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A aplicação de espoleta eletrônica de rochas com explosivos

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1. A APLICAÇÃO DE ESPOLETA ELETRÔNICA DE ROCHAS COM EXPLOSIVOS Eduardo Jorge Lira Bonates – Professor Titular UFCG, bonates@reitoria.ufcg.edu.br Arlindo José…
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  • 1. A APLICAÇÃO DE ESPOLETA ELETRÔNICA DE ROCHAS COM EXPLOSIVOS Eduardo Jorge Lira Bonates – Professor Titular UFCG, bonates@reitoria.ufcg.edu.br Arlindo José Bazante – Professor Assistente I – UFCG bazante@dmg.ufcg.edu.br Gildácio José de Lima Araújo – Mestrando UFCG RESUMO O processo de desmonte de rochas, apesar de sua complexidade e do pouco aproveitamento da energia tem alcançado progressos significativos com a aplicação de explosivos e acessórios de alta tecnologia. As novas técnicas, equipamentos e softwares de monitoramento são ferramentas que ajudam a melhorar o desempenho do desmonte. O ajuste dos tempos de iniciação e a seqüência de detonação representam alguns dos parâmetros de grande relevância dentro do processo de desmonte de rocha. Atualmente existem vários tipos de iniciadores, sejam instantâneos ou com elemento de retardo. O sistema eletrônico de iniciação, apesar de já estar na sua segunda geração, só em meados de 2002 vêm sendo aplicado no Brasil. Trata-se de um sistema que permite maior flexibilidade nos ajuste dos tempos (de 1 a 8000 ms.) e uma menor dispersão que outros iniciadores, permitindo, assim, um controle melhor da detonação. Palavras Chave: espoleta eletrônica, impacto ambiental, fragmentação. ABSTRACT The process of rock blasting with explosive, in spite of its complexity and small performance of energy has been achieving progresses with the application of explosive and accessories of high technology. The new techniques, equipments and software of monitoring are tools that can help the performance of blasting. The adjustment of the times of initiation and the sequence of detonation of the explosive represent some of the parameters of great relevance in the process of blasting. Actually, exist several types of initiators: instantaneous and delay element. The electronic system of initiation, only recently has been applied in Brazil, It is a system that presents larger flexibility, can be adjusted for the times varying from 1 to 8000 ms and shows small dispersion than any other initiators, which allows a better control of the detonation. Key words: electronic cap, ambient impact, fragmentation
  • 2. 2 INTRODUÇÃO A maioria das pedreiras destinadas a produção de brita situam-se próximas aos centros urbanos, por razões econômicas relacionadas principalmente com o baixo valor agregado do material e o elevado custo de transporte. Isso tem causado sérios problemas ao meio ambiente em virtude das vibrações, ruídos e sobre-pressão atmosférica causado pelo desmonte de rocha. Entre os vários aspectos relacionados com o desmonte dois tem importância significativa: fragmentação e o ambiente. A fragmentação se constitui num fator econômico associado com o mercado consumidor, já que existem normas que padronizam o produto. Em relação a questão ambiental, que é um fator social, devem ser feitos controles de forma a minimizar os efeitos caudados pelas detonações. Para tanto são necessárias informações que permitam a realização de um planejamento que não somente atenda os objetivos de produção, mas que também satisfaça as exigências legais dos órgãos ambientais. O processo de fragmentação ocorre através da velocidade de detonação e expansão dos gases, sendo avaliada pela distribuição granulométrica do material. Porém existem outros parâmetros que devem ser considerados. A parte da onda de choque que não gera trabalho útil, é absorvida pelo maciço, gerando vibrações no terreno que provocam perturbações a circunvizinhança, sendo sua verificação estabelecida em normas e determinada pelo cálculo da resultante da velocidade de partícula. O monitoramento dos processos de desmonte de rochas com explosivos são recentes, sendo que a explicação desses fenômenos como esforços dinâmicos e mecanismos de ruptura