Desmonte Com Explosivos

DESMONTE COM EXPLOSIVOS I

ENG. LISOARTE GOMES ENG. GALIZA CARNEIRO


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DESMONTE COM EXPLOSIVOS

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Introdução

O desmonte não é mais do que a operação de destaque, do maciço rochoso, de uma parte mais ou menos representativa da rocha que o constitui. Esta operação operação é desenvolvida pelo homem procurando satisfazer dois objectivos distintos: Modificar a geometria da superfície topográfica natural, ou criar um espaço com características geométricas definidas, para implantação de uma obra de Engenharia Civil. Extrair uma matéria prima mineral destinada a, alimentando um processo de valorização industrial, satisfazer uma necessidade da sociedade em que vivemos. O primeiro objectivo, caso das obras públicas, inclui as mais diversas solicitações: - - - - -

Estradas Aeroportos Valas Fundações de edifícios Túneis Grandes câmaras subterrâneas para os mais diversos fins

Nota: É aqui de salientar a tendência cada vez maior para a utilização do espaço subterrâneo, satisfazendo não só as carências de espaço nas áreas urbanas em grande desenvolvimento, mas também resolvendo problemas que o desenvolvimento de uma sociedade moderna impõe, aproveitando algumas características interessantes do meio rochoso. Exemplos: - Câmaras frigoríficas - Depósitos de combustíveis - Depósitos de armamento e abrigos especiais - Barragens - Estações de tratamento de efluentes domésticos - Etc. No segundo objectivo está incluída toda a actividade mineira. - -

Pedreiras Exploração mineira subterrânea e a céu aberto


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DESMONTE COM EXPLOSIVOS

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Introdução

O desmonte não é mais do que a operação de destaque, do maciço rochoso, de uma parte mais ou menos representativa da rocha que o constitui. Esta operação operação é desenvolvida pelo homem procurando satisfazer dois objectivos distintos: Modificar a geometria da superfície topográfica natural, ou criar um espaço com características geométricas definidas, para implantação de uma obra de Engenharia Civil. Extrair uma matéria prima mineral destinada a, alimentando um processo de valorização industrial, satisfazer uma necessidade da sociedade em que vivemos. O primeiro objectivo, caso das obras públicas, inclui as mais diversas solicitações: - - - - -

Estradas Aeroportos Valas Fundações de edifícios Túneis Grandes câmaras subterrâneas para os mais diversos fins

Nota: É aqui de salientar a tendência cada vez maior para a utilização do espaço subterrâneo, satisfazendo não só as carências de espaço nas áreas urbanas em grande desenvolvimento, mas também resolvendo problemas que o desenvolvimento de uma sociedade moderna impõe, aproveitando algumas características interessantes do meio rochoso. Exemplos: - Câmaras frigoríficas - Depósitos de combustíveis - Depósitos de armamento e abrigos especiais - Barragens - Estações de tratamento de efluentes domésticos - Etc. No segundo objectivo está incluída toda a actividade mineira. - -

Pedreiras Exploração mineira subterrânea e a céu aberto


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A esta operação de desmonte opõem-se as características do maciço rochoso e da rocha que o constitui, sendo assim necessário dispor de uma maior ou menor energia específica para realizar o nosso objectivo. Para melhor realização desse objectivo é de extrema importância conhecer as características da rocha, tais como a dureza, abrasividade e fragilidade, bem como a estrutura do maciço rochoso, diaclasamento, xistosidade e a sua atitude, a quando da selecção do processo de desmonte a utilizar.

2 - Desmonte mecânico versus desmonte com explosivos. É difícil definir um critério de opção entre desmonte mecânico e desmonte com explosivos. Quanto maior é a oposição que o maciço oferece, maior é a tendência ao recurso aos explosivos para o seu desmonte. No entanto são cada vez maiores as capacidades dos meios mecânicos disponíveis. O desenvolvimento tecnológico verificado nomeadamente na resistência mecânica e a resistência à abrasão dos materiais utilizados no fabrico dos equipamentos, permite a estes uma conquista progressiva duma franja muito ampla de desmonte com explosivos. Problemas de perturbação ambiental, ruído, vibrações, projecções provocadas por explosões e má receptividade das populações, vem favorecendo a tendência ao recurso a meios mecânicos de desmonte, principalmente em ambiente urbano ou onde a preexistência de obras do mais variado tipo não recomenda, por razões de preservação, o uso de explosivos. Se é um facto o desenvolvimento tecnológico acelerado dos equipamento mecânicos para desmonte não é menos verdade estarem hoje disponíveis no mercado, explosivos com características especiais que permitem técnicas de desmonte mais adequadas ás medidas de protecção ambiental e de segurança que hoje se impõe. Cabe ao empreiteiro, perante um caso específico, caracterizado pelas propriedades do maciço rochoso, da rocha constituinte, pelas condicionantes ambientais envolventes e níveis de produção pretendidos, encontrar a solução - mecânica ou explosivos – que venha a gerar custos unitários de desmonte mais baixos ao longo de um período que poderá ser de curta duração (obras públicas) ou de maior duração (indústria extractiva). Importa aqui salientar que, como veremos mais tarde, a solução que conduz a um custo mais baixo por m³ desmontado, poderá não ser a solução integrada, economicamente mais recomendada. O material desmontado irá


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forçosamente ser objecto de uma operação de carga e transporte e posteriormente de redução de calibres, cujo custo não poderá deixar de ser considerado. Os custos de carga e transporte e posterior fragmentação serão tanto mais baixos quanto menores forem os calibres após a operação de desmonte. Se houver inicialmente no desmonte uma poupança de energia, ela será posteriormente absorvida nas operações seguintes.

3 - Explosivos Explosivo é um composto químico, constituído fundamentalmente por substâncias combustíveis (ricas em carbono) e substâncias comburentes (ricas em oxigénio), que quando activadas por uma fonte de energia térmica ou mecânica se decompõe bruscamente, libertando um elevado volume de gases e alta temperatura e pressão. Ou, dito de outro modo, explosivo é “uma substância ou mistura de substâncias que, devidamente estimuladas numa pequena parte da massa, se converte, num intervalo muito pequeno de tempo, em outras substâncias mais estáveis, essencialmente gasosas, que ocupam um volume muito maior que o explosivo no seu estado original”. O explosivo quando reage lentamente deflagra e quando reage rapidamente detona. Se a reacção de decomposição se move através do explosivo a uma velocidade superior à do som, diz-se que há detonação. Quando a velocidade da reacção é mais baixa que a velocidade do som há deflagração. Quando um explosivo detona, liberta-se uma quantidade de energia debaixo de grande temperatura e pressão. A temperatura varia entre 3.000 °C e 4.000 °C com a pressão acima das 100.000 atmosferas. A energia por si só não é extremamente alta. A força tem origem na velocidade de detonação de 3.000 a 5.000 m/s obtida numa fracção de segundo. A detonação com alta pressão comprime o explosivo dando-se uma transformação química química pelo aumento aumento da temperatura. Esta transformação tem lugar numa zona de reacção cujo comprimento depende da natureza do explosivo e varia entre alguns mm e alguns cm.


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3.1 - História dos explosivos O método de desmonte de rocha com explosivos iniciou-se no princípio do século 17, quando a pólvora negra foi aplicada. A nitroglicerina foi inventada em 1846 por sobrero em Itália. Alfredo Nobel inventou em 1867 o detonador para iniciar a nitroglicerina. No mesmo ano, Nobel, fez com que a nitroglicerina fosse mais segura no manuseamento, pela absorção desta em algodão formando uma massa plástica contendo 75% de nitroglicerina. Em 1875 Nobel inventou a dinamite. Tratava-se de uma mistura gelatinosa contendo contendo 92% de nitroglicerina e 8% de nitrocelulose. É ainda hoje um dos mais potentes explosivos industriais. Esta importante descoberta foi seguida em 1879 pela invenção de explosivos de baixa potência, pela mistura de nitrato de sódio e outros materiais à gelatina explosiva. Uma vasta gama de explosivos com base nestes materiais foi então desenvolvida. O explosivo de oxigénio líquido, LOX, foi inventado em 1895. O explosivo à base de nitrato de amónio foi originalmente patenteado por dois cientistas Suecos (Olhsson e Norrbil), embora esta mistura sensibilizada com um aditivo carbonoso, não se tenha comercializado até 1955. Em 1920 foi resolvido o problema da congelação, pela adição de nitroglicol, um componente com baixo ponto de congelação. Com pequenas modificações, a dinamite foi o explosivo dominante em muitos países até aos nossos dias. Contudo, nas últimas décadas, o desenvolvimento dos explosivos tem-se concentrado nos explosivos sem nitroglicerina. Nas décadas de 50 e 60 desenvolveram-se os “water gels” também conhecidos por “slurrie” (slurry). Na década de 60 e 70 desenvolveram-se as emulsões explosivas.

3.2 3.2 - Propriedades Propriedades dos explosivos industr iais Quando se selecciona um explosivo para um trabalho particular, há uma série de factores a ter em consideração. A selecção do explosivo deve realizarse com base no conhecimento das propriedades básicas, algumas das quais são:


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Velocidade de detonação Potência Segurança no manuseamento Estabilidade da detonação Qualidades de armazenamento Densidade Sensibilidade Resistência à água Resistência ao congelamento Aspectos médicos

3.2.1 3.2.1 - Velocidade Veloci dade de deton ação É a velocidade a que se propaga a decomposição ao longo do comprimento de uma carga explosiva. Esta velocidade tanto maior quanto maior for o confinamento da carga, é expressa em m/s, dependendo de vários factores: -

-

Diâmetro dos furos onde onde se se desenvolve desenvolve a detonação; detonação; Quanto maior é o diâmetro da carga, maior é a velocidade de detonação. Cada explosivo tem o seu diâmetro crítico de utilização, abaixo do qual o fenómeno de detonação não se propaga. Também depende do tipo de explosivo e da temperatura do meio ambiente, logo do maciço rochoso. Também, como veremos, uma adequada energia de activação é necessária para assegurar uma conveniente velocidade de detonação. A velocidade de detonação dos explosivos actualmente disponíveis no mercado varia entre 1.500 e 7.000 m/s.

Fig. 1 - velocidade de detonação da dinamite Fotografias com 5 ms de intervalo


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3.2.2 - Força de um explosi vo É caracterizada pelo trabalho que um determinado explosivo é capaz de realizar em condições normais de utilização. É expressa por unidade de peso ou unidade de volume, relativamente ao trabalho realizado pela unidade de peso ou volume de um explosivo, tomando como referência a dinamite a 33% de nitroglicerina. Pretendendo comparar a força de diferentes explosivos, estão disponíveis os seguintes testes: Teste do bloco de chumbo – Uma pequena quantidade de explosivo é detonada num orifício de dimensão normalizada, feito num bloco de chumbo. A medida da deformação fornece a informação pretendida, permitindo comparar diferentes explosivos. Teste balístico – Uma pequena quantidade de explosivo é colocado num pequeno cilindro de aço fixado num pêndulo. A detonação provoca um impulso que afasta o pêndulo da sua posição inicial de equilíbrio. A comparação dos valores dos ângulos de desvio permite comparar diferentes explosivos. A força por unidade de peso de um explosivo pode ser calculada pela seguinte expressão, conhecendo o volume de gases libertados e o calor da reacção (explosão): D S =

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×e +

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× V

em que: S – Força do explosivo por unidade de peso e – Coeficiente energético

e=

425 × Qν 500000

Qν --Calor da reacção em Kcal/kg

V -- Coeficiente volumétrico V =

Vg

850

-- Volume de gás libertado à temperatura de 0 °C e à pressão de 1 atmosfera. Vg


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A eficiência de um explosivo não é determinada somente pelo conhecimento da energia total libertada. Depende também da relação entre esta e a que efectivamente é utilizada na fragmentação e movimentação da rocha.

3.3.3 - Estabilidade de detonação Traduz a maneira como a detonação se propaga ao longo de uma coluna de explosivos.

3.3.4 - Sensibilidade Traduz a aptidão de um explosivo à sua activação pela detonação de outra carga próxima, medida pelo espaço máximo entre duas cargas iguais, não confinadas, para o qual é possível a detonação da segunda carga provocada pelo rebentamento da primeira (coeficiente de auto excitação). Assim a sensibilidade de um explosivo é expressa pela energia mínima necessária a comunicar ao explosivo para que se inicie a reacção. Este assunto será mais convenientemente tratado quando do estudo dos sistemas de ignição.

