos de carregamento e transporte para limpeza de praça ou para geração de fragmentos adequados As Figuras 51 e 52 retrata o resultado de um desmonte da empresa atualmente Figura 51 Resultado do desmonte Fonte autoria própria 71 Figura 52 Resultado do desmonte Fonte autoria própria 72 7 CONCLUSÃO Concluise que com uma maior altura de bancada existe uma redução da fragmentação considerando uma altura de bancada de 11m obtémse uma fragmentação característica de 3436 cm e com 13m diminuiu para 3374 cm Quanto menor é a inclinação do furo maior é a fragmentação característica Para o estudo de caso considerando uma inclinação de 4º se obteve aproximadamente 353 cm de tamanho característico e para 12º uns 348 cm Quanto maior é o Índice de Desmontabilidade ID maior é a dimensão do fragmento No estudo de caso considerando um ID de 40 resultouse em uma fragmentação característica de 259 cm e para um ID de 50 em 324 cm Quanto maior a altura de bancada maior é o custo do desmonte de rochas Para o estudo de caso considerando 11 m de altura de bancada o custo resultouse em 1 Rm3 e para 12 m em 101 Rm3 Quanto menor a inclinação dos furos maior é o custo de desmonte Para o estudo de caso considerando 2º resultouse em 101 Rm3 e para 16º em 100 Rm3 Quanto maior o diâmetro do furo maior é rendimento na perfuração No estudo de caso considerando 762 mm de diâmetro resultouse em 8m3m e para 1016 mm se obteve 14 m3m Finalmente o menor diâmetro do furo resultou em um maior custo de desmonte de rochas Para o estudo de caso considerando 762 mm de diâmetro se tem 135 Rm3 e para 1016 mm de 100 Rm3 73 8 REFERÊNCIAS ASH R L Blasting Characteristics of Large Diameter Boreholes 6th Annual Drilling and Blasting Technology Houston Texas Estados Unidos 1977 AYRES L A S A influência dos desmontes por explosivos na estabilidade dos taludes Curso Proyecto CYTED XIII Argentina 2005 BRITANITE Ltda Catálogo de Produtos Disponível em httpwwwbritanitecombrpprodutosAbrir10 Acesso em 5 outubro 2013 Brasil CAVADAS P M M Optimização do desmonte numa mina a céu aberto com aplicação de air decks Universidade do PortoPorto Portuga 20l2 EXSA Manual Practico de Voladura Espanha 199 FUERSTENAU MC CHI G BRADT RC e GHOSH A Increased Ore Grindability and Plant Through put with Controlled Blasting Mining Engineering 1997 HAGAN T NRock Breakage by explosives 6th Symposium on Gas Dynamics of Explosives Stocholm Suécia 1997 HARTMAN H L S M E Mining Engineering Handbook 2 ed Volume 1 Society for Mining Metallurgy and Exploration Inc Colorado Estados Unidos 1992 HOLMBERG R et al The KuzRam fragmentation model 20 years Brighton Conference Proceedings Africa do Sul 2005 INDÚSTRIA DE MATERIAL BÉLICO DO BRASIL Curso de Desmonte de Rochas Brasil 199 JIMENO L C et al Manual de Perforacion y Voladura de Rocas Madrid Espanha 2003 KONYA C J Blasting Design Surface Mining Environmental Monitoring and Reclamation Handbook 1983 LANGEFORS U Voladura de Rocas Espanha 1963 MENDES M L Curso de Desmonte de Rochas por Explosivos Rio Grande Consultoria e Serviços de Mineração e Meio Ambiente Ribeirão Preto São Paulo Brasil 2009 74 MORAIS J L Fundamentos para simulação dos desmontes de rocha por explosivos Ouro Preto Minas Gerais Brasil 2004 NAVARRO TORRES V F A dinâmica do desmonte de rochas 1º Curso Sobre Avanços Tecnológicos No Desmonte De Rochas Com Explosivos Em Minas e Obras Civis Catalão Goiás Brasil 2012 ROLIM J LF Curso de Blaster Minas Gerais Brasil 2006 ROY P P SINGH S RB New Burden and Spacing Formulae for Optimun Blasting Symposium on Explosives and Blasting Research Lousiana Estados Unidos 1982 SILVA V C Operações Mineiras Curso de Mineração 210 pela Escola de Minas UFOP Ouro Preto Minas Gerais Brasil 2009 SISKIND DE Ground and air vibrations from blasting SME Mining Engineering New York Estados Unidos 1973 75