eram meramente empíricos, pois não existiam instrumentos suficientemente confiáveis para quantificá-los (Silva, 1998). Um dos principais trabalhos desenvolvidos com esta finalidade foi o de Langefors e Kihlstron (1963), que consideravam cada estudo geomecânico como representativo de uma situação de campo, isto é, cada região reage de forma diferente na interação explosivo/rocha. OBJETIVO O objetivo desse trabalho é mostrar as aplicações das novas tecnologias de monitoramento das operações de desmonte realizadas na pedreira Cantareira localizada na região de Mairiporã- SP, cuja finalidade é a produção de britas graníticas. A empresa faz parte da divisão de agregados do grupo Holcim, que possui duas unidades operacionais - Mairiporã e Sorocaba, com capacidade anual de produção de 2,46 milhões de toneladas de brita. A Unidade Mairiporã situa-se na rodovia Fernão Dias - km 67. Foi a primeira empresa no setor de produção de britas, a obter o certificado de qualidade ISO 9002. Além disso, será também apresentado o resultado obtido com o emprego desse novo procedimento, fazendo uma comparação entre o uso dos acessórios convencionais e a espoleta eletrônica. É evidente que ao longo do tempo ocorreu um desenvolvimento tecnológico significativo na produção e manuseio dos explosivos civis, com a finalidade de otimizar os parâmetros que influenciam no desmonte, tais como a fragmentação, carregamento, qualidade e segurança. A pedreira Cantareira foi uma das primeiras a utilizar o sistema de iniciação eletrônica, com a finalidade de controlar a velocidade de partícula dentro dos limites estabelecidos pelas normas da CETESBE. Os testes foram feitos em locais críticos devido à proximidade com áreas habitadas.
  • 3. 3 ASPECTOS OPERACIONAIS A lavra é desenvolvida a céu aberto e em flanco com desmonte de rocha por explosivo, sendo a carregamento e transporte mecanizados. O material retirado do capeamento é depositado ordenadamente no bota-fora, onde posteriormente será drenado e revegetado, atendendo requisitos técnicos e de meio ambiente. No plano de fogo os furos são executados em pontos previamente determinados em função os dados a frente de lavra, com o emprego de um teodolito a laser, tendo sua orientação medida posteriormente com um inclinômetro. A partir daí são verificados os possíveis desvios da furação. A perfuração é feita por equipamentos hidráulicos e/ou pneumáticos, com diâmetros de 3 e 3½" e comprimento de furos variando entre 10 e 20 metros. O processo de transporte e manuseio é realizado por caminhões fora-de-estrada com capacidade de 25 e 35 toneladas e o carregamento por escavadoras e carregadoras de 4,0 m³. O processo produtivo é feito através das operações de cominuição e classificação granulométrica do material. Na britagem primária são utilizados britadores de mandíbulas com alimentadores vibratórios, onde o produto britado é transportado por correias transportadoras de 42" e depositado em uma pilha intermediária, para posterior re-britagem. Na britagem primária, o tamanho máximo dos blocos é de 0,8 m de diâmetro, seno reduzido para abaixo de 0,3 m, adequados às operações subseqüentes até chegar ao produto final, conforme ilustrado na tabela 1. Tabela 1.1: Produtos e aplicações de agregados para construções civis (Catareira, 2003) PRODUTOS E APLICAÇÕES Malha de corte (mm) densidade Material Mairiporã Sorocaba Mairiporã Aplicações Bica corrida Variável Variável 1,751 Pavimentos. Bica Graduada Conforme Especificação Conforme especificação 1,802 Pavimentos. Brita 1 +9,5 – 23 +10 – 24 1,416 Concreto estrutural, pavimentos e pré-moldados. Brita 2 +23 – 30 +24 – 30 1,441 Concreto estrutural, pavimentação e drenos Brita 3 +30 – 50 +30 – 50 1,445 Pavimentação, túbulos, drenos e lastros ferroviários. Brita 1/2 - +7,5 – 10 - Concreto estrutural, pavimentos e pré-moldados. Macadame Hidráulico Variável - 1,471 Pavimentos. Pedrisco +5,5 - 9,5 +4,76 - 10 1,332 Blocos, pré-moldados, pavimentos simples, concreto asfalto e estrutural. Pedrisco Misto - 9,5 -10 1,605 Blocos, pré-moldados e concreto. Pó de Pedra - 5,5 -4,76 1,550 Blocos, pré-moldados, pavimentos simples, concreto asfáltico e estrutural.