3.3.5 - Densid ade do explosivo É o peso específico do explosivo expresso em Kg/dm³ ou g/cm³ variando entre 0,8 e 1,65 Kg/dm³. Esta noção não deverá ser confundida com densidade de carga expressa em Kg de explosivo por dm³ de vazio criado no maciço rochoso para alojar a carga. Esta dependerá não só da densidade do explosivo, mas também como veremos, da técnica a utilizar para introduzir e compactar o explosivo dentro do furo. Quanto maior a densidade de carga, maior a capacidade de fragmentação do explosivo. A pressão desenvolvida pelos gases no interior do furo pode ser calculada pela seguinte expressão: P=

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×∆× D²

Em que: P --

Pressão dos gases em bar ∆ -- Densidade de carga em Kg/dm³ D -- Velocidade de detonação em m/s


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3.3.6 - Segurança no manuseamento É uma propriedade extremamente importante dos explosivos industriais permitindo o transporte e carregamento da carga sem riscos de acidente. São vários os testes utilizados para avaliar esta propriedade: Teste de queda – Determina-se pela altura a que pode ser deixado cair determinado peso normalizado sobre uma carga explosiva sem que esta detone. Teste de fricção – Determinado pela máxima pressão de fricção que pode actuar sobre o explosivo sem provocar a explosão deste. Teste de impacto – Determina-se a velocidade mínima de um projéctil cujo impacto provoca a explosão. Teste de calor – Determina-se qual a quantidade de calor necessário a comunicar ao explosivo para se iniciar a reacção.

3.3.7 - Impedância do explosivo É o produto da velocidade de detonação pela densidade de carga do explosivo. É costume quando de uma cuidada escolha do explosivo para o desmonte de determinado maciço rochoso usar o seguinte critério: A impedância do explosivo a utilizar deverá ser a mais próxima da impedância acústica do maciço rochoso (produto da velocidade de propagação sísmica no maciço pela densidade da rocha que o constitui).

3.3.8 - Toxidade dos fumo s Os gases produzidos na reacção são mais ou menos tóxicos, causando um considerável mau estar ás pessoas que os inalam. Se no caso do desmonte a céu aberto a agitação atmosférica rapidamente os dilui, o mesmo não se passa em desmonte subterrâneo, onde medidas de ventilação forçada e a escolha de explosivos com gases menos tóxicos, torna-se imprescindível. Razões diversas de reacção incompleta justificam uma maior produção de gases.


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Fig. 2 – Gases tóxicos por tipo de explosivo

3.3.9 - Resistência ao congelamento Em regiões em que as temperaturas desçam abaixo do 0 °C as dinamites e os explosivos gelatinosos tornam-se mais rígidos, dificultando, como veremos, a operação de compactação do explosivo nos furos. É difícil obter a densidade de carga desejada, pois o explosivo não se deformando facilmente, não se adapta convenientemente às paredes do furo.

3.3.10 - Balanço de oxigénio Principalmente nos trabalhos subterrâneos deverá haver a preocupação no uso de explosivos com um equilíbrio de oxigénio na sua composição. Um excesso de oxigénio produz óxidos de azoto, enquanto uma falta de oxigénio produz monóxido de carbono. A toxidade dos gases pode ser fatal.

3.3.11 - Bom comp ortamento dur ante o armazenamento Quando sujeitos a longos períodos de armazenamento, às vezes em condições deficientes, alguns explosivos vão perdendo as suas características, tais como a sensibilidade à iniciação e a aptidão à propagação da reacção que baixam consideravelmente, reduzindo a sua eficácia. Os explosivos pulverulentos também são largamente prejudicados quando armazenados em ambientes com elevados teores de humidade.


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Fig. 3 – Comportamento dos explosivos com o armazenamento


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4 - TIPOS E CARACTERÍSTICAS DOS EXPLOSIVOS DISPONÍVEIS NO MERCADO

4.1 - Explosivos i ndustri ais Introdução

O primeiro explosivo a ser fabricado para fins industriais foi a pólvora negra. Em meados do século passado foi descoberta a nitroglicerina, sendo quase de seguida aplicada, com a descoberta da dinamite por Alfred Nobel. De então para cá, sobretudo a partir de meados deste século, os explosivos tiveram grande desenvolvimento, primeiro com fabrico do Anfo e posteriormente o slurrie (slurry). Há alguns anos atrás iniciou-se o fabrico da emulsão e Anfo pesado, permitindo desde então o desenvolvimento de sistemas de transporte e carga dos furos com maior grau de mecanização. A gama de explosivos industriais, mais comum no mercado, contém produtos que abrangem quase na totalidade, as mais diversas situações de desmonte.

4.1.2. - Explosi vos gelatinoso s (dinamit e) Os explosivos gelatinosos têm como constituinte explosivo a nitroglicerina. O termo gelatinoso provém da consistência do explosivo, devido sobretudo à nitroglicerina. São produtos com uma excelente resistência à água e uma densidade relativamente elevada. Possuem também uma velocidade de detonação elevada e uma grande força explosiva, sendo por isso adequados ao desmonte de rocha de dureza elevada, desmonte submerso e é normalmente aplicado como carga de fundo de todos os tipos de desmonte. Embora sejam bastante seguros, deve-se ter cuidado com o seu manuseamento, evitando o choque, sobretudo se tiverem já algum tempo de armazenamento, pois pode haver exsudação da nitroglicerina, aumentando consideravelmente a sua sensibilidade. Pode produzir abaixamentos de tensões e dores de cabeça a quem os manipula.


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4..1.3 - Explosi vos pulv erulentos (nitrados) Explosivos com forte proporção de nitrato de amónio e em alguns casos com alguma nitroglicerina. São muito seguros e têm uma fraca sensibilidade ao choque. Estes explosivos são normalmente pouco resistentes à água. Em alguns casos são-lhes adicionados produtos impermeabilizantes para aumentar essa resistência. Têm menor velocidade e força explosiva que as dinamites. Não se aconselha tempos de armazenagem prolongada, sobretudo em sítios húmidos. São muito usados em valas e em desmonte de rochas brandas e dureza média, ou como carga de coluna em desmonte normal.

4.1.4 - ANFO (Amonia Nitrato Fuel Oil) É um explosivo constituído por 94% de nitrato de amónio e 6% de fuel. Como não contém nitroglicerina, é um explosivo bastante mais insensível que os anteriores. Para a iniciação da explosão, é normalmente utilizada a dinamite, a emulsão ou o cordão detonante. Produz um grande volume de gases. Este explosivo tem uma velocidade mais pequena relativamente aos outros explosivos atrás referidos. Alteram-se e ficam inoperacionais em locais com humidade. Assim há que ter muito cuidado na sua utilização em terrenos húmidos. É um explosivo bastante barato, sendo por isso muito utilizado. É normalmente usado para desmonte de rochas mais brandas e como carga de coluna em desmonte normal. Devido a ser pulverulento, é muitas vezes utilizado com carregamento automático, normalmente através de ar comprimido. Como foi citado em cima, a sua “hidrofobia” não aconselha a armazenagem por tempo prolongado. Em regiões de elevada temperatura e humidade, se as condições de armazenamento não forem as melhores, pode verificar-se a sua fusão parcial.

4.1.5 - “ Slurrie” (slurry) São compostos cuja constituição não contém produtos explosivos. A sua explosão deve-se ao facto de, após iniciação, reagirem entre si de forma explosiva.


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Têm uma excelente resistência à água, visto serem constituídos por componentes dissolvidos em água, o que lhes confere uma grande segurança no transporte e manuseamento. Não produzem qualquer efeito nocivo nos operadores. Os gases produzidos na explosão são muito pouco tóxicos, sendo assim ideais para uso em trabalhos subterrâneos. Podem substituir as dinamites na carga de fundo, devido a possuírem forças explosivas semelhantes. É um explosivo que comercialmente se apresenta tanto em cartuchos como a granel, podendo ser carregado automaticamente em furos de grande diâmetro, por máquina especializada para o efeito. A iniciação do slurrie é normalmente feita por detonadores. Há no entanto alguns slurries comercializados que só se iniciam com iniciadores (Primer).

4.1.6 - Emulsões A emulsão é um explosivo da última geração, cuja ascendência é o slurrie, e tal como este, não contêm substâncias explosivas na sua constituição. As propriedades que se destacavam no slurrie são ainda mais vincadas na emulsão. São assim de excelente resistência à água e têm ainda maior poder energético e grande segurança no manuseamento. Sem efeitos nocivos ao corpo humano provocados pelo seu manuseamento. Podem ser fabricados com diferentes forças explosivas e sensibilidades, podendo a sua iniciação ser feita por detonadores ou por iniciadores. Com a grande força de explosão que este explosivo apresenta, poderá ser utilizado com carregamento automático a granel, e em cartucho até de pequeno diâmetro. Normalmente comercializado numa gama de preços que poderão, em algumas situações, rivalizar com o Anfo.

4.1.7 - Anfo pesado São explosivos de última geração que provêm da mistura, em diversas proporções, de emulsão ou slurrie com Anfo. Conforme as proporções de cada um dos componentes, assim as características são mais aproximadas a cada um deles. Podem ser fornecidos por camião na pedreira e a própria mistura ser feita no local.


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4.1.8 - Pólvora São explosivos normalmente designados por deflagrantes, visto não produzirem onda de choque. É um explosivo de baixa velocidade e muito pouca força explosiva, muito empregue em pedreiras de rochas ornamentais. Necessita de bastante cuidado no seu manuseamento, pois basta apenas uma faísca para a sua iniciação. Deve-se ter muito cuidado no seu emprego em trabalhos subterrâneos, devido à quantidade de gases tóxicos provocados pela sua combustão. O seu armazenamento deve ser feito com grandes cautelas.


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5 - SELECÇÃO DOS EXPLOSIVOS PARA FINS ESPECÍFICOS

Perante um número apreciável de explosivos, como escolher o mais conveniente para o fim em vista? Esta escolha deve ter em conta vários parâmetros, tais como: - Presença de água nos furos - Diâmetro dos furos - Tipo de maciço rochoso a desmontar - Tipo de trabalho a efectuar - Segurança dos explosivos - Toxidade dos gases de explosão Em alguns países existe legislação específica para utilização de explosivos, nomeadamente os utilizados nas minas de carvão.

5.1 - Presença de água nos furos Devido ás diferentes resistência à água que os explosivos apresentam, este parâmetro poderá ser à partida limitativo do número de explosivos capazes de utilização no rebentamento em causa. Os explosivos gelatinosos têm, como foi referido, uma boa resistência à água, pelo que são muito recomendados para utilização em rebentamento submersos. Já os explosivos pulverulentos, também devido à sua consistência, são pouco a muito pouco resistentes à água. Alguns fabricantes adicionam impermeabilizantes a este explosivo e ao Anfo para aumentar essa resistência. De qualquer forma, não é aconselhado, onde existe água, manter uma pega carregada por muito tempo. Por vezes nestas situações encamisam-se os explosivos, sobretudo o Anfo, com mangas de plástico, para aumento da resistência à água. Quanto ao slurrie e emulsão, foram citadas a sua boa e excelente resistência à água, logo não existe o menor problema da sua utilização em zonas com água.

5.2 - Diâmetros dos f uros Existe com se sabe, em alguns explosivos, um diâmetro crítico e portanto não é aconselhável a sua utilização abaixo desse diâmetro, devido ao facto de serem grandes as possibilidades de não haver explosão completa do explosivo.


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5.3 - Tipo de maciço r ochoso a desmontar Os maciços rochosos não possuem características padrão pelas quais se possa dizer qual o tipo de explosivo a utilizar. Conforme a maior ou menor fracturação e dureza, assim se devem empregar explosivos com maior ou menor força explosiva e velocidade de detonação. Nos últimos tempos é vulgar utilizar a impedância do explosivo como factor de escolha para um determinado maciço rochoso.

Fig. 4 - Diferentes de formações rochosas

5.4 - Tipo de trabalho a efectuar Conforme o fim a que se destina o produto final do rebentamento, assim se deve condicionar a quantidade e a maneira de colocação dos explosivos nos furos. Citando exemplos: Numa mesma pedreira de granito, pode-se utilizar uma dinamite ou emulsão no desmonte para britas e pólvora negra no desmonte de blocos para rocha ornamental ou cubos. Deve-se também compatibilizar os grandes desmontes (pedreiras com furos de grande diâmetro) com explosivos que possam ser carregados automaticamente e a granel.


