PERFURAÇÕES DE ROCHAS

8.1 HISTÓRICO

Desde os tempos pré-históricos, o homem tem sido compelido a

trabalhar com rocha a fim de atender às diversas necessidades. A procura de

sílex, para utilização nas ferramentas da idade da pedra, iniciou a mineração já

em 15 000 a.C.

Por volta de 3 000 a.C. depósitos metálicos eram trabalhados no Egito

e no Oriente Próximo, tendo-se conhecimento de que várias minas de metais

estavam em operação na Europa em torno de 1 600 anos antes de nossa era,

como por exemplo, as minas de estanho de Cornwall.

O desenvolvimento técnico sempre tem sido determinado pelas fontes

de energia disponíveis. Nas minas de sílex da Idade do Bronze desde 3 000 a.C.,

e durante cerca de 4 700 anos – a instalação de fogueiras era o método de

mineração predominante. A rocha era aquecida pelo fogo e em seguida resfriada

com água de maneira à forçar o aparecimento de fissuras. A pólvora começou a

ser utilizada nas operações de mineração na Europa no século XVII, tendo o

aparecimento da nitroglicerina ocorrido em 1 870.

A perfuração a rotopercussão é o sistema mais clássico de

perfuração de minas e sua aparição coincide com o desenvolvimento

industrial do século XIX. As primeiras máquinas protótipos de Singer (1838) e

Couch (1848) utilizavam vapor para seu acionamento, porém foi com a

aplicação posterior do ar comprimido como fonte de energia, e na execução

do túnel de Mont Cenis em 1861, quando este sistema evoluiu e passou a ser

usado de uma forma extensiva.

A primeira perfuratriz tipo martelo, foi construída em 1 896 e em

meados de 1940 as pontas forjadas das brocas foram substituídas por

carboneto de tungstênio. Paralelamente com as técnicas de perfuração, as

técnicas de detonação e desmonte também foram desenvolvidas.

A idéia de perfurar minas na rocha surgiu quando as operações de

mineração passaram do simples acender de fogueira para as detonações com

explosivos. Antes de 1860, quando as perfuratrizes pneumáticas começaram

a ser utilizadas, a perfuração manual era o único método concebível.

8.2 INTRODUÇÃO

A perfuração das rochas dentro do campo dos desmontes é a

primeira operação que se realiza e tem como finalidade abrir uns furos, com

a distribuição e geometria adequada dentro dos maciços, para alojar as

cargas de explosivos e seus acessórios iniciadores.

Os sistemas de perfuração da rocha que tem sido desenvolvidos e

classificados por ordem de aplicação são:

a) MECÂNICOS

Percussão

Rotação

Rotopercussão

b) TÉRMICOS

Maçarico ou lança térmica

Plasma

Fluido quente

Congelamento

c) HIDRÁULICOS

Jorro de água

Erosão

Cavitação

d) SÔNICOS

Vibração de alta freqüência

e) QUÍMICOS

Micro desmonte

Dissolução

f) ELÉTRICOS

Arco elétrico

Indução magnética

g) SÍSMICOS

Raio laser

h) NUCLEARES

Fusão

Fissão

Na mineração e obras públicas os métodos mecânicos são os

mais utilizados. As componentes principais de um sistema de

perfuração desse tipo são: a perfuratriz que é a fonte de

energia mecânica, a haste que é o meio de transmissão de

energia, a broca que exerce sobre a rocha a dita energia e o

fluido que efetua a limpeza e a evacuação dos detritos

produzidos

Tipologia dos trabalhos de perfuração

Dentro da ampla variedade dos trabalhos de escavação com explosivos,

se tem desenvolvido um grande número de equipamentos que dão lugar a

um dos procedimentos de perfuração, que são:

a) PERFURAÇÃO MANUAL: Se leva a cabo com equipamentos ligeiros,

manuseados à mão pelos operadores. Se utiliza em trabalhos de

pequena envergadura onde por causa das dimensões não é possível

utilizar outros equipamentos ou não é justificado economicamente seu

emprego.

b) PERFURAÇÃO MECANIZADA: Os equipamentos de perfuração são

montados sobre umas estruturas, do tipo mecânico, com os quais o

operador consegue controlar os parâmetros da perfuração. Estas

estruturas ou chassis podem ser montados sobre pneumáticos ou

esteiras e serem automotrizes.

