Aula 4 Características dos furos e calculos de perfuração

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1.10 CARACTERÍSTICAS DOS FUROS 
 
Os furos são geralmente caracterizados por quatro parâmetros: diâmetro, 
profundidade, retilinidade e estabilidade. 
Diâmetro dos furos 
O diâmetro do furo depende da finalidade do mesmo. Em furos para 
detonações, há vários fatores que influem na escolha do diâmetro, por 
exemplo, o tamanho desejado dos fragmentos, após a detonação; o tipo de 
explosivo a ser utilizado, a vibração admissível do terreno durante a detonação 
etc. Em grandes pedreiras e outras minerações a céu aberto, furos de grande 
diâmetro apresentam menores custos de perfuração e detonação por m3 ou 
tonelada de rocha escavada. Nas minas subterrâneas, as dimensões dos 
equipamentos de perfuração são determinadas pelo método de lavra adotado. 
Em trabalhos menores, o diâmetro do furo pode também ser determinado pelo 
tamanho do equipamento disponível para perfuração, carregamento e 
transporte. 
A eleição do diâmetro dos furos depende, também, da produção horária, do 
ritmo da escavação e da resistência da rocha. A figura 5 mostra a relação entre 
os diâmetros e o número de furos, porte dos equipamentos