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Para os trabalhos de prospecção sísmica, são normalmente utilizados os explosivos com mais força de explosão, com cartucho rígidos de plástico. É também muito normal nas minas subterrâneas, ou nos furos de grande diâmetro, a utilização no carregamento automático, de uma mistura de Anfo com pequenos grãos de esferovite para diminuição da quantidade de explosivo colocada no furo.

5.5 - Segurança dos expl osivos Como se viu, para os vários explosivos citados, existe uma grande diferença de sensibilidade. Assim, conforme a forma de manuseamento e utilização, como também a própria resistência do explosivo ao choque, poderão ser condicionantes na sua aplicação. Como atrás referimos, as gelatinas, por conterem nitroglicerina, são mais sensíveis, enquanto que o slurrie e a emulsão, por não conterem substâncias explosivas, são pouco sensíveis ao choque.

5.6 - Toxidade dos gases de explosão A detonação de explosivos produz sempre gases, podendo ser em maior ou menor quantidade, tóxicos para o organismo humano, dependendo sobretudo da composição do explosivo e da quantidade de oxigénio. Assim, pela menor percentagem de gases tóxicos que produzem, as emulsões e os slurries são os mais recomendados para o desmonte subterrâneo. Os outros poderão ser, da mesma forma utilizados, mas necessitarão do reforço da ventilação, quer em tempo, quer em caudal de ar fresco.


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6 – DADOS TÉCNICOS SOBRE ALGUNS EXPLOSIVOS MAIS UTILIZADOS:

Dinamite Gelamonite 33%

Austrogel G1

Danubit 3


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Dinaroc

Goma 2 ECO

Amonite 1


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Donarit 1

Emulsões Nitram

Wasagit 1


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Emulex

Emunex

Riomex

Riomex V


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Rioflex

Riogur

Dry Gel

Emulight


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Amonóleo

Austinite

Gelatina III


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7 - ACESSÓRIOS DE TIRO

Para que aconteça a explosão é necessário activar o explosivo. Normalmente esta activação realiza-se colocando detonadores ou cordão detonante em contacto com a carga explosiva. Estes quando detonados irão transmitir a explosão à carga explosiva. Há apenas dois sistemas de detonação para os explosivos estudados: – Detonadores – Cordão detonante

7.1 – Detonador es Existem várias espécies de detonadores no mercado: 1– Detonadores de mecha 2 - Detonadores eléctricos 3 - Detonadores não eléctricos (Nonel) 4 - Detonadores electrónicos Vamos descrever com pormenor os vários tipos de detonadores existentes no mercado.

7.1.1

– Detonadores de mecha

O detonador de mecha é constituído por um casquilho metálico de alumínio fechado num dos extremos. Na parte interior desse extremo fechado tem uma pequena quantidade de explosivo. Para a iniciação, é feita a ligação desta cápsula a uma mecha de segurança que é introduzida pelo extremo aberto do detonador. Esta ligação deve ser feita apenas na altura do carregamento, visto ser necessário ter muito cuidado com a manipulação deste detonadores. Normalmente a carga explosiva utilizada é de grande sensibilidade, devendo por isso ter um armazenamento muito cuidadoso e separado dos explosivos. Mecha lenta – É utilizada na detonação da pólvora normal. É normalmente constituída por um núcleo de pólvora rodeado de várias camadas de materiais impermeabilizantes ou PVC. O tempo de combustão varia de fabricante para fabricante, sendo os valores mais comuns entre 90 e 130 segundos por metro. Em Portugal os mais comuns são de 90 a 120 segundos por metro. Os valores de 130 segundos por metro são usados nos Estados Unidos.


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Nota: É de boa regra utilizar pelo menos 1 metro de mecha em cada ligação ao detonador.

7.1.2 – Detonadores eléctr icos Os detonadores eléctricos, como o seu nome indica, são activados por intermédio de energia eléctrica. São os detonadores mais utilizados na actualidade devido às grandes vantagens que oferece a sua utili zação. É possível fazer rebentamento de um grande número de furos com maior segurança. Como praticamente não se alteram, têm um prazo de validade muito grande. 7.1.2.1 - Descrição

Um detonador eléctrico é constituído por um invólucro de metal, normalmente de alumínio, dento do qual estão fundamentalmente três partes distintas: - A parte eléctrica - A parte retardadora - A parte explosiva A parte eléctrica é constituída pelos fios condutores de ligação à corrente e pelo filamento incandescente. Os fios condutores são de diferentes cores, conforme o tipo de detonadores. Esta parte eléctrica está colocada na zona superior do casquilho. O filamento incandescente, é uma pequena resistência coberta com uma substância explosiva. A corrente eléctrica, ao atravessar a resistência, provoca-lhe um aquecimento até à combustão da pequena quantidade de explosivo que a recobre. A parte retardadora está situada na parte central do detonador, e apenas existe nos detonadores retardados. Entra em combustão imediatamente após a excitação do filamento incandescente. O tempo que medeia entre a combustão do filamento incandescente, que é afinal a introdução da energia eléctrica no detonador, e o rebentamento do detonador é o tempo de combustão da parte retardadora. Este tempo chama-se tempo de retardo do detonador. A parte explosiva, situada na zona inferior do casquilho, é composta por duas cargas. A carga primária, constituída por um explosivo muito sensível, e que ao receber a combustão vinda da parte retardadora, explode. A carga secundária, situada no mesmo extremo do detonador é constituída por um explosivo potente, sendo esta a última parte do detonador a explodir.


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Nota: Nos detonadores instantâneos não existe parte retardadora. A combustão do filamento provoca instantaneamente a deflagração da parte explosiva. 7.1.2.2 – Tipos de detonadores eléctricos

Normalmente quando se refere o tipo de detonador eléctrico quer-se indicar o nível de segurança ou sensibilidade dos detonadores. Quanto mais insensível (mais seguro) for o detonador eléctrico, mais forte (maior intensidade) terá que ter a corrente eléctrica para a sua detonação. Geralmente os detonadores são fornecidos pelos fabricantes com três tipos de sensibilidade: Baixa, média e alta sensibilidade. Isto significa que existe uma intensidade de corrente eléctrica recomendada para a detonação dos diferentes tipos de detonadores eléctricos.

Fig. 5 - Corte de um detonador eléctrico Legenda: 1 – Carga secundária: explosivo potente (TNT, tetril, ácido picríco) 2 – Carga primária: explosivo sensível (nitrato de chumbo ou fulminato de mercúrio). 3– Elemento de atraso (pergamanato de potássio ou antimónio em pó). 4 – Cápsula 5 – Manga isolante 6 – Filamento incandescente (isca) 7 – Tampão 8 – Fios condutores Quando é transmitida uma corrente eléctrica com intensidade suficiente para a detonação de um circuito com detonadores eléctricos, todos os filamentos incandescentes são excitados ao mesmo tempo. Depende apenas do tempo de retardo do detonador, a deflagração da parte explosiva. Isto significa que, como a corrente eléctrica é accionada instantaneamente, após a deflagração do filamento, o circuito fica interrompido. Por isso haverá que ter a certeza de que todos os detonadores foram excitados e deflagraram.


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Assim é fundamental que os detonadores a colocar numa pega sejam de um único tipo. A mistura de detonadores provoca normalmente, a deflagração de apenas parte dos detonadores, com consequências muito más para o sucesso de uma pega de fogo. É também usual os fabricantes fornecerem a intensidade de corrente de segurança para cada tipo de detonador. Esse valor é a intensidade de corrente máxima de não deflagração. É normal os detonadores, além de serem diferenciados conforme as categorias de sensibilidade e retardo, terem os fios de ligação com cores diferentes e virem referenciados com as seguintes características: -

-

Resistência do filamento incandescente Resistência por metro do fio condutor Intensidade recomendada de funcionamento. Podem vir indicados números diferentes de amperagem se houver séries de detonadores bastante compridas. Intensidade da corrente de segurança

Fig. 6 - Diferença na detonação

7.1.3 - Detonadores não eléctricos (NONEL) O detonador Nonel foi inventado devido à necessidade de um produto que pudesse trabalhar em zonas muito húmidas ou com água, e fosse insensível às correntes eléctricas parasitas, estáticas ou provenientes de tempestades eléctricas (trovoadas).


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Assim foi criado um detonador que funciona no que respeita à transmissão de energia até à zona de retardo, através de um tubo de plástico oco, normalmente com três milímetros de diâmetro. Este tem no seu interior uma substância reactiva que permite essa transmissão a uma velocidade de cerca de 2.000 m/s. Como a substância está no interior do tubo, não serão iniciados quaisquer explosivos que o tubo Nonel atravesse. A iniciação destes detonadores é feita através de detonadores de mecha, detonadores eléctricos ou com explosores especiais que contém fulminantes na zona de contacto com o tubo Nonel.

Fig. 7 – Corte do detonador NONEL Legenda: 1 – Tubo de alumínio 2 – Carga secundária: explosivo potente 3– Carga primária: explosivo sensível 4 – Elemento de atraso de composição pirotécnica 5 – Receptáculo isolador em borracha que também protege o tubo Nonel contra o desgaste. 6 – Tubo Nonel. Nota: Uma segunda geração de detonadores Nonel não utiliza a carga primária, o que aumenta a segurança do acessório e a redução dos fumos contendo chumbo. Nonel NPED (No Primary Explosives Detonator).

7.1.3.1 - Tipos de detonadores NONEL

Existem diversos tipos de detonadores Nonel, sendo 3 as variedades mais comuns: -

Nonel MS Nonel unidet Nonel LP


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O Nonel Ms é um sistema convencional de iniciação dos explosivos. Os detonadores são temporizados com intervalos de 25 ms e são apropriados para desmonte de pequenas bancadas. O Nonel unidet é um sistema de iniciação em que os detonadores possuem todos o mesmo tempo de detonação (geralmente 500 ms). A temporização é realizada à superfície com detonadores Nonel que podem ter tempos de detonação entre 17 e 176 ms. A transmissão da onda de choque é realizada por um detonador à superfície, que inicia simultaneamente dois detonadores; o detonador no fundo do furo e outro à superfície que por sua vez irá iniciar (com o retardo que possui) o conjunto seguinte. O processo repetese quantas vezes necessário para iniciar toda a pega.

Fig. 8 - Temporização com sistema Nonel unidet

O Nonel LP é um sistema de iniciação para uso em trabalhos subterrâneos. Os detonadores são temporizados com intervalos apropriados à sua utilização e ligados, em conjuntos, por detonadores (ligadores) de tempo igual.


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Alguns Fabricantes de acessórios de tiro têm desenvolvido versões aperfeiçoadas do detonador Nonel: Nonel EZ DET – Acomoda na extremidade oposta do detonador o sistema de iniciação (micro detonador temporizado) alojado num ligador em plástico, de operação fácil. Nonel NTD – (Noiseless Trunkline Delay)

Fig. 10 - Nonel EZ det


31

7.1.4

- Detonador es Electróni cos

Trata-se da última geração de detonadores colocada no mercado. Como o seu nome indica, são detonadores em que entra a componente electrónica na constituição, componente esta que vem substituir o elemento temporizador existente nos detonadores eléctricos e Nonel.

Fig. 11 - Corte do detonador electrónico Legenda: 1 – Circuito electrónico 2– Duplos fios eléctricos 3 - Tampão 4– Condensador 5 - Processador 6– Condensador de ignição 7– Filamento Incandescente 8 - Carga primária 9 - Carga secundária (base)

Os detonadores só são activados depois de toda a pega estar carregada e a temporização seleccionada. Até que tal aconteça, o detonador não possui energia. As maiores vantagens deste essencialmente em dois aspectos: -

-

tipo

de

detonadores

residem

Possibilidade de programação individual (através de uma consola) de cada detonador de uma mesma pega com os t empos mais adequados ao trabalho pretendido. Grande precisão do tempo programado (erro de 1/10 ms).

Como consequência destas capacidades é possível retirar as seguintes vantagens na sua utilização:


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-

-

Melhoria da fragmentação com consequente aumento da produtividade na carga e britagem e redução do custo de produção. Diminuição das vibrações.