  • 4. 4 INICIADORES Ao longo do tempo, os acessórios de detonação que tem como principal função controlar e iniciar a massa explosiva agregou novas tecnologias com o objetivo de melhorar seu desempenho. Como os intervalos de tempo dos iniciadores eram irregulares e proporcionava pouco ou nenhum controle da iniciação, tornou-se necessário desenvolver métodos mais seguros. Numa tentativa de melhorar a segurança foi desenvolvido um sistema de iniciação semelhante ao estopim. Em função da necessidade de se obter um modo mais eficiente de iniciar a detonação, pois a energia potencial da nitroglicerina era muitas vezes desperdiçada por meios insatisfatórios foi desenvolvido o primeiro iniciador pirotécnico que constitui a espoleta simples. Posteriormente esse iniciador foi aperfeiçoado através da mudança de sua carga explosiva. No início da década de 80 a Imperial Chemical Industries (ICI) desenvolveu o sistema eletromagnético de iniciação denominado “Magnadet”. Nos anos 90 surgiram iniciadores eletrônicos baseados em sistemas de iniciação por ondas de rádio de baixa freqüência e retardos eletrônicos iniciados por meios não elétricos como o “Digidet” da Ensign Bickford Co. (Munarette, 1997). As atividades produtivas (mineração, construção civil, etc.) que utilizam explosivos, contam atualmente com recente desenvolvimento dos iniciadores eletrônicos, muito embora o sistema pirotécnico associado a não-elétrico e ao cordel sejam os mais utilizados. O sistema eletrônico de iniciação garante mais segurança, versatilidade e precisão nos tempos de retardo que os demais sistemas iniciadores. Os iniciadores têm uma influência significativa na eficiência do desmonte. Entre os parâmetros de avaliação podemos destacar:  Fragmentação e distribuição granulométrica;  Características da pilha;  Distribuição de teores;  Danos causados a rocha remanescente;  Efeitos sobre as operações subseqüentes (carregamento, transporte, manuseio, cominuição);  Custos;  Impactos ambientais. Uma boa fragmentação terá influência direta nas operações subseqüentes, já que representa o principal objetivo do desmonte. A tabela abaixo mostra como a distribuição granulométrica do processo de fragmentação terá relação com o desempenho do desmonte nos custos de lavra e dos processos subseqüentes. O planejamento das operações de lavra para produção de brita consiste basicamente no posicionamento das frentes condicionado as feições geológicas estruturais (falhas, juntas, fraturas, etc.), pois influencia nas condições de segurança e perdas energéticas. SISTEMAS DE INICIAÇÃO Os sistemas de iniciação surgiram em função da necessidade de se controlar a detonação das cargas principais. Atualmente essa necessidade é maior, uma vez que os explosivos apresentam uma menor sensibilidade. Além disso, ainda possui outras finalidades: melhorar a fragmentação, seqüência e direção da iniciação e, conseqüentemente, do movimento e
  • 5. 5 lançamento dos blocos, minimizar os impactos ambientais, tais como vibração e ultralançamentos, etc. (Cintra, 1997). Tabela 2 - Efeitos indesejáveis na fragmentação de rocha com explosivos. Efeitos indesejáveis na fragmentação GRANULOMETRIA PROBLEMAS GERADOS Blocos de tamanho superior do desejado • Exigem desmonte secundário. • Dificulta o carregamento, transporte e a britagem. • Aumento no custo de manutenção dos equipamentos. • Exige equipamento de grande porte para blocos grandes. • Gera problemas ambientais Quantidade de finos • Aumento da razão de carregamento e dos custos no desmonte primário. • Aumento no custo de manutenção na britagem. • Redução da quantidade de blocos. • Gera problemas ambientais (poeira excessiva). SISTEMA ELETRÔNICO O sistema de iniciação eletrônico consiste da interação entre 2 componentes: espoleta eletrônica e os mecanismos computadorizados de acionamento. Trata-se de um sistema similar ao elétrico, entretanto os dispositivos eletrônicos proporcionam maior segurança, versatilidade e precisão nos ajustes de tempo. Apesar de toda sua eficiência tem como principal desvantagem o alto custo. Esse sistema é aplicado em situações especiais que exigem maior controle rigoroso dos nos ajustes dos tempos de retardo. MONITORAMENTO E AVALIAÇÕES DO DESMONTE Como as propriedades de um maciço rochoso variam espacialmente, cada rocha reage de maneira diferente na interação explosivo/rocha, de acordo com a localização dos pontos de aplicação da energia transferida pelo explosivo no maciço rochoso. Daí, tem-se a necessidade de estudar o maciço rochoso e adotar um plano de desmonte que se ajuste as condições ideais, com o objetivo de obter uma melhor fragmentação e, conseqüentemente, menor dano ao meio ambiente. Entre os vários métodos de monitoramento e avaliação do desmonte destacam- se:  Perfilagem da bancada;  Verificação e avaliação de possíveis desvios de perfuração;  Monitoramento sismográfico;  Medição de velocidade de detonação;  Medição da sobrepressão e ruídos;  Verificação da pressão de detonação;  Medição dos tempos reais de retardo;  Monitoramento de trincas;  Fotografia de alta velocidade e vídeo de alta definição;  Analise granulométrica.