Por outro lado, os tipos de trabalho, tanto em obras de superfície como

subterrâneas, podem classificar-se nos seguintes:

a) PERFURAÇÃO DE BANCOS: Esse é o melhor método para o desmonte

de rocha já que se dispõe de uma face livre para a saída e projeção do

material e permite uma sistematização dos trabalhos. Se utiliza tanto em

projetos a céu aberto e subterrâneos com furos verticais ou inclinados,

geralmente, e também horizontais, em alguns casos pouco freqüentes.

b) PERFURAÇÃO DE PRODUÇÃO: Esta terminologia se utiliza nas

explorações mineiras, fundamentalmente subterrâneas, para aqueles

trabalhos de extração do mineral. Os equipamentos e os métodos variam

segundo os sistemas de exploração.

c) PERFURAÇÃO DE CHAMINÉS: Em muitos projetos subterrâneos de

mineração e obra pública é preciso abrir chaminés. Bem que existe uma

tendência pela aplicação do método Raise Boring, ainda hoje se utiliza o

método de furos longos e outros sistemas especiais de perfuração

combinadas com o desmonte.

d) PERFURAÇÃO DE ROCHAS COM CAPEAMENTO: A perfuração dos

maciços rochosos sobre os quais existem capeamentos obrigam a

utilização de métodos especiais de perfuração com tubulações.

e) REFORÇO DAS ROCHAS: Em muitas obras subterrâneas e algumas a céu

aberto é necessário realizar o reforço das rochas, mediante ao uso de

tirantes, cavilhas split set, cintas metálicas, redes metálicas, etc., sendo a

perfuração a fase prévia em tais trabalhos.

Outros critérios que intervém na seleção dos equipamentos de perfuração

são: econômicos, desenho mecânico, manutenção e serviço, capacidade

operativa, adaptação aos equipamentos de exploração e as condições da

área de trabalho (acessibilidade, tipo de rocha, fontes de energia, etc.)

8.3 PERFURAÇÃO ROTOPERCUSSIVA

A perfuração a roto: percussão é o sistema mais clássico de perfuração de

rochas e, sua aparição coincide com o desenvolvimento industrial do século

XIX. As primeiras máquinas protótipos de Singer (1838) e Couch (1848)

utilizavam vapor para seu acionamento, entretanto foi com a aplicação de ar

comprimido como fonte de energia, na execução do túnel de Mont Cenis, em

1861, quando esse sistema evoluiu e passou a ser usado de forma extensiva.

As perfuratrizes rotativas: percurssivas apresentam rotação contínua, além

de percussão sobre a broca. Diferem das perfuratrizes percussivas porque

estas, além do porte menor, têm rotação da broca, descontínua. Outra

diferença reside em serem utilizadas para perfuração de diâmetros menores,

geralmente de 38 mm a 89 mm, podendo chegar a 125 mm.

O movimento de rotação contínuo pode ser produzido por motor de pistões,

colocado no cabeçote da perfuratriz ou por motor independente da

perfuratriz.

A velocidade de penetração conseguida por um equipamento rotativo –

percurssivo depende dos seguintes fatores:

características geomecânicas, mineralógicas e de abrasividade

das rochas;

potência de percussão da perfuratriz;

empuxo sobre a broca;

comprimento da perfuração;

limpeza do fundo do furo;

condições de trabalho;

eficiência do operador

Para um dado equipamento, a velocidade de penetração pode ser

estimada através dos seguintes procedimentos:

extrapolando os dados obtidos em outras condições de trabalho;

com fórmulas empíricas;

mediante ensaios de laboratórios sobre amostras

representativas.

Os equipamentos rotativos – percurssivos se classificam em grupos, segundo

onde se encontra o mecanismo de percussão:

Perfuratriz na parte superior: Nestas perfuratrizes dois dos acionamentos

básicos, rotação e percussão, se produzem fora do furo. O esforço de

percussão para a extremidade da broca é feito através de segmento de aço,

unidos por roscas. As perfuratrizes na parte superior podem ser pneumáticas ou

hidráulicas

Perfuratrizes Pneumáticas: São acionadas por ar comprimido; seu campo de

atuação tem sido estreitado cada vez mais aos furos curtos de comprimento

entre 3 e 15m, de diâmetro pequeno, em rochas duras e terrenos de difícil

acesso.

Porém apresentam algumas vantagens, tais como:

grande simplicidade

facilidade de reparos

baixo preço de aquisição

possibilidade de utilização de antigas instalações de ar comprimido

Perfuratrizes Hidráulicas: Ao final dos anos 60 e início dos anos 70, ocorreu

um grande avanço tecnológico nas perfurações de rochas com o

desenvolvimento das perfuratrizes hidráulicas. Uma perfuratriz hidráulica

consta basicamente dos mesmos elementos construtivos de uma pneumática.

A diferença mais importante entre os sistemas é que em lugar de utilizar ar

comprimido, gerado por um compressor, utiliza-se um grupo de bombas que

aplicam um volume de óleo, que aciona os componentes.