Principal desvantagem: -

O custo do detonador e da consola de programação e disparo.

7.2 – Cordão detonante O cordão detonante é um acessório de tiro, visto servir para a iniciação de explosivos. Pode, em situações particulares, ser utilizado como explosivo. O cordão é revestido por plástico e fibras contendo no interior um explosivo detonante. Tem uma velocidade de detonação elevada (7.000 m/s). O invólucro de plástico garante a robustez necessária a este cordão. O cordão detonante é fabricado com diversas quantidades de explosivo por metro. Essa gama de fabrico possibilita a diversificação na utilização deste produto. Na gama até 20 gramas, são sobretudo utilizados na detonação de explosivos. Na gama superior a 20 gramas é utilizado como explosivo no desmonte de rocha ornamental e desmonte especial (pré-corte e recorte). Quando actua na detonação de explosivos tem como principais vantagens: – Obtêm-se com um único detonador o rebentamento de vários furos quase simultaneamente. – Permite a detonação ao longo de todo o comprimento da carga, facto importante para os furos em que haja espaçadores entre o explosivo - Insensível à humidade. Como principais inconvenientes: – provoca grande ruído quando da sua detonação – Pode provocar a expulsão do tamponamento antes da detonação do explosivo. – Pode provocar tiros falhados quando utilizado em diâmetros menores que 4 polegadas. Deve haver cuidado nas ligações do cordão detonante?


33

Sim, porque o cordão só propaga no sentido da onda iniciadora. Deve ser cuidadosa a operação de ligar um cordão de linha principal a outro de linha de derivação. Vamos ver algumas indicações. Quando se liga uma mecha ou um detonador eléctrico, deve o detonador ser bem encostado ao cordão e preso a este de preferência com fita isoladora.

Fig. 12 – Ligação do cordão detonante ao detonador Quando se liga um aponta de derivação, tem que se ter em consideração de que lado vem a onda detonante. Uma derivação ao mais devem ter sempre as pontas voltadas para o lado onde foi montado ou ligado o detonador.

Fig. 13 - Ligações com cordão detonante

Para se fazer uma emenda ou para prolongar o cordão, aconselhamos o nó que se indica abaixo.

Fig. 14 - Emenda de cordão detonante


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Para ligar uma derivação, também se pode usar a ligação que se indica.

Fig. 15 - Derivação com cordão detonante

Ligação ao explosivo Convém que o cordão fique bem encostado e em perfeito contacto com o cartucho. Para fixar o cordão tanto se pode usar cordel como fita isoladora. Damos alguns exemplos: Cartuchos de pequeno calibre

Fig. 16 - Ligação do cordão a cartucho de pequeno diâmetro

Cartuchos de grande calibre

Fig. 17 - Ligação do cordão a cartuchos de grande diâmetro


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Fig. 18 – Retardos bidireccionais para cordão detonante

7.3 - Multiplicadores Tem a sua utilização na detonação de explosivos de baixa sensibilidade, tipo emulsão e slurrie ou anfo pesado. São cilindros revestidos a plástico com explosivo de alta potência e velocidade de detonação.


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8 - CARREGAMENTO DE PEGAS

A colocação dos explosivos nos furos para rebentamento é uma operação de grande importância no sucesso de uma pega de fogo. O aumento do rendimento das operações de desmonte implica que a operação de colocação de explosivos no furo seja obrigatoriamente cada vez mais rápida e eficiente. A adequação do diâmetro do explosivo ao diâmetro do furo permite um carregamento fácil e com bom rendimento. Esta rapidez traduzir-se-á no carregamento automático do explosivo. O explosivo ao ser transportado (por exemplo por ar comprimido) para dentro do furo, terá maior atacamento, permitindo aumentar consideravelmente a quantidade de explosivo por metro de furo (concentração de carga). Com excepção da pólvora negra, os tipos de carregamento automático são diferentes conforme a consistência ou a forma de apresentação comercial (cartuchos ou a granel) desses explosivos.

8.1 – Carregamento com atacador Para se conseguir um bom resultado no carregamento com atacador há que obedecer a determinadas regras: -

-

-

O atacador terá de ser de madeira ou plástico, podendo ter em parte um casquilho de cobre. É absolutamente proibido utilizar ferro ou qualquer tipo de atacador que possa provocar faísca. A largura do atacador deve ser adequada em relação ao diâmetro do furo, mas de maneira a não danificar o acessório de tiro utilizado. Introduzir o atacador no furo antes do início do carregamento para verificar se o furo está obstruído. O atacamento deve ser realizado cartucho a cartucho. Obtém-se melhor atacamento quando o diâmetro de explosivo é adequado ao diâmetro do furo. Nunca atacar directamente o cartucho que leve o detonador.


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8.2

– Carregamento automátic o

8.2.1– Explosivos encartuchados (gelatinosos)

É normalmente utilizado um equipamento como se demonstra na fig. nº18. O seu campo de aplicação é para furos entre 35 e 100 mm. O aumento da concentração de carga é de cerca de 20% em relação ao atacamento normal. O modo de funcionamento é o seguinte: Os cartuchos são soprados através da mangueira utilizando o ar comprimido a 3 kg/cm² de pressão. A mangueira desemboca já dentro do furo e tem na sua extremidade curvas laminares que servem para rebentar o invólucro de papel do cartucho. A mangueira tem sempre um movimento de vai e vem dentro do furo e sobre o explosivo para melhor atacamento. Cada vez que um cartucho é “esmagado” no interior do furo a mangueira recua automaticamente um comprimento idêntico ao do cartucho. A mangueira utilizada tem de ser antiestática (muito importante), devido ao risco, que é considerável, de se acumular energia estática.

Fig. 18 - Carregamento automático de explosivo encartuchado


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8.2.2

– Anfo

O sistema para carregamento automático de Anfo utiliza também o ar comprimido como transportador.

Fig. 19 - Carga de Anfo

mistura com esferovite

Este tipo de carregamento aumenta em cerca de 15 a 20% a concentração de carga de Anfo em relação à colocação a granel dentro do furo. O princípio de carregamento é o mesmo do utilizado nos explosivos encartuchados. Podem ser pressurizados ou não, conforme a distância da mangueira for mais ou menos longa. O sistema de pressurização é feito através do tamponamento da cuba e introdução de ar comprimido. O explosivo é colocado na cuba de armazenamento. Na parte inferior deste um injector aspira o explosivo, sendo a seguir injectado através da mangueira (antiestática) para o interior do furo. Este sistema foi completado há alguns anos atrás para o carregamento dos furos onde seja necessário diminuir a concentração de carga. Utiliza-se em paralelo uma outra cuba com esferovite calibrada. A mistura pode ser regulada nas percentagens que se entender, sendo injectada ao mesmo tempo a mistura de Anfo com a esferovite.


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8.2.3

– Emulsão, slurrie e Anfo pesado

O carregamento deste tipos de explosivos quando utilizados em cartucho, será o método já descrito no ponto 8.2.1. Se for utilizado explosivo a granel e em explorações de alta capacidade, pode ser carregado automaticamente para os furos través de bomba especialmente desenhada para esta consistência de explosivo. Isto é possível devido às propriedades especiais de segurança de manuseamento que estes explosivos apresentam. Este carregamento é normalmente feito directamente do camião para os furos. O Anfo pesado, quando a granel, é carregado exactamente como as emulsões e slurries, mas como são misturas de emulsão e Anfo, os camiões cisterna têm normalmente duas cubas (emulsão + Anfo), fazendo-se a mistura mais indicada para cada furo no próprio local de carregamento.

Fig. 20 – Camião cisterna para carga de explosivo a granel

8.2.3.1 – Variantes na carga de explosivos a granel Recentemente, têm sido utilizadas soluções de carga com camião directamente no local de aplicação, seja a céu aberto ou em subterrâneo. Os diferentes fabricantes utilizam métodos semelhantes embora com denominações um pouco diferentes: SME (Site Mixed Emulsion) ou SMS (Site Mixed System) e SSE (Site Sensitised Emulsion) ou RPS (Re Pumpable System).


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O sistema SME (ou o SMS) é uma emulsão fabricada no local de aplicação a partir dos componentes transportados no camião em compartimentos separados. Só depois de misturados e sensibilizados é que o produto se torna explosivo. O sistema, para além da segurança no transporte, tem a vantagem de permitir fabricar diferentes fórmulas de acordo com o tipo de rocha que se quer desmontar, conforme se pode observar na tabela seguinte:

O sistema SSE (ou o RPS) de mais recente aplicação, distingue-se do primeiro, pelo facto de a mistura do agente sensibilizador apenas ser misturado no momento da aplicação no furo, e necessitar de algum tempo de reacção (cerca de 15 minutos) para que se possa proceder á detonação. Com este método, o transporte é apenas de substâncias que só serão explosivas depois de misturadas, o que aumenta a segurança no transporte das matérias primas para o fabrico do explosivo. O sistema foi desenvolvido para aplicação em túneis mas também é utilizado no desmonte a céu aberto.

Fig. 21 - Sistema SME


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Fig.22 - SSE

A aplicação do sistema SSE em trabalhos subterrâneos associado da tecnologia HRU (Hose Retraction Unit), permite a carga diferenciada dos furos da pega, doseando a quantidade de explosivo em cada secção da pega.

Fig. 23 - SSE, carregamento em subterrâneo com tecnologia HRU Recentemente, foi introduzido um novo conceito com o nome comercial de UMS (Universal Mixing System). Trata-se de uma unidade de transporte e carga, capaz de produzir Anfo, emulsão e misturas de ambos os produtos.


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9 - TEORIA DO REBENTAMENTO COM EXPLOSIVOS

A normal utilização de explosivos para o desmonte de rocha implica a realização de furos mo maciço rochoso, visando o seu alojamento, depois de estudada a sua distribuição no seio do maciço que pretendemos desmontar com um melhor aproveitamento da energia libertada quando da explosão. Sob a acção da onda de choque produzida e da pressão dos gases libertados na reacção, as paredes do furo expandem-se produzindo-se fracturas na rocha envolvente. A onda de compressão propaga-se em todas as direcções a velocidade próxima da velocidade do som. Este factor varia com o tipo de rocha e estado de fragmentação natural do maciço rochoso. Quando esta onda de compressão atinge uma superfície de descontinuidade (face livre da bancada) é reflectida, dando origem a ondas de tensão que se propagam no interior do maciço. Dado a resistência à tracção ser francamente inferior à resistência à compressão, a rocha parte sob a acção daquela tensão. A expansão dos gases introduzidos nas fracturas criadas, impulsiona a rocha já fragmentada, desmontando parcialmente o maciço rochoso, se as cargas explosivas alojadas nos furos forem compatíveis com a distância da linha de furos aquela superfície livre.

9.1 – Desmonte em bancada O desmonte em bancada é a prática comum do desmonte de rocha com explosivos. Em pedreiras, minas a céu aberto, abertura de estradas, terraplanagens e abertura de trincheiras (valas), é sistemático o desmonte em bancada. Mesmo em desmonte subterrâneo, na realização de grandes escavações, é parcialmente usado. A rocha é um material com propriedades muito variáveis. As suas características mecânicas diferem muito nos diferentes tipos de rochas. Para que se verifique a fracturação necessária ao desmonte, é forçoso que as tensões de tracção instaladas no maciço pela acção dos explosivos atinjam valores superiores à tensão de rotura à tracção da rocha. As formações rochosas raramente são homogéneas. Os maciços a desmontar poderão até ser constituídos por diferentes tipos de rocha, apresentando-se aquelas mais ou menos diaclasadas e evidenciando características direccionais (ex. xistosidade). Estas características poderão facilitar ou dificultar a acção do explosivo (acção de desmonte).


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Fig.24 - Desmonte em bancada

Para desmontar um m³ de rocha será necessário uma certa quantidade de explosivo, variável com a maior ou menor apetência ao desmonte com explosivo. Define-se carga específica, como sendo a quantidade de explosivo, expressa em Kg, necessária para desmontar 1 m³ de rocha.

É este valor que dá uma primeira ideia sobre a apetência da rocha ao desmonte com explosivos – “blastibilidade”, e que irá servir de base aos cálculos a efectuar para desmontar um certo volume de rocha. Para que isto seja possível é necessário que a carga seja convenientemente distribuída no interior do maciço e não concentrada num ponto. Para tal há necessidade da realização de um certo número de furos, de comprimento e diâmetro definido, de modo a criar um vazio onde será alojada a carga explosiva necessária ao desmonte, assumindo esta uma forma alongada imposta pela geometria do furo.