  • 6. 6 A parte principal do sistema eletrônico de detonação é composta pela espoleta eletrônica associada ao programador (logger) e ao sistema de ignição (blaster). O logger é um dispositivo de programação onde são definidos os tempos de retardo. Cada espoleta é identificada pelo o sistema e permite que seja programada de acordo com as características operacionais do desmonte. Além disso, permite simular a seqüência de detonação antes ou após do carregamento dos furos.O sistema de ignição tem capacidade de iniciar até 1600 espoletas com condições satisfatórias de segurança. A iniciação das cargas só acontece após a liberação de um dispositivo de segurança conectado ao iniciador. A operação pode ser interrompida mesmo após ser iniciada a contagem do tempo. Os programas que simulam as operações de desmonte permitem a programação dos devidos retardos e, assim, observá-los em diferentes velocidades. Isto é feito com o objetivo de prever possíveis correções ou alterações na seqüência da detonação previamente escolhida, como também verificar erros de projeto. APLICAÇÕES DO SISTEMA O sistema eletrônico de iniciação representa uma revolução nas operações de desmonte, permitindo uma maior segurança e controle dos tempos de iniciação, adequando a operação as exigências das normas técnicas e ambientais. Entre as muitas características podemos citar:  Sistema totalmente programável no furo de 0 - 8.000 ms, em incrementos de 1 ms;  Conexão perfeitamente segura feitas através de conectores;  Comunicação bidirecional entre o equipamento de controle e as espoletas; possibilitando a avaliação do sistema antes da detonação.  Fácil de se usar e programar  Planos de detonação digitais facilmente projetados com o software  Um espoleta de tamanho único e padronizado que se adapta a todos os boosters convencionais;  Espoleta padrão com carga primária protegida, oferecendo resistência a pressão dinâmica até 100 MPa (14,700 psi);  Sistema de hardware e software totalmente autotestáveis. A aplicação esse sistema é recomendada em situações que exigem um controle rígido do ponto de vista técnico, segurança e ambiental, etc., dentre as quais podemos citar:  Controle de vibrações, próximos a estruturas e a ambientes sensíveis;  Desmontes complexos,  Controle rígido do maciço remanescente, permitindo uma maior estabilidade e segurança;  Minimização da diluição do minério;  Otimização do lançamento da pilha. As empresas que fazem uso dessas espoletas são a Orica Brasil Ltda. e a Joule Comercial Ltda. A Pedreira Cantareira do Grupo Holcim esta atualmente desenvolvendo um programa de aplicação dessas espoletas em suas operações, apresentando bons resultados. O trabalho e campo foram divididos em 4 etapas. A primeira consistiu da elaboração do plano de fogo com base nos dados levantados do “bore track”, da geologia, tipos de equipamentos, altura da bancada e efeitos no meio ambiente. Na definição das variáveis foi utilizado o