As razões pelas quais a perfuratriz hidráulica supõe uma melhora tecnológica

sobre a pneumática são as seguintes:

Menor consumo de energia ( 1/3 da pneumática)

Menor custo dos acessórios de perfuração (20%)

Maior capacidade de perfuração

Maior elasticidade da operação

Maior facilidade para a automatização

Os inconvenientes são: maior investimento inicial, reparos mais complexos,

requerendo-se uma melhor organização e formação de pessoal de

manutenção.

Perfuratriz furo abaixo (down the hole – dth): Essas perfuratrizes se

desenvolveram em 1951 por Stenvick e desde então vem sendo utilizadas

com uma ampla profusão em explotações a céu aberto, de rochas de

resistência média em uma gama de diâmetros de 105 a 200 mm, bem que

existem modelos de diâmetro de 915 mm. As perfuratrizes de furo abaixo

foram desenvolvidas para evitar a dissipação de energia. O mecanismo de

percussão, ao invés de ficar na superfície, está na extremidade da broca.

Como vantagens da perfuratriz de furo abaixo, temos:

Não ocorre dissipação de energia de percussão

A limpeza do furo é mais eficiente

Rendimento em metros de furo é maior para a mesma quantidade

de ar.

E como desvantagens, temos:

A velocidade de perfuração é menor

A vida útil das pastilhas (material que rompe a rocha) é menor

Não trabalha bem em rocha muito fraturada ou na presença de

água.

SISTEMAS DE AVANÇO

Para obter um rendimento elevado das perfuratrizes, as brocas devem estar

em contato com a rocha e na posição adequada no momento em que o

pistão transmite sua energia mediante o mecanismo de impacto. Para

conseguir isto, tanto na perfuração manual como na mecanizada se deve

exercer um esforço sobre a broca que oscila entre 3 e 5 KN, para os

equipamentos do tipo pequeno, até os maiores de 15 KN nas perfuratrizes

grandes.

Os sistemas de avanço podem ser os seguintes:

a) Empurradores ( avanço pneumático) – jack – leg

Basicamente, consta de dois tubos. Um exterior de alumínio ou de um metal

ligeiro, e outro interior de aço que vem unido à perfuratriz.

b) Deslizadores de corrente

Este sistema de avanço é formado por uma corrente que se desloca por dois

canais que é arrastado por um motor pneumático ou hidráulico, segundo o

fluido que se utiliza no acionamento. As vantagens desse sistema , que é

muito utilizado tanto em superfície como subterrâneo são: baixo preço,

facilidade de reparos e a possibilidade de grandes longitudes de avanço.

As desvantagens são: maiores desgastes em ambientes abrasivos,

perigoso quando se rompe a corrente.

c) Deslizadores de parafuso

Nestes deslizadores o avanço se produz ao girar o parafuso acionado

por um motor pneumático. As principais vantagens desse sistema

são: força de avanço regular e suave, grande resistência ao

desgaste, muito potente e adequado para furos profundos, menos

volumosos e mais seguro que o sistema de corrente. Os

inconvenientes que apresentam são: alto preço, maior dificuldade de

reparos e comprimento limitados.

d) Deslizadores por cabo

No Canadá, existe um sistema muito popular que vai montado sobre

uns jumbos denominados “stopewagons”. Basicamente consta de

um perfil oco de extensão sobre o qual desliza a perfuratriz. O

funcionamento do pistão é automático. As vantagens são: baixo

preço, a simplicidade e facilidade de reparos, a robustez e a vida útil

em operação. Os inconvenientes são: limitados a equipamentos

pequenos e a furos poucos profundos, as perdas de ar através dos

extremos são perigosas no caso de ruptura dos cabos.

e) Deslizadores hidráulicos

O rápido desenvolvimento na hidráulica na última década permitiu esse

tipo de deslizadores, inclusive se utiliza em perfuratrizes pneumáticas.

O sistema consta de um cilindro hidráulico que desloca a perfuratriz ao

longo da viga suporte. Têm como vantagens a simplicidade e robustez,

facilidade de controle e precisão, capacidade para perfurar grandes

profundidades e adaptabilidade a grande variedade de máquinas e

comprimento de furos. As desvantagens são: maiores preços,

necessidade de um acionamento hidráulico independente, pior

adaptação nas perfuratrizes percussivas que nas rotativas e desgaste

no cilindro de empuxo.

SISTEMAS DE MONTAGEM

Há dois sistemas de montagem para as perfuratrizes rotativas: sobre

esteiras ou sobre pneumáticos. Os fatores que influenciam na eleição de

um tipo ou outro são as condições de terreno e o grau de mobilidade

requerido.