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Para que haja desmonte, isto é, para que no maciço se instalem tensões de tracção resultantes da reflexão das ondas de compressão produzidas pela explosão, os furos deverão ser realizados paralelamente à frente livre do desmonte, previamente criada e actuando como superfície de reflectora. Se esta frente não existisse ou estivesse extremamente afastada da furação realizada, a detonação iria limitar-se apenas à deformação das paredes dos furos e à instalação de pequenas fracturas radiais na zona envolvente, mas não se verificaria trabalho de arranque. Assim, para que o desmonte se produza, é necessário que a distância à frente livre esteja de acordo com a carga explosiva alojada no furo, esta dependente do diâmetro do furo. Podemos assim considerar que determinada carga explosiva feita detonar no interior de um furo irá perturbar uma determinada porção de maciço rochoso envolvente, limitado teoricamente por uma superfície cilíndrica (cilindro de comoção), de geratriz igual ao comprimento do furo e cujo raio, maior ou menor depende de: -

Quantidade de explosivo Características do explosivo Características mecânicas da rocha

Se o raio do referido cilindro for menor que a distância à frente livre, previamente criada, não haverá trabalho útil, apenas se instalarão fracturas radiais dentro desse mesmo cilindro. Se o raio do cilindro for igual à distância à frente livre, irá verificar-se nessa mesma frente a formação de fracturação, mas não haverá arrancamento do material (não haverá desmonte). No caso do raio ser maior que a distância à frente livre, então irá verificarse fracturação, arrancamento e consequentemente, maior ou menor projecção de material rochoso.

Fig. 25 - Cilindro de comoção


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Fig. 26 – Teoria do rebentamento


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A teoria do rebentamento e a temporização do fenómeno, pode ser interpretada pelas figuras seguintes: Fase 1 – Tempo t 0 + ε (epsilon)

Fase 2 – Tempo t0 + 0,7 ms

Fig. 27 e 28 – Teoria do rebentamento Fase 1 A coluna explosiva transforma-se em alguns segundos numa coluna de gás animado de uma certa velocidade. O gás com alta pressão (600 a 900 MPa; - 1 MPa ≈ 10,33 Kg/cm² = 10 bars), a alta velocidade (1.800 a 2.200 m/s), entra violentamente em contacto com a parede do furo e cria uma onda de choque na interface entre o gás da explosão e a rocha. Fase 2 A onda de choque propaga-se na rocha degradando-se rapidamente. Na vizinhança directa do furo estamos largamente acima da resistência à compressão. Entre 6 d e 12 d (d = diâmetro do furo), passa-se a zona de pré rotura induzindo-se fissuras radiais B que não ultrapassam o limite C. Para além do limite C, estamos na zona elástica. A onda de choque atravessa o maciço à velocidade do som na rocha sem a destruir. Fase 3 – Tempo t0 + 1,3 ms

Fase 4 – Tempo t0 > 15 ms

Fig. 29 e 30 – Teoria do rebentamento


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Fase 3 Logo que a onda de choque atinge a frente da bancada, reflecte-se. A rocha, é muito resistente à compressão mas pouco à tracção (Rt = Rc/20).l A onda reflectida ultrapassa largamente Rt, provocando um fenómeno de fissuração sensivelmente paralelo à frente livre. (efeito Hopkinson). Praticamente ao mesmo tempo, o gás residual penetra nas fissuras alargando-as. A pressão diminui rapidamente. Fase 4 A rocha está fragmentada pelo efeito combinado da fracturação radial e da fracturação pela onda reflectida. O gás empurra o material para fora da cavidade.

O volume arrancado por um só tiro será teoricamente definido por um prisma triangular com a altura da bancada e cuja secção triangular é definida pela frente livre e dois raios de comoção, fazendo entre si um ângulo de 90° a 120°, dependente da rocha em causa. (fig. 6). Na prática, e porque ocorre o rebentamento “simultâneo” de vários furos, portanto vários tiros, verifica-se uma entreajuda entre cargas, e poderemos então considerar que o prisma referido terá uma secção rectangular (fig. 7), em que as dimensões são a distância à frente e o espaçamento entre furos.

Fig. 31 - Volume arrancado por um só tiro

Fig. 32 - Volume arrancado por vários tiros

Iremos assim, de posse das características mecânicas da rocha, das características do explosivo seleccionado de acordo com, possíveis limitações da natureza ambiental e definido o diâmetro de furação mais conveniente, estudar relações entre diferentes parâmetros caracterizadores, calculados para uma determinada altura de bancada:


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A carga por furo - A distância à frente - O espaçamento entre furos -

Q t

V E

Segundo Langefors, a distância máxima à frente livre para que haja trabalho útil, é dada pela seguinte fórmula:

(1)

V max =

d

33

×

p×s E c× p× V

Em que: V max - Distância máxima à frente livre d - Diâmetro dos furos p - Densidade de carga do explosivo no furo s - Força do explosivo c - Factor correctivo (função da inclinação dos furos) c =1 furos verticais furos inclinados 3/1 c =0,95

Nota: Falaremos mais tarde da importância da furação inclinada.

9.2 – Concentração de carga Em função da técnica utilizada para enchimento dos furos com explosivos e da densidade do próprio explosivo, a quantidade de explosivo por metro de furo (concentração de carga, Kg/m) varia com o diâmetro do furo.

9.3 – Diâmetro do fu ro A escolha do diâmetro do furo depende largamente do volume pretendido a desmontar num determinado período de tempo. Para um dado equipamento de perfuração, quanto maior for o diâmetro do furo praticado, maior será a produção em m³ de rocha desmontada. A escolha do diâmetro do furo é condicionada por vários factores, tais como:


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9.3.1– Fragmentação pretendida

Quanto maior o diâmetro do furo maiores serão os calibres do material desmontado. Os calibres tendem a aumentar quando a relação (H/d) é menor que 60. H – Comprimento do furo (m) d – Diâmetro do furo (mm) A fragmentação pretendida está condicionada pelo diâmetro de perfuração. Condicionantes de natureza técnica, por exemplo, o calibre de admissão do fragmentador primário de uma instalação de britagem ou mesmo a capacidade do balde da pá carregadora, poderão ter influência na escolha do diâmetro. O ábaco 1 fornece-nos o diâmetro mais recomendado em função da capacidade da pá carregadora, considerando rochas brandas e rochas duras. Ábaco nº 1

9.3.2 – Controlo de vibrações

Utilizando as mesmas técnicas de iniciação, as vibrações mesmo terreno provocadas pela explosão serão tanto maiores quanto maiores forem os diâmetros.


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9.3.3 – Controlo das projecções

Quanto maiores os diâmetros, maiores serão as concentrações de carga no furos, logo maior o perigo de se verificarem eventualmente projecções no caso de desvio de furação ou mau tamponamento.

9.3.4 – Altura da bancada

Maiores alturas de bancada exigem, para se reduzirem os desvios de furação, salvo quando a perfuração é feita com martelo de fundo de furo, material de perfuração (aço) de maiores diâmetros, o que implica maiores diâmetros de furo.

9.4 – Altura da bancada A altura de bancada poderá em certos casos ser condicionada por especificações de projecto, devendo no entanto atender às seguintes condições: -

Maiores alturas ⇒ maiores os diâmetros de furação, maiores as concentrações de carga, logo mais difícil o controlo de projecção, maiores os danos nos taludes finais de escavação.

-

Maiores alturas ⇒ maiores desvios de furação, com maiores irregularidades nos paramentos finais, maiores as hipóteses de mau funcionamento da pega.

-

Maiores alturas ⇒ maior a percentagem de calibres maiores, usando a mesma carga específica.

-

A máxima altura de bancada é condicionada pela eficiência do equipamento e material de perfuração.

-

Em certos casos de saturação da capacidade do equipamento de perfuração, a redução da altura da bancada permitirá um aumento da produção traduzido em m³ de material desmontado.


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O ábaco seguinte dá-nos, em termos correntes, os diâmetros usualmente utilizados para diferentes alturas de bancada. Ábaco nº 2


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10 – ELABORAÇÃO DO DIAGRAMA DE FOGO

A fórmula (1), anteriormente referida, poderá apresentar-se simplificada conforme o tipo do explosivo especialmente utilizado, assim:

(2)

Vmáx = 1, 47 × lb

para Dinamite

Vmáx = 1,45 × lb

para Emulsão

Vmáx = 1,35 × lb

para Anfo

lb - Concentração da carga de fundo (Kg(m)

Estas fórmulas são válidas nas seguintes condições: -

Inclinação da frente da bancada de 3/1 Constante da rocha C=0,4 Altura da bancada K ≥ 2 × Vmáx

10.1 – Inclinação da furação Apesar de ser mais fácil a execução de furação vertical, é corrente a furação inclinada. Esta é contudo mais difícil e dependente da qualidade do equipamento de perfuração assegurar o paralelismo entre f uros. Os resultados são francamente mais favoráveis, vendo-se reduzido o aparecimento de irregularidades na soleira da bancada (pé), evitando a tendência para que esta suba á medida que se vão realizando sucessivas pegas, facilitando as operações de carregamento do material desmontado. Muitas vezes após a remoção deste, vemo-nos obrigados a rebentar pequenas cargas (tacos) para remover esse pé, antes de efectuar nova pega. Esta prática é de custo elevado. A furação associada a uma subfuração conveniente, facilita o corte da rocha segundo o plano da soleira, resultando a possibilidade de cargas específicas mais baixas 10 a 15%. São habitualmente inclinações de 2:1 e 3:1.


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Fig.33 – Com furação inclinada, o pé é eliminado após uma ou duas fiadas.

Fig. 34 – Representação gráfica da inclinação 3:1

Esta prática tem também a vantagem de reduzir o efeito da quebra à retaguarda à boca do furo, facilitando não só o emboquilhamento da furação da pega seguinte, mas também reduzindo a possibilidade de interrupção do sistema de iniciação, quando o rebentamento simultâneo de várias fiadas de tiros.

Fig. 35 – O efeito de quebra à retaguarda na cabeça da bancada, diminui com a furação inclinada.


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A subfuração, permitindo posicionar o centro de massa da carga de fundo ao nível da soleira, assegura não só um corte mais regular, mas também reduz sensivelmente o nível das vibrações no solo por menor confinamento da carga de fundo.

Fig. 36 – Subfuração

Na elaboração dos diagramas de fundamentalmente nas seguintes fórmulas.

fogo,

iremos

Vmáx = 1, 47 × lb x R1 x R2

para Dinamite

x R1 x R2

para Emulsão

Vmáx = 1,45 × lb

Vmáx = 1,35 × lb x R1 x R2

basear-nos

para Anfo

R1 – factor correctivo devido á inclinação do furo R 2 – Factor correctivo da constante da rocha


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Consideremos a figura seguinte:

Fig. 37 – Parâmetros do desmonte em bancada Legenda: d – Diâmetro do furo (mm) K – Altura da bancada (m) Vmáx – Distância máxima da linha de furos à frente livre. U – Subfuração H – Comprimento do furo F – Factor correctivo do desvio da furação V – Distância à frente (m) E – Espaçamento entre furos (m) lb – Concentração da carga de fundo (Kg/m) hb – Comprimento da carga de fundo (m) Qb – Peso da carga de fundo (Kg) h0 – Comprimento do furo disponível para o tamponamento (m) lc – concentração da carga de coluna (Kg/m) hc – Comprimento da carga de coluna (m) Qc – Peso da carga de coluna (Kg) Qt – Peso total da carga por furo (Kg) q – Carga específica (Kg/m³) b – Perfuração específica (m/m³)


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11 – CÁLCULO DO DIAGRAMA DE FOGO

11.1 – Vmáx Utilização das fórmulas (1) Cálculo de Vmáx considerando: Tabela 1 Tipo de explosivo Atacamento % P Kg/l Constante da rocha (C) Inclinação do furo