  • 7. 7 programa SHOTPlusTM determinando a malha de furação, forma de carregamento e a iniciação de cada espoleta. Na segunda etapa, com o uso de um teodolito, foram definidos os furos de acordo com o plano de fogo. Logo após, é iniciada a perfuração com sua orientação também já definida, utilizando perfuratrizes pneumáticas com diâmetro de 3” e com profundidade variando entre 14 à 18 metros. Essa etapa só se encerra com a aferição dos furos através de um inclinômetro, onde são verificados previamente os possíveis desvios para posterior correção. Na terceira fase os furos já estão previamente preparados para operação de carregamento, que é feito de acordo com as condições de cada furo. Logo após a verificação dois reforçadores são escorvados iniciando o carregamento. Antes de iniciar o carregamento com o explosivo principal, no caso emulsão bombeada, é verificada a densidade do explosivo e se for preciso ajustada. Esses ajustes são possíveis, porque neste caso é utilizada uma unidade móvel de emulsão bombeada, o que permite o ajuste da mistura explosiva no momento do carregamento conseguindo a densidade adequada da carga. No caso de furos extensos (mais de 10 m), são utilizadas duas escorvas separadas por um deck no cento da coluna explosiva. A ultima fase consiste na operação de conexão dos fios que fazem as ligações com a linha de tronco (em paralelo) e simultaneamente, é feita a programação dos tempos de iniciação de cada espoleta em função dos dados simulados. A figura abaixo mostra a área no topo da bancada a ser desmontada (2002). Figura 1 - Área no topo da bancada a ser desmontada (2002). Para controle e monitoramento das vibrações e sobrepressão acústica ocasionada pelas detonações são utilizados sismógrafos. ANÁLISE DOS RESULTADOS O trabalho teve como objetivo analisar os resultados dos desmontes realizados durante os meses de março a setembro de 2002, na pedreira Cantareira, com o sistema eletrônico de detonação da I-kon, utilizado pela Orica do Brasil Ltda. e, a partir daí, sugerir ações e novos estudos para a melhoria do desempenho das operações subseqüentes.
  • 8. 8 O resultado do monitoramento do desmonte foi satisfatório, demonstrando que a vibração originada nas detonações dos bancos estava abaixo do limite estipulado, conforme ilustra a tabela abaixo. Todos estes resultados foram obtidos em desmontes com furos de 3” e as cargas distribuídas em 2 decks por furo. O único resultado que ficou acima do limite da norma da Cetesb (4,2 mm/s), foi o do dia 12 de julho, já que foi utilizado um tempo de retardo entre cargas explosivas menor, com a finalidade de melhorar a fragmentação. Esta sobreposição de onda também foi favorecida pela posição e seqüência de detonação dos furos, relativa ao ponto onde foi instalado o geofone. Com o objetivo de retornar as condições anteriores foi aumentado o tempo de retardo para 16 ms. Tabela 3 - Resultados da velocidade de partícula versos retardo por cargas. Data PPV (mm/s) Vert. (mm/s) Banco Geof. Freq Max/Mín(Hz) Ret/Cargas ( ms) 28/fev 3.03 1.78 1017 1 57/64 15 12/mar 2.68 1.52 1040 2 37/57 15 26/mar 0.933 0.762 1017L 2 30/39 25 09/abr 2.44 1.65 1017 1 73/85 5 16/abr 2.65 2.29 1017 1 73/>100 5 19/abr 2.31 2.03 1040L 1 37/51 15 24/abr 1.89 1.65 1017L 2 37/51 15 14/jun 0.899 0.635 1040L 2 57/85 3 12/jul 6.85 6.1 1040L 1 27/57 3 23/jul 1.36 1.14 1017L 1 57/85 16 02/ago 1.74 1.65 1040L 3 26/73 16 16/ago 2.16 2.16 1040L 3 19/39 16 27/ago 0.933 0.635 1040L 3 19/51 16 30/ago 1.36 1.02 1070L 3 18/47 16 03/set 1.91 1.9 1017L 3 34/64 16 06/set 1.38 1.27 1040L 3 37/73 16 13/set 1.24 0.635 1017L 3 47/73 16 24/set 2.2 1.52 1017L 1 32/73 16 Ainda foram analisados outros valores, de acordo com os locais de instalação do geofone: (1), (2) e (3). Pela análise do gráfico abaixo se verifica uma tendência de redução na sobrepressão nos pontos de captação.
  • 9. 9 Figu
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