Na superfície de trabalho que apresenta fortes inclinações, desnível, a

montagem sobre esteiras é mais indicada, já que proporciona a máxima

estabilidade, manobrabilidade. A principal desvantagem é a sua baixa

velocidade de translação, que é de 2 a 3 Km/h.

Pelos tipos de trabalho que realizam os equipamentos de perfuração, os

sistemas de montagem podem diferenciar-se segundo sejam para aplicação

subterrânea ou a céu aberto. Dentro deste epígrafo também se descrevem

as perfuratrizes manuais.

SISTEMAS DE MONTAGEM PARA APLICAÇÕES SUBTERRÂNEAS

Os sistemas de perfuração que mais se utilizam em trabalhos

subterrâneos são os seguintes:

Jumbos para escavação de túneis e galerias, explotações por

corte e enchimento, por câmaras e pilares, etc;

Perfuratrizes de furos longos em leque para o método de

câmaras por subníveis;

Perfuratrizes de furos longos para sistemas de crateras

invertidas e câmaras por banco.

Jumbos

Os jumbos são unidades de perfuração equipadas com um ou vários

martelos perfuradores cujas principais aplicações em trabalhos

subterrâneos se encontram em:

Avanços de túneis e galerias;

Colocação de parafusos de sustentação da rocha e perfuração

transversal;

Bancos com furos horizontais;

Mineração por cortes e enchimentos.

Os jumbos podem ser rebocados ou mais habitualmente

autopropulsores. A montagem sobre esteiras se utiliza em pisos ruins,

galerias estreitas, com altas inclinações (15º a 20º) e poucas curvas. Não

são muito freqüentes em trabalhos subterrâneos. Os jumbos sobre

pneumáticos possuem velocidades de aproximadamente 15 Km/h. Os

jumbos sobre trilhos, tem caído em desuso. Os braços dos jumbos

modernos são acionados hidraulicamente, existindo uma grande

variedade de modelos. O número e dimensões dos braços está em

função do avanço requerido, da seção do túnel e do controle da

escavação.

Perfuratrizes de furos longos em leque

Na mineração metálica subterrânea se aplicam com freqüência os

métodos de explotação conhecidos por câmaras e pilares e afundamento

por subníveis. Para o arranque com explosivos é necessário perfurar com

precisão furos de comprimentos entre 20 e 30 m, dispostos em leque

sobre um plano vertical ou inclinados, ascendentes ou descendentes. Os

equipamentos constam de perfuratrizes montadas sobre avanços,

geralmente de parafuso sem fim. Ultimamente, o emprego de martelos

hidráulicos e hastes pesadas, permitem chegar a diâmetros de 102 e 115

mm, tornando de novo interessante este método.

Perfuração de furos longos de grandes diâmetros

A aplicação do método das crateras invertidas ou seu derivado

de furos longos tem feito nesses últimos anos uma revolução na

mineração metálica subterrânea, já que permite emprego de grandes

diâmetros e esquemas de perfuração, que se traduzem em altos

rendimentos e produtividades e baixos custos de arranque. A perfuração

se realiza em diâmetros que oscilam entre os 100 e 200 mm.

SISTEMAS DE MONTAGEM PARA APLICAÇÕES A CÉU ABERTO

Nos trabalhos a céu aberto os sistemas de montagem das perfuratrizes

são: chassis ligeiros com pneumáticos, carros de esteiras ou sobre

caminhões.

Os carros de perfuração totalmente hidráulicos apresentam sobre os

equipamentos pneumáticos as seguintes vantagens:

menor potência instalada;

menor consumo de combustível;

desenho robusto e compacto;

velocidade de deslocamento elevada;

grande poder de manobra;

ampla gama de diâmetros de perfuração, 65 a 125 mm,

existindo no mercado equipamentos que trabalham entre 200 e 278 mm;

velocidade de perfuração de 50 a 100% mais altas que as

unidades pneumáticas;

melhores condições ambientais;

menores custos de perfuração.

Os inconvenientes são:

maior preço de aquisição;

necessita de uma manutenção mais cuidadosa e qualificada;

a indisponibilidade mecânica é maior que nos equipamentos pneumáticos

que são de fácil reparo.

Marteletes

É uma perfuratriz de múltiplas aplicações, destinadas a trabalhos em

pedreiras no desmonte primário e secundário (fogacho) e obras de

construção, tem limpeza de ar permitindo sopro adicional para limpeza do

furo. São também utilizadas para execução de furos nos tetos de túneis e

galerias, para perfuração de chaminés, etc. Como todas as perfuratrizes

destinadas a trabalhos subterrâneos têm limpeza a água, algumas são

convenientemente utilizadas com avanços pneumáticos de coluna. Os

marteletes utilizam brocas que transmitem à rocha os esforços criados na

perfuratriz. Através de sua extremidade cortante é feito o avanço efetivo na

rocha.