Emulex 95 1,15 0,4 3/1

Gelamonite 33 90 1,25 0,4 3/1

ANFO 100 0,8 0,4 3/1

A concentração de carga será: 2

lb = 7,85 × d × P d – Diâmetro do furo (mm) P – Atacamento (Kg/l)

l – Litro

Tabela 2 – Concentração de carga para diferentes diâmetros e diferentes tipos de explosivos. Diâmetro do furo (mm) 51 64 76 89 ANFO (Kg/m) 1,6 2,6 3,6 5,0 Emulex em cartucho (Kg/m) 2,3 3,7 5,0 7,1 Emulex a granel (Kg/m) 2,4 3,9 5,3 7,5 Dinamite 33 c/ carregamento pneumático (Kg/m) 2,6 4,0 5,6 7,8

102 6,5 9,3 9,9

127 152 10,1 14,5 15,3 21,9

10,2

Tabela 3 – Concentração de carga (Kg/m) em função de pequenos diâmetros com explosivo encartuchado Diâmetro do furo (mm) 28 30 32 34 36 37 38 39 Emulex (Kg/m) 0,71 0,81 0,92 1,04 1,17 1,24 1,30 1,37 Dinamite 33 (Kg/m) 0,74 0,85 0,96 1,09 1,22 1,29 1,36 1,43


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Tabela 4 – Concentração de carga em função do diâmetro e da % de atacamento para a dinamite e emulsão. Diâmetro do Cartucho (mm)

43 50 55 60 65 75 80 90 125

DINAMITE 33 Concentrações de carga, Kg/m com compressão de: 0% 5% 10%

1,95 2,65 3,2

2,05 2,8 3,35

2,15 2,9 3,5

4,4

4,6

4,8

6,5 8 14,5

6,8 8,4 15,2

7,1 8,8 16

EMULEX Concentrações de carga, Kg/m com compressão de: 0% 5% 10% 25%

1,75 2,35 2,85 3,4 4 5,3

1,9 2,6 3,2 3,75 4,4 5,8

2,1 2,8 3,4 4,05 4,8 6,35

2,2 2,9 3,55 4,25 5 6,6

O ábaco seguinte fornece o valor V máx em função de: - Constante da rocha (c) - Concentração de carga lb Para diferentes diâmetros de furo e diferentes explosivos. Ábaco nº 3


58

A tabela 5 fornece o factor correctivo R1, para diferentes inclinações dos furos. Inclinação Vertical R1

0,95

10:1

5:1

3:1

2:1

1:1

0,96

0,98

1

1,03

1,1

A tabela 6 fornece o factor correctivo R2, para diferentes constantes da rocha.

c 0,3 0,4 0,5 R2 1,15 1,00 0,9

11.2 – Subfuração (U)

Fig. 37 - Subfuração Como se disse, para evitar que a soleira suba aquando do rebentamento sucessivo das pegas, o comprimento do furo é acrescido de um valor função de Vmáx. Assim: U = 0,3 × Vmáx


59

11.3 – Compr imento d o fur o

Fig. 38 - Comprimento do furo H = K + 0,05 × ( K + U )

ou H = 1,05 × ( K + U ) se a inclinação do furo for 3/1.

0,05 - é o factor correctivo em função do comprimento do furo devido à inclinação.

11.4 – Distância prática à frente (V)

Fig. 39 - Distância à frente V = V max – F F – Factor correctivo relativo aos desvios de furação F = 0,05 + 0,03 x H (m)

F=

d 1000

+ 0,03 × H


60

11.5 - Espaçamento entre fur os (E)

Fig. 40 - Espaçamento entre furos E = 1,15 x V

A relação E/V, poderá variar entre, E/V > 1,25 e E/V < 1,25, sem afectar os valores de carga e perfuração específica. Como veremos mais tarde ao tratar com pormenor o controlo de fragmentação, a relação E/V > 1,25, conduzem a fragmentação mais fina, enquanto que a relação E/V < 1,25 é recomendada quando se pretendem calibres maiores.

11.6 - Perfuração específica (b)

Fig. 41 - perfuração específica

b=

n × H

n ×V × E × K

(m/m³)

No caso de frentes confinadas: b=

n × H W × V × K

em que

W - largura da frente (m)

Valor é mais elevado que o anterior devido aos furos de contorno. DESMONTE COM EXPLOSIVOS I

61

11.7

– Carga de fun do (Qb)

Fig. 41 - Carga do furo hb = 1,3 x Vmáx

(m)

hb - Comprimento da carga de fundo

Qb = lb × hb

(Kg)

Qb – Carga de fundo

lb - Concentração da carga considerada para o cálculo de Vmáx

11.8 - Tampon amento

Fig.42 - Tamponamento

O comprimento livre do furo destinado ao tamponamento é normalmente : h0 = V É importante a escolha do material usado no tamponamento; deve ser usada gravilha fina com calibres entre 5 e 10 mm de diâmetro. Se h0 < V, o risco de projecções será maior. Se h0 > V, resultará o maior número de blocos grandes no desmonte.


62

11.9 – Carga de col una

Fig. 43 - Carga de coluna lc = 40 a 60% de lb

(Kg/m)

hc = H − hb − hο

(m)

Qc = lc × hc

(Kg)

11.10 - Carga total Qt = Qb + Qc

(Kg)

11.11 - Carga específica

q=

n × Qt

n ×V × E × K

(Kg/m³)

Nota: No caso de frentes confinadas

q=

n × Qt W × E × K

(Kg/m³)

W – Largura da frente

Este valor será maior que o anterior devido aos furos de contorno.


63

12 – CÁLCULO DA PEGA Exemplo demonstrativo do cálculo de desmonte em bancada

Dados: Altura da bancada Largura da frente livre Diâmetro do furo Constante da rocha Inclinação do furo Explosivo Condição dos furos

K = 15 m W= 26 m d = 76 mm c = 0,4 3:1 Emulsão, diâmetro dos cartuchos 65 mm Secos.

12.1 – Distância à frente máxima

Vmáx = 1,45 × lb Nota: O valor da concentração da carga de fundo é obtido na tabela 2, que neste caso é 5,0 Kg/m, então:

Vmáx = 1, 45 × 5 = 3,24 m 12.2 – Subfuração U = 0,3 × Vmáx

⇔

U = 0,3 x 3,24 = 0,97 m

12.3 – Compr imento do furo H = 1,05 x (K+U)


⇔

H = 1,05 x (15 + 0,97) = 16,76 m

64

12.4 – Erro de furação F=

d 1000

+ 0,03 × H

F = 0,076 +(0,03x16,76) = 0,58 m

⇔

12.5 – Distância à frente co rri gida V = 3,24 – 0,58 = 2,66 m

⇔

V = Vmáx – F

12.6 – Distância entre fu ros (espaçamento) E = 1,25 x V

E = 1,25 x 2,66 =

⇔

3,32 m

12.7 – Número de espaços W E

= nº de espaços

26

⇔

3,32

= 7,83 = 8 espaços

12.8 - Dist ância entre furos corri gida:

E corrigido = lc

W 8

=

26 8

= 3,25 m

Nota: Numa fiada o nº de furos é igual ao nº de espaços + 1.

12.9 – Perfur ação específica

b=

n × H V × E × W

⇔

b=

9×16,76 2,66 ×15× 26

= 0,145 m/m³

em que n = 8 + 1 = 9


65

13 – CÁLCULO DAS CARGAS

13.1 – Concentr ação da carga de fun do lb é calculado de acordo com a tabela 2 onde para o diâmetro

76mm, temos: lb = 5 Kg/m

13.2 – Altura da carga de fun do hb = 1,3 x Vmáx

⇔

hb = 1,3 x 3,24 = 4,2 m

13.3 – Carga de fundo Qb = lb × hb

Qb = 5 x 4,2 = 21 Kg

⇔

13.4 - Tampon amento h0 = V

⇔

h0 = 2,66 m

13.5 – Concentração da carga de coluna lc = 40 a 60% de lb lc = 5 x 50% = 2,5 Kg/m

13.6 – Altura da carga de coluna hc = H – hb - h0


⇔

hc = 16,76 - 4,2 - 2,66 = 9,9 m

66

13.7 – Carga de col una Qc = lc × hc

Qc = 2,5 x 9,9 = 24,75 Kg

⇔

13.8 – Carga tot al Qtot = Qb + Qc

⇔

Qtot = 21,0 + 24,75 = 45,75 Kg

13.9 – Carga específi ca

q=

n × Qtot V × K × W

⇔

q=

9 × 45, 75

= 0,40 Kg/m³

2,66 ×15× 26

se a frente de desmonte não estiver confinada, a perfuração específica será: q=

Qtot V × E × W

⇔

q=

45,75

2,66×8×3,25×15

= 0,39 Kg/m³

Tabela 7 - Valores importantes a considerar para elaboração do plano de fogo.


67

14 - Exemplo demonstrativo do cálculo de desmonte em bancada, usando ANFO, em furos verticais. Dados: Altura da bancada Largura da frente livre Diâmetro do furo Explosivo Condições do furo

K = 18 m W = 40 m d = 102 m Anfo a granel secos

Cálculo da pega 14.1 – Distância à frente máxima

Vmáx = 1,45 × lb × R1 O valor da concentração de carga de fundo é encontrado na tabela (2) e neste caso é de 6,5 Kg/m. R1 – é a correcção para furos verticais (ver tabela 5)

Para furos verticais R1 = 0,95

Vmáx = 1, 45 × 6, 5

× 0,95 = 3,29 m

14.2 – Subf uração U = 0,3 Vmáx

⇔

U = 0,3 x 3,29 = 0,99 m

14.3 – Compr imento d o fur o H=K+U

⇔


H = 18 + 0,99 = 18,99 ≅ 19,0 m

68

14.4 – Erro de furação

F=

d 1000

+ 0,03 × H

F =

⇔

102 1000

+ 0,03 × 19 = 0,67 m

14.5 – Distância à frente co rri gida V = 3,29 –0,67 = 2,62 m

⇔

V = Vmáx – F

14.6 – Distância entre f uros (espaçamento) E = 1,25 x V

E = 1,25 x 2,62 = 3,27 m

⇔

14.7 – Numero de espaços W E

= nº de espaços

40

⇔

3,27

= 12,23 = 13 espaços

14.8 - Distância entre fur os corri gida

E corrigida =

W 13

=

40 13

= 3,07 m

14.9 – Perfur ação específica

b=

n × H V × E × W

⇔

b=

14× 19

2,66 ×18× 40

= 0,141 m/m³

Nota: Numa fiada, o nº de furos é igual ao nº de espaços + 1 n = 13 + 1 = 14 DESMONTE COM EXPLOSIVOS I

69

15 - Cálculo de cargas No caso de uso de ANFO, a concentração de carga no furo, não se divide em carga de fundo e carga de coluna, é uma só carga. 15.1 – Tamponamento h0 = V

h0 = 2,62 m

⇔

15.2 – Concent ração de carga lb é calculado segundo a tabela (2). Neste caso lb = 6,5 Kg/m

15.3 – Altur a de carga h = H – h0

⇔

h = 19 – 2,62 = 16,38 m

15.4 – Carga tot al Q = lb x h

Q = 6,5 x 16,38 = 106,5 Kg.

⇔

15.5 – Carga específi ca

q=

n×Q V × K × W


⇔

q=

14 ×106,5

= 0,79 Kg/m³

2,62 ×18× 40

70

Tabela 8 - Valores importantes a considerar para elaboração do plano de fogo:

16 - Tabelas de apoio p ara cálculo de uma pega em bancada, usando como explosivo o Emulex. Tabela 9 - Diâmetros entre 34 –26 mm


71

Tabela 10 - Diâmetro entre 40 – 29 mm

Tabela 11 - Diâmetro 51 mm


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73


Tabelas de apoio para cálculo de uma pega em bancada, usando como explosivo o ANFO e iniciador o Emulex. Tabela 15 - Diâmetro 64 mm


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No desmonte em bancada, é cada vez mais corrente o uso de ANFO na procura de custos mais baixos e uma boa fragmentação primária, quando do uso de explosivos a granel. A principal dificuldade no uso deste tipo de explosivos é a deficiente quebra da soleira devido à baixa velocidade de detonação ainda prejudicada pela eventual existência de água no fundo dos furos, o que obriga ao encartuchamento em mangas de plástico, isto responsável pela redução da concentração de carga. O uso de uma pequena carga de fundo, constituída por um explosivo mais rápido, permite não só ultrapassar esta dificuldade, como também encarar o uso de ANFO em furos de menor diâmetro (diâmetro crítico). É normal considerar que o comprimento desta carga deverá aproximadamente se igual a 0,4 x Vmáx. A economia de custos no rebentamento secundário (a tratar mais tarde), compensa o maior custo em explosivos. As tabelas seguintes permitem para diferentes diâmetros, estabelecer os diagramas de fogo para diferentes alturas de bancada, utilizando ANFO iniciado por Emulex.