As brocas são de dois tipos distintos. Brocas integrais ou

monobloco, são aquelas em que as partes componentes constituem uma

peça única. Por isso, para se atingir diferentes cotas de aprofundamento do

furo, são necessárias brocas de vários comprimentos. Com a primeira

broca, quando totalmente cravada, atinge-se uma certa profundidade. Para

continuar a perfuração deve-se substituir a broca inicial por uma outra, de

maior comprimento.

As brocas integrais foram primeiramente introduzidas em 1947 e

ainda continuam populares.

O segundo tipo de brocas é as brocas de extensão. Nesse tipo de

brocas obtém-se, maior profundidade de furo, portanto, pela adição de

segmentos de aço que são rosqueadas. Para maior compreensão pode-se

dizer que são semelhantes a tubos rosqueados por meio de luvas. Obtém-

se o comprimento desejado rosqueando-se uma série de tubos.

As brocas integrais compõem-se das seguintes partes: punho,

colar, haste e coroa.

Punho: é a extremidade da broca que penetra e se encaixa no mandril

da perfuratriz. Tem forma hexagonal para poder transmitir o esforço de

rotação. A superfície de impacto recebe os impactos do pistão e os

transmite à haste.

Colar: limita o comprimento da broca que penetra na perfuratriz. Tem

diâmetro maior que o punho e que a bucha do mandril.

Haste: transmite à coroa os esforços recebidos da perfuratriz pelo punho.

Coroa: onde fica a pastilha que é obtida pela sinterização de carboneto

de tungstênio (WC) e cobalto (Co). O carboneto de tungstênio determina

a dureza da pastilha. Assim, quanto maior e seu teor na pastilha, mais

dura ela será e apresentará maior resistência ao desgaste, por outro

lado, menor será sua tenacidade e resistência aos choques. O cobalto é

o componente determinante da tenacidade da pastilha. Quanto maior for

seu teor, maior será sua tenacidade. Portanto, resistirá mais ao impacto,

implicando entretanto em menor resistência ao desgaste. Após estudos

e experiências, fabricam-se atualmente três tipos básicos de pastilhas,

que atendem aos tipos de rocha encontrados normalmente:

com elevado teor de cobalto, para rochas muito duras;

com teor médio de cobalto, para rochas comuns;

com elevado teor de carboneto de tungstênio, para rochas

muito abrasivas.

Embora os bits em cruz apresentam uma melhor performance em rochas

com presença de fissuras ou juntas, os bits em bisel são mais procurados

por serem de mais fácil afiação.

As aplicações mais importantes nos trabalhos a céu aberto são: furos de

levante, fogacho e repés, perfuração para obras de pequena envergadura,

demolições, etc. Nos projetos subterrâneos, se utilizam com equipamentos

de produção de túneis e galerias de pequena seção e longitude.

Usualmente a perfuração de bancadas, com utilização de brocas integrais,

tem seu limite econômico em torno de 4,8 m de profundidade. Os

diâmetros de perfuração usando broca integral são de 25 a 40 mm e

comprimento de 0,4 a 6,4 m.

Série de brocas: é o conjunto de brocas de comprimentos modulado

necessário para se atingir uma determinada profundidade de perfuração.

Nas diferentes brocas de uma mesma série existe uma redução de diâmetro

da coroa. Essa redução é gradual e inicia-se das brocas mais curtas para as

mais compridas. Assim as brocas mais compridas têm diâmetro inferior as

mais curtas. A redução é constante e de 1 mm. Geralmente as brocas de

0,40 m são utilizadas nos casos em que, face às condições de serviço, haja

dificuldade para iniciar o furo ( emboque) com brocas de maiores

comprimentos. As brocas de 19 mm (3/4 “) e 22 mm (7/8”) são utilizadas na

perfuração do desmonte secundário (fogacho). As brocas de 25,4 mm (1’)

são usadas normalmente em perfuratrizes de maior potência, providas de

mecanismos de avanço.

O número de impactos das perfuratrizes pneumáticas é da ordem de 2 000

por minuto e nas hidráulicas de 2 900 impactos por minuto.