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78




79



80

17 – DESMONTE PARA NIVELAMENTO

Estudamos até agora o desmonte em bancada nos casos em que a altura da bancada é superior a duas vezes Vmáx. Casos há contudo em que o material a desmontar se apresenta com espessuras relativamente pequenas, resultando alturas de bancada também pequenas, normalmente inferiores a um metro. É esta operação a que habitualmente chamamos nivelamento. Devido à pequena altura das bancadas e consequentemente, pequenas distâncias à frente, a rocha desmontada move-se muito mais rapidamente, o que obrigará, como veremos mais tarde, ao uso de microretardos mais curtos, reduzindo o risco de projecções. Mesmo assim, não é desprezar este risco, devendo sempre utilizar-se, como veremos, tapetes protectores. Para reduzir os custos de perfuração, pratica-se hoje, furação de 22 mm de diâmetro, permitindo também uma melhor utilização da energia do explosivo. No mercado existe o Primex 17x150 mm, facilmente divisível em comprimentos menores se necessário. O uso destes pequenos diâmetros, reduz também o nível de vibração no terreno.

Tabela 26 - Tabela de cálculo para diâmetros entre 34 e 26 mm.

Nota: Nesta tabela a perfuração e a carga específica são expressas respectivamente em m/m² e Kg/m² de superfície nivelada.


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Visando evitar projecções, confinando mais o explosivo, é normal praticar uma maior subfuração se as especificações de obra o permitirem, sendo posteriormente só removido o material acima da razante do trabalho. O aumento de comprimento do furo é compensado por um menor número de furos, resultante de maior distância à frente e maior espaçamento. Exemplo:

Diagrama de fogo Convencional Altura da bancada Comprimento do furo Distância à frente Espaçamento Carga por furo Carga por m² Número de detonadores por m² Perfuração por m²

0,4 m 0,6 m 0,4 m 0,5 m 0,05 Kg 0,25 Kg 5 3m

com excesso de Subfuração 0,4 m 1,6 m 0,9 m 1,1 m 0,5 kg 0,5 Kg 1 1,6 m

Uma carga específica maior, no caso de excesso de subfuração, é compensado por uma menor perfuração específica e menor consumo de detonadores. No caso de grandes superfícies a nivelar e onde não se levantem restrições relativas a projecções e vibrações, o recurso a maiores diâmetros, permitindo o uso de equipamento de perfuração mais pesado é pratica corrente. As tabelas seguintes, relativas a diferentes diâmetros, permitem a elaboração dos diagramas de fogo e definir alturas de bancada. Tabela 27 - Para diâmetro de 51 mm


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Tabela 28 - Para diâmetro de 64 mm

Tabela 29 - Para diâmetro de 76 mm


83

18 - REBENTAMENTO REBENTA MENTO SECUNDÁRIO

Por limitações de capacidade do balde do equipamento de carga ou da goela de admissão do fragmentador primário, ou na execução de aterros com pedra, põe-se muitas vezes a necessidade de se reduzir a menores calibres, em percentagem mais ou menos considerável, o material desmontado. Trataremos com pormenor no capítulo da fragmentação, as técnicas conducentes a uma redução daquela percentagem. No entanto, desvios ocasionais ao diagrama de fogo, e fracturas singulares do maciço rochoso, poderão ocasionar o aparecimento de alguns blocos cujas dimensões venham a ter de ser reduzidas. Esta operação poderá ser realizada com explosivos; no entanto a tendência actual é o recurso a meios mecânicos (martelo hidráulico quebrador). As razões desta tendência tendência baseiam-se nas seguintes seguintes questões: -

-

Eliminação dos perigos resultantes de projecções projecções difíceis de controlar neste tipo de operação. Preocupação de carácter ambiental reduzindo o ruído provocado pelo rebentamento de um explosivo rápido e normalmente pouco confinado. Preocupação de natureza económica, procurando minimizar os custos bastante significativos desta operação. Elevado consumo de cápsulas detonadoras e rastilho. Elevado consumo de cordão detonante. Perfuração específica considerável.

Pensar no recurso a meios mecânicos, exigindo um investimento considerável (escavadora e martelo hidráulico quebrador), quebrador), só poderá poderá ser considerado se a produção exigida nesta operação o justificar. Quando os valores desta operação atingem os 20% do volume total desmontado, parece-nos ser importante rever o diagrama de fogo e a qualidade de perfuração realizada, numa tentativa de redução daquela percentagem. Tabela 30 – Perfuração e carga para rebentamento secundário Tamanho do bloco m3

Espessura do bloco m

Prof undidade do furo m

Número de furos

Carga

0,5 1,0 2,0 3,0

0,8 1,0 1,0 1,5

0,45 0,55 0,55 0,80

1 1 2 2

0,03 0,06 0,06 0,09


84

Quando são usados vários furos no mesmo bloco, a iniciação deve ser feita com detonadores instantâneos ou detonadores com o mesmo tempo. Tal tem como objectivo evitar projecções a grande distância, que normalmente acontecem pelo facto de o 1º furo a rebentar, poder deixar a parede de rocha no furo adjacente pouco espessa.

Fig.44 - Rebentamento secundário

No caso de uma operação mecânica, o martelo a utilizar deverá dispor de uma energia de impacto superior a 4.000 joules/impacto (energia calculada) e frequências da ordem dos 4 a 10 Hz. Estas máquinas com pesos superiores a 1.200 Kg, necessitam de uma retro-escavadora para as suportar com o peso próximo das 20 toneladas. A produção estimada depende muito da destreza do operador e das características da rocha, deverá oscilar entre os 40 e 50 m³ em oito horas de trabalho.

19 – ABERTURA DE BANCADA

Se o desmonte se vai realizar em zona de topografia pouco acidentada, põe-se a necessidade de abertura de uma trincheira, que irá dar origem a uma nova frente de desmonte. Para a abertura desta poderá recorrer-se a diagramas de fogo que estudaremos em capítulo próprio (abertura de trincheiras e valas). No entanto é prática corrente, mas pouco recomendável, pelo difícil controlo das projecções, utilizar um diagrama de fogo usualmente conhecido por abertura em leque.


85

Fig. 45 - Disposição e geometria dos furos

Em função do diâmetro utilizado, as tabelas de desmonte em bancada já conhecidas, fornecem-nos os elementos necessários em função do comprimento dos furos e atendendo a que a concentração de carga de fundo ser calculada em função da distância à frente criada pelo rebentamento da carga anterior.


86

20 – CONTROLO DE FRAGMENTAÇÃO

Será o fim a que se destina o material desmontado, que ditará as exigências de maior ou menor fragmentação quando do desmonte. Se o material desmontado no seu processo de valorização seguinte, tiver de ser submetido a uma operação de redução de calibres, é natural, que já no desmonte se verifique essa preocupação, tanto mais, que menores calibres contribuem largamente para um maior rendimento do equipamento do equipamento de carga e transporte. É costume, erradamente, pensar que ao dispor de equipamento de carga de grande capacidade, permitindo a movimentação de blocos de maiores dimensões, se torna menos preocupante a exigência de uma boa fragmentação a quando do desmonte. Um equipamento de maior capacidade (dimensão do balde), foi projectado para movimentar maiores volumes de material e não blocos de maiores dimensões, que resultaria numa diminuição significativa do seu rendimento. No desmonte em bancada, a fragmentação é influenciada pelos seguintes factores: -

Estado de fracturação natural do maciço Características físico-mecânicas do maciço rochoso Carga específica Perfuração específica Tipo de diagrama de fogo Sequência de iniciação Inclinação da furação Qualidade da furação (desvios) Dimensão da pega

20.1 – Estado de fracturação natural do m aciço rochoso A estrutura do maciço rochoso: Atitude, continuidade, espaçamento das diferentes famílias de fracturas, devidamente observadas antes da definição da frente de desmonte da fase de perfuração da pedreira, poderá conduzir a uma fragmentação completamente diferente. As figuras seguintes representam várias situações possíveis, onde o diaclasamento do maciço rochoso terá mais ou menos influência nos calibres do material desmontado. Será de esperar que no caso a) os calibres sejam superiores aos casos b) e c), dado que a reacção do maciço rochoso à acção


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do explosivo é francamente menor no primeiro caso, o desmonte faz-se mais facilmente por deslizamento de blocos, sem que haja aproveitamento do poder fragmentador dos explosivos.

d)

e)

Fig.46 – Diaclasamento do maciço rochoso Quando o maciço rochoso se apresenta muito fracturado, muita da energia libertada pelo explosivo é perdida (gases) através das fracturas, não provocando a fragmentação desejada. O aumento da carga específica raramente resolve este problema, visto que a um aumento desta, provocarão projecções significativas. O uso de furação de menor diâmetro, com consequente mudança do diagrama de fogo (menor malha), asseguram uma melhor distribuição do explosivo no maciço rochoso, o que vai contribuir para uma melhoria da fragmentação.

20.2 – Propriedades físico m ecânicas do maciço r ochoso Muitas rochas apresentam cargas de rotura à tracção 8 a 10 vezes menores do que a carga de rotura à compressão. Quanto maior for aquele valor, maior será a fragmentação.


88

Tabela 31 - Alguns valores de cargas de rotura à compressão e à tracção:

Granito Diabase Mármore Calcáreo Arenito duro

Rotura à compressão

Rotura à Tracção

2.000 a 3.000 Kg/cm2 2.900 a 4.000 Kg/cm2 1.500 a 1.900 Kg/cm2 1.300 a 2.000 Kg/cm2 3.000 Kg/cm2

100 a 300 Kg/cm2 190 a 300 Kg/cm2 150 a 200 Kg/cm2 170 a 300 Kg/cm2 300 Kg/cm2

Uma rocha de maior densidade é normalmente mais difícil de fragmentar do que uma rocha de menor densidade. Rochas mais pesadas exigem mais energia para o seu deslocamento. A velocidade de propagação do som é também uma propriedade bastante influente no processo de fragmentação, contribuindo para uma correcta escolha do explosivo a utilizar. O produto da velocidade de propagação do som no maciço pela densidade da rocha deverá ser aproximadamente igual ao produto da velocidade de detonação pela densidade do explosivo. Isto é, a sua escolha através da sua velocidade de detonação, deverá satisfazer à condição de serem aproximadamente iguais a impedância do maciço e a impedância do explosivo. A dureza e a fragilidade da rocha são também factores muito importantes no fenómeno da fragmentação. O mesmo não sucederá nas rochas duras em que um sobredimensionamento da carga específica irá provocar projecções inconvenientes. Por esta razão é necessário um grande controlo na elaboração das pegas (diagrama de fogo), neste tipo de rochas. É normal aparecerem na pilha blocos de grandes dimensões, oriundos da parte superior da bancada onde o comprimento do furo reservado ao tamponamento não permite a acção directa do explosivo. Duas situações se apresentam para ultrapassar este problema: 1ª - Redução do comprimento parcial do furo destinado ao tamponamento, com consequente aumento da hipóteses de projecções pela boca do furo. 2ª . Perfuração de furos intermédios (fig.12) com o comprimento ligeiramente superior ao comprimento destinado ao tamponamento.


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Fig. 47 - Furação intermédia

20.3 – Perfur ação específica A escolha do diâmetro do furo é a primeira fase de elaboração dum diagrama de fogo. Geralmente, o custo de perfuração com grandes diâmetros é mais baixo por dm³ de vazio criado do que nos pequenos diâmetros. Os explosivos utilizados nos grandes diâmetros são também mais baixos do que os utilizados nos de pequeno diâmetro. Quanto maiores os diâmetros, menor será a perfuração específica para uma mesma carga específica. Destas considerações é fácil concluir que o uso de maiores diâmetros conduz a custos mais baixos de desmonte, se o volume a desmontar diariamente exigir um bom coeficiente de utilização do equipamento de perfuração capaz de permitir a realização desses furos de grande diâmetro. No entanto esta economia poderá ser prejudicada, se a exigência de calibres menores obrigarem a uma operação mais volumosa de rebentamento secundário com custos muito altos e dificilmente controláveis.