A vida útil da broca depende:

do tipo e estrutura da rocha;

do manuseio e armazenamento da broca;

das características da perfuratriz;

da operação da perfuratriz;

do estado de conservação da perfuratriz;

dos cuidados da afiação da broca

Intervalos de reafiação:

Um bit de botão precisa ser reafiado quando se nota perda da

velocidade de penetração ou se houver metal duro danificado com

freqüência. Pequenos bits de botão usados em perfuratrizes pares

“drifting” geralmente não costumam ser afiados. Os bits de botões

maiores devem ser reafiados para obter o máximo de rendimento e

economia. A velocidade de perfuração começa a diminuir quando os

planos de desgaste se tornarem a metade do diâmetro do botão. Porém

para otimizar a economia de reafiação e facilitar esta operação,

recomenda-se afiá-los quando o desgaste tiver um plano de 1/3 do

diâmetro do botão.

Bits em cruz ou em X devem ser reafiados quando o plano

desgastado chegar a uma largura de 3 mm medindo uma distância de 5

mm da periferia. Esta media pode ser controlada usando um gabarito

para reafiação.

A coroa possui na sua parte frontal, pastilhas de metal duro,

convenientemente dispostas, de forma a atender a varredura completa

do fundo do furo eficientemente.

Quanto à forma dessas pastilhas, as coroas podem ser classificadas

em:

coroas em bisel ou convencionais

coroas em botões

As coroas em botões apresentam as seguintes vantagens com

relação às convencionais:

maior velocidade de penetração;

maior intervalo entre reafiações;

maior vida útil;

maior dureza das pastilhas;

melhor acabamento do furo;

menor tendência de prender a coroa;

As coroas em botões apresentam as seguintes desvantagens:

tendência a maiores desvios em formações rochosas

fraturadas;

maior desgaste em certos tipos de rochas;

processo manual de afiação, exigindo maior habilidade do operador

Cálculo dos componentes da perfuratriz

a) Profundidade Total perfurada por ano (PT)

PT = Nf x Hf x Nd

Sendo:

Nf = número de furos por dia

Hf = comprimento do furo

Nd = número de dias trabalhados durante o ano

b) Relação entre m de haste e m de furo ( metros de haste e metros de

furo)

K =(Hf + C) / 2C

Sendo:

K = relação entre metros de haste e metros de furo

Hf = comprimento do furo

C = comprimento de haste

c) Número de hastes (NH) e luvas (NL)

NH e NL = (PT x K) / vida útil

d) Número de punhos (NP)

NP = PT / vida útil

e) Número de coroas (NC)

NC = PT / vida útil

Exemplo n.º 1

Uma empresa de mineração utiliza uma Crawler – Drill para execução

dos furos para detonação em sua mina a céu aberto. Os furos tem 9 m

de comprimento e as hastes utilizadas medem 3 m. A empresa realiza 9

furos por dia e trabalha 360 dias por ano.

A vida útil dos componentes da broca de extensão é a seguinte:

punho: 90 m

coroas: 250 m

hastes e luvas: 1 000 de haste

Pede-se calcular o n.º de componentes gastos anualmente.

Solução: Profundidade total perfurada por ano (PT):

PT = Nf x Hf x Nd = 9 x 9 x 360 = 29 160 m

Relação entre m-de=haste (MH) e metros de furo

K = (9+3) / 2 x 3 = 2

Número de hastes e luvas (Nh e NL)

Nh e NL = (PT x K) / vida útil = 29 160 x 2 / 1000 = 58

Número de punhos (Np)

Np = PT / vida útil = 29 160 /

900 = 32

Número de coroas (Nc )

Nc= PT / vida útil= 29 160 /250 = 117

Tricones

A aparição dos tricones como ferramenta de perfuração remonta do

ano de 1910. Pode-se dizer que até o desenvolvimento dos equipamentos

rotativos na década de 60 não se logrou um aperfeiçoamento no desenho e

fabricação deste tipo de coroa que se utilizava maciçamente em mineração.

No princípio, só eram utilizadas nas formações brandas ou de pouca

resistência, entretanto, na atualidade a perfuração rotativa permite o emprego

em rochas duras.

A seleção do tipo de tricone é influenciada pela resistência à compressão da

rocha e sua dureza. Normalmente, os usuários enviam amostras às

companhias fabricantes de tricones para que assessorem sobre o tipo de

coroa a utilizar, velocidades de penetração prováveis e duração em metros.

No final desta apostila há uma figura que relaciona o tipo de tricone com o tipo

de formação rochosa.

SISTEMAS DE LIMPEZA

O sistema de limpeza adotado na maioria das perfuratrizes

consiste na introdução no furo, de um fluido que pode ser água ou ar

comprimido, através da extremidade da broca, afim de remover os resíduos

de rocha produzidos pelo avanço de perfuração.

São duas basicamente, as finalidades do fluxo do agente de limpeza:

apresentar à coroa uma nova superfície de rocha limpa, a cada

impacto do pistão da perfuratriz;

retirar, continuamente, do interior do furo, esse material

desagregado.

Subsidiariamente, o agente de limpeza exerce também a função

de resfriamento da coluna, particularmente da coroa, observando-se que a

água (com ou sem detergente) promove um melhor arrefecimento que o ar.

Além disso, o agente de limpeza lubrifica as superfícies em

contato com a coroa ao longo da coluna, reduzindo o atrito.

FONTES DE ENERGIA

As fontes primárias de energia podem ser motores diesel ou

elétricos. As perfuratrizes com um diâmetro acima de 9” ( 230 mm) está

generalizado o emprego de energia elétrica a média tensão, alimentando a

perfuratriz com corrente alternada mediante cabo de quatro condutores com

recobrimento de borracha.

As perfuratrizes medianas ou pequenas, que são montadas sobre

caminhões, podem ser acionadas por um ou dois motores a diesel. Também

existem perfuratrizes diesel-elétricas, projetadas para minas de grande

produção, sem infra-estrutura de energia elétrica.

FATORES QUE INFLUENCIAM NA PRECISÃO DA PERFURAÇÃO

influência do operador;

diâmetro do furo (pequenos furos são mais susceptíveis a

desvios em condições geológicas adversas);

limitações de profundidade: a profundidade e as

características das rochas determinam se a perfuratriz deve ser de furo

acima ou de furo abaixo (down the hole – DTH);

dispositivos de alinhamento: quanto menor for a unidade de

furação maior será o desvio. Perfuração de furo abaixo ou rotativa

apresentam melhor alinhamento;

geologia local: influência no desvio do furo. As perfuratrizes

de furo abaixo e rotativas possuem menos problemas com a geologia

local.

FURAÇÃO INCLINADA

Vantagens da furação inclinada:

menor backbreak;

menor problema com o chão da praça;

maior lançamento, especialmente em pequenos bancos;

melhor fragmentação em pequenos bancos;

diminuição de matacões;

redução de barulho e vibrações;

redução da razão de carregamento; menor razão de perfuração.

Desvantagens da furação inclinada:

dificuldade em manter ângulos precisos;

maiores problemas com as descontinuidades geológicas;

maior dificuldade no carregamento com explosivos;

freqüentemente não é possível a furação inclinada com os

equipamentos disponíveis;

o embocamento dos furos para determinadas inclinações torna-

se quase que impossível com certos tipos de perfuratrizes, tais como

perfuratrizes manuais;

proporciona maior possibilidade de lançar fragmentos (pombo-

correio) a longas distâncias.

DESVIOS NA PERFURAÇÃO

Durante a perfuração ocorrem normalmente desvios, que vão depender

das características da rocha, do equipamento utilizado, bem como dos

cuidados no decorrer da operação. A posição final do furo será função de

três parcelas:

erro de emboque;

erro de falta de alinhamento do furo;

erro de deflexão

Os desvios podem ocorrer também por problemas na perfuratriz, tais

como:

folga entre o berço de fixação da perfuratriz e o mastro;

folga por desgaste das guias do mastro;

folga nos pinos de fixação dos cilindros de posicionamento da

lança;

vazamento nos cilindros ou problemas na válvula de

acionamento dos sistemas hidráulico;

freios e esteiras com defeitos ou mal regulados;

posicionamento incorreto da carreta de perfuração trazendo

instabilidade ao conjunto.

COLETOR DE PÓ PARA PERFURATRIZ

As partículas menores são conduzidas a um filtro que coleta os finos e

permite a passagem do ar isento de impurezas para a atmosfera. Dentre as

vantagens de sua utilização, podemos citar:

redução da poluição ambiental;

melhor rendimento da perfuração pela melhoria das condições de

limpeza do furo;

melhor acompanhamento da perfuração por parte do operador,

que pode permanecer junto à perfuratriz;

melhores condições de limpeza na área em torno da perfuração,

aumentando a vida útil dos componentes da coluna;

possibilidade de amostragem do material perfurado.

SELEÇÃO DE COROAS E HASTES

Felizmente para os empreendedores mineiros existe uma grande

competição entre os distribuidores de equipamentos de perfuração de

rochas. Entretanto, esse fato, contribui para que a seleção de

equipamentos, torne-se mais difícil. A melhor escolha pode ser feita após a

realização de testes e o cálculo dos custos por unidade de comprimento de

furo perfurado por várias combinações.

RECOMENDAÇÕES DE USO DO EQUIPAMENTO DE PERFURAÇÃO

A) Posicionamento do equipamento de perfuração

A lança ou mastro de avanço da perfuratriz deve ser colocado

firmemente contra a rocha, de tal forma, que não se mova

durante a perfuração. No final desta apostila há uma figura que

ilustra tal fato.