20.4 – Carga específi ca O aumento da carga específica conduz a uma maior fragmentação, no entanto um maior perigo de projecções e um maior espalhamento do material após o desmonte, devem ser considerados. O aumento da carga específica deve ser conseguido à custa do aumento da carga de coluna, já que a carga de fundo calculada é suficiente para realizar o trabalho de corte pretendido na soleira.


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20.5 – Variação da relação E/V Como vimos nos diagramas de fogo típicos é habitual uma relação E/V = 1,25, com bons resultados relativamente à fragmentação em pegas com rebentamento de fiadas múltiplas. Contudo uma melhoria de fragmentação, se desejada, poderá ser obtida fazendo variar esta relação até E/V = 8, isto sem que a carga específica se altere, portanto, mantendo-se constante o produto E x V.

Fig. 48 - Diagrama de furação típico

Fig. 49 - Diagrama de furação (maior espaçamento) Se pelo contrário, se pretende uma fragmentação graúda, com uma grande percentagem de blocos com grandes dimensões destinados, por exemplo, a enrocamento em obras marítimas, a mesma relação deverá variar tornando-se mesmo menor do que 1, atingindo muitas vezes 0,5.


91

20.6 – Utilização de micro-retardos Num desmonte em bancada é usual o uso de micro-retardos. Os intervalos de tempo entre os diferentes detonadores de uma mesma fiada e entre fiadas se for caso disso, deverão ser suficientemente grandes de modo que cada rebentamento acompanhado de movimento de rocha crie espaço para a movimentação de rocha rebentada pelo tiro seguinte. A porção de rocha relativa a cada fiada deverá ter-se movido de uma distância próxima de 1/3 da V antes que se dê o rebentamento da fiada seguinte. Os intervalos de tempo entre tiros da mesma fiada deverão variar entre 10 ms e 30 ms por metro de distância à frente livre (V), conforme se trate de rocha dura ou branda respectivamente. Esta solução assegura não só uma boa fragmentação mas também reduz as hipóteses de projecções. Se o intervalo de tempos for muito curto, há uma tendência para que a rocha da parte superior da bancada, da segunda fiada, se projecte na vertical. Por outro lado, intervalos de tempo muito longos poderão provocar projecções, pois o rebentamento da segunda fiada terá um comportamento semelhante ao do da primeira fiada.

Fig. 50 - Intervalos de tempo muito curtos

Fig. 51 - Intervalos de tempo muito longos


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20.6.1 - ALGUNS EXEMPLOS DE DIAGRAMAS

Fig. 52 – Diagrama com rebentamento por fiada Trata-se do desmonte de uma frente confinada. Todos os tiros da mesma fiada são iniciados com o mesmo tempo, excepto os de contorno que rebentarão com a fiada seguinte. O rebentamento menos confinado destes tiros de contorno reduz a perturbação dos paramentos laterais da escavação (taludes).

Fig. 53 – Rebentamento em V; Este diagrama permite uma melhor fragmentação dado que a relação E/V se torna mais favorável.


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Fig. 54 – Esta solução além de assegurar uma boa fragmentação, garante um bom corte na frente final.

20.7 – Inclinação da furação A furação inclinada, aproximadamente 1:3 reduz a quebra à retaguarda e também a possibilidade de blocos de grandes dimensões originários da cabeça da bancada.

Fig. 55 – Inclinação da furação

20.8 – Desvios da furação

Fig. 56 - Desvios de furação


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A precisão da perfuração é muito importante para o resultado final da pega. A falta de precisão na perfuração origina distâncias à frente irregulares e consequentemente formação de grandes blocos e projecções desagradáveis.

20.9 - Número de fiadas detonadas na mesma pega Em termos percentuais, como os blocos de maiores dimensões são originários da primeira fiada, é natural que quanto maior for o número de fiadas, menor será a percentagem de graúdos na pilha. Contudo, por razões de atrito do volume desmontado nos encontros laterais e na soleira, o número de fiadas não deverá ser tal que o comprimento da pega seja maior que 50% da largura da frente. Podemos resumidamente dizer que: Para uma fragmentação de menores calibres são praticas recomendadas - Aumento da carga específica Redução do diâmetro dos furos Redução da distância à frente mantendo E x V = constante Uso de micro-retardos Furação inclinada Rebentamentos de várias fiadas por pega, Para uma fragmentação com maiores calibres - Redução da carga específica - Maiores diâmetros - Aumento da distância à frente - Rebentamento simultâneo de todos os tiros - Frentes verticais - Rebentamento de uma só fiada por pega.


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21 – Movimento de massas O movimento da massa de material é o último estágio do processo de rebentamento. A maioria da fragmentação já está realizada pelas tensões de compressão e tracção, pressurização do gás ou a combinação de ambos. Contudo, alguma fragmentação, embora ligeira, ocorre da colisão durante o voo e com o choque do material no chão. Geralmente, quanto mais alta é a bancada, maior é este tipo de fracturação devido ao aumento à velocidade de impacto dos diferentes elementos quando chocam na plataforma da bancada.

Fig. 57 - Movimento da massa rochosa

O uso de programas de análise com fotografias de alta velocidade permitiu o desenvolvimento da seguinte fórmula:

v0 =

K

V 1,17

×l

1,17

vo - Velocidade inicial da rocha K - 15 – 33 (constante, dependente da resistência da rocha) 15 – Rocha branda 33 – Rocha dura V - Distância à frente (m) l - Concentração da carga no furo (Kg/m).


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Fig. 58 - Diagrama do movimento de massa

Recomendações para o desmonte em bancada

No desmonte em bancada e em especial no desmonte com múltiplas fiadas, é importante que as fiadas e também cada furo da mesma fiada sejam temporizados correctamente de forma a controlar as projecções, limitar as vibrações transmitidas ao solo e optimizar a fragmentação. Uma pega deve ser planeada de forma a atingir o estado em que o movimento da primeira fiada seja conseguido em cerca de 1/3 da largura da bancada, antes do início da detonação da fiada seguinte. Isto significa que o intervalo de tempo entre fiadas deve ser entre 10 e 30 ms/metros de frente. Para optimizar o resultado de um rebentamento é necessário que o intervalo entre furos do mesma fiada seja 5 a 10 ms/m do espaçamento.

Fig. 59 - Sequência do rebentamento de rocha no desmonte em bancada


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O exemplo seguinte clarifica o método de cálculo Distância à frente Espaçamento Concentração de carga no furo Tipo de rocha: Granito

2,0 m 2,5 m 3, 5 Kg/m K = 25

Velocidade inicial da rocha:

vo =

25 1,17

2

× 3,5

0,39

= 18 m/s

Intervalo de tempo entre fiadas: 1000 1,17

2

×

2 3

= 37 ms

Tempo de intervalo entre furos da mesma fiada 14 x 2,5 = 12,5 ms Para o processo de fragmentação de um rebentamento, o intervalo de tempo entre duas cargas, é da máxima importância de modo a que a rocha obtenha suficiente tempo de movimentação. Quanto mais preciso for o detonador melhor será a fragmentação e menores as projecções. O pré-corte e o corte suave, requerem pequenos intervalos de tempo entre furos, o que significa a necessidade de detonadores de grande precisão.

Recomendações para o desmonte em bancada: - Assegurar que pelo menos 1/3 da largura da frente esteja em movimento antes do início da detonação da fiada seguinte. Tal sugere um intervalo de tempo entre 10 e 30 ms/m. - Intervalos de tempo entre furos da mesma fiada de 5 a 10 ms/m de espaçamento.


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DESMONTE COM EXPLOSIVOS I Índice de assuntos 1 – Introdução 2– Desmonte mecânico versus desmonte com explosivos 3 - Explosivos 3.1 – História dos explosivos 3.2 - Propriedades dos explosivos industriais 3.2.1 - Velocidade de detonação 3.2.2 - Força do explosivo 3.2.3 - Estabilidade de detonação 3.2.4 – Sensibilidade 3.2.5 - Densidade do explosivo 3.2.6 - Segurança no manuseamento 3.2.7 - Impedância do explosivo 3.2.8 - Toxidade dos fumos 3.2.9 - Resistência ao congelamento 3.2.10 - Balanço de oxigénio 3.2.11 - Bom comportamento durante o armazenamento 4 - Tipos e características dos explosivos disponíveis no mercado 1.1 - Explosivos industriais 1.2 – Explosivos gelatinosos (dinamite) 1.3 - Explosivos pulverulentos (nitrados) 1.4 – Anfo 1.5 - Slurrie 1.6 – Emulsão 1.7 - Anfo pesado 1.8 – Pólvora 5 - Selecção dos explosivos para fins específicos 5.1 - Presença de água nos furos 5.2 - Diâmetro dos furos 5.3 - Tipo de maciço rochoso a desmontar 5.4 - Tipo de trabalho a efectuar 5.5 - Segurança dos explosivos 5.6 - Toxidade dos gases de explosão 6 - Dados técnicos sobre alguns dos explosivos mais utilizados 7 - Acessórios de tiro 7.1 – Detonadores 7.1 .1 - Detonadores de mecha 7.1.2 - Detonadores eléctricos 7.1.2.1 – Descrição DESMONTE COM EXPLOSIVOS I

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7.1.2.2 - Tipos de detonadores eléctricos 7.1.3 - Detonadores não eléctricos (Nonel) 7.1.3.1 – Tipos de detonadores Nonel 7.1.4 - Detonadores electrónicos 7.2 - Cordão detonante 7.3 - Multiplicadores (booster) 8 - Carregamento de pegas 1.1 - Carregamento com atacador 1.2 - Carregamento automático 1.2.1 - Explosivos encartuchados (gelatinosos) 1.2.2 - Anfo 1.2.3 - Emulsão, slurrie e Anfo pesado 1.2.3.1 – Variantes de carga de explosivo a granel 2 - Teoria do rebentamento com explosivos 2.1 - Desmonte em bancada 2.2 - Concentração de carga 2.3 - Diâmetro do furo 2.3.1 – Fragmentação pretendida 2.3.2 - Controlo de vibrações 2.3.3 - Controlo de projecções 2.3.4 - Altura da bancada 2.4 - Altura da bancada 3 - Elaboração do diagrama de fogo 3.1 – Inclinação da furação 4 – Cálculo do diagrama de fogo 4.1 - Vmáx 4.2 - Subfuração 4.3 - Comprimento do furo 4.4 - Distância prática à frente 4.5 - Espaçamento entre furos 4.6 - Perfuração específica 4.7 - Carga de fundo 4.8 - Tamponamento 4.9 - Carga de coluna 4.10 - Carga total 4.11 - Carga específica 5 – Cálculo da pega 5.1 – Distância à frente máxima 5.2 - Subfuração 5.3 - Comprimento do furo 5.4 - Erro de furação 5.5 - Distância à frente corrigida 5.6 - Distância entre furos (espaçamento) 5.7 - Número de espaços 5.8 - Distância entre furos corrigida


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5.9

- Perfuração específica

6 – Cálculo da carga 6.1 – Concentração de carga de fundo 6.2 - Altura da carga de fundo 6.3 - Carga de fundo 6.4 - Tamponamento 6.5 - Concentração da carga de coluna 6.6 - Altura da carga de coluna 6.7 - Carga de coluna 6.8 - Carga total 6.9 - Carga específica 7 – Exemplos 7.1 – Distância à frente máxima 7.2 - Subfuração 7.3 - Comprimento do furo 7.4 - Erro de furação 7.5 - Distância à frente corrigida 7.6 - Distância entre furos (espaçamento) 7.7 – Número de espaços 7.8 - Distância entre furos corrigida 7.9 – Perfuração específica 8

- Cálculo das cargas 8.1 – Tamponamento 8.2 - Concentração de carga 8.3 - Altura de carga 8.4 - Carga total 8.5 - Carga específica

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- Tabelas

10 - Desmonte para nivelamento 11 – Rebentamento secundário 12 - Abertura de bancada 13 - Controlo de fragmentação 13.1 – Estado de fracturação natural do maciço 13.2 - Características físico-mecânicas do maciço rochoso 13.3 - Perfuração específica 13.4 - Carga específica 13.5 - Variação da relação E/V 13.6 - Utilização de microretardos 13.6.1 – Alguns exemplos de diagramas 13.7 - Inclinação da furação 13.8 - Desvios da furação


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Desmonte Com Explosivos

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