Caso o avanço se mover durante a perfuração, a haste e a

broca de perfuração seriam desalinhadas do centro do furo,

provocando desvios, podendo causar as fraturas do aço.

Em perfuração de bancadas obtém-se um firme posicionamento.

A lança ou mastro de avanço firmemente colocado possibilita o

melhor aproveitamento da força do avanço, com o fim de

otimizar a penetração, aumentando a produtividade.

B) Embocamento

Ligue o ar de limpeza e aproxime o bit do solo, sem ligar a percussão da

perfuratriz. Ligando a percussão cedo demais e/ou antes que o bit tenha

apoio, poderá desapertar as roscas de união e eventualmente danificar os

bites de perfuração.

Com o bit encostado na rocha, aplique a força de avanço reduzida, com

rotação normal, e inicie a percussão também reduzida. Veja figura

ilustrativa no final desta apostila.

Certifique-se de que o ar de limpeza está funcionando. Embocamento sem

ar ou água de limpeza aumentaria a temperatura do bit de perfuração.

Resfriamento repentino provocado pelo ar de limpeza poderá causar

trincas no metal duro. Existe ainda outro perigo, o de que os furos de

limpeza poderiam ficar obstruídos prejudicando a perfuração.

Aumente a força e a energia de percussão, uma vez que, os bits já estejam

com suporte, ou guiados pela rocha. Às vezes, há necessidade de realinhar

o avanço (lança ou mastro) depois de alguns centímetros de perfuração,

para que a haste e o avanço estejam exatamente paralelos. Isto corrige o

empenamento e minimiza o desvio do furo. Em perfuração de bancada,

normalmente o reajuste de alinhamento é desnecessário, desde que o

avanço ou mastro esteja fixado firme e corretamente desde o princípio.

FORÇA DE AVANÇO

Aplicando a força de avanço adequada, teremos melhor economia

na sua perfuração. Se a força de avanço for pequena demais, a velocidade de

penetração também será diminuída e as roscas de acoplamento no trem de

perfuração se afrouxarão. Perfuração com roscas afrouxadas interfere

diretamente na transmissão de energia entre as hastes de perfuração. Isto

causa esforços extraordinários do aço, podendo facilmente ser a origem de

falhas prematuras do material e da perfuratriz. Pode também ser a causa da

fadiga nos botões de metal duro e na soltura dos botões de bits.

Um sinal de força de avanço são os acoplamentos soltos e

aquecidos. Esta alta temperatura provoca um desgaste muito rápido nas

roscas dos punhos, hastes e luvas. A força de avanço pode também ser

demais causando perda na rotação. Isto aumenta o desvio e reduz a

velocidade de penetração. Será também facilmente notado o aumento de

esforços de flexão dos componentes

PERFURAÇÃO

Em perfuração de bancada, o suporte da haste (ou centralizador)

deve ser fechado durante o embocamento. Em drifting, não deixe que a folga

do centralizador e a haste seja grande demais (2 a 3mm, no máximo) .

Verifique sempre as buchas do centralizador e troque-as ou recondicione

quando for necessário.

Continuar uma perfuração com desalinhamento que causa esforços

desnecessários ao aço, apenas aumenta consideravelmente o risco de uma

quebra prematura e paradas desnecessárias que diminuem o resultado de

produtividade.

Ajuste a energia de percussão de acordo com o tipo de rocha a

ser perfurada. Se a rocha for fraturada, reduza a pressão de percussão.

Todas as perfuratrizes modernas possuem uma variedade de dispositivos

para adequar a energia necessária de percussão.

CUIDADOS COM AS HASTES

As recomendações que devem ser seguidas para melhor utilização do

equipamento secionado, são as seguintes:

inverter os extremos das hastes, para obter um desgaste

uniforme das roscas;

promover o rodízio das hastes, para que todas efetuem a

mesma metragem, como exemplificado na figura 22, no final desta

apostila.

Referências Bibliográficas

1. Operações Minerais

Professor Délcio Vieira Reis

Escola de Minas – Universidade Federal de Ouro Preto

2. Desenvolvimento

Professor Dr. Joaquim Maia

Escola de Minas – Universidade Federal de Ouro Preto

3. Perfuração de Rochas

Professor Valdir Costa e Silva

Escola de Minas – Universidade Federal de Ouro Preto

4. Notas de aulas – Curso de Engenharia de Minas

Engenheiro Luiz Carlos Rossini e José Maia Cardoso

5. SANTOS, J.G – Relatório de Estágio – Departamento de

Transporte Pesado. Itabira 2002.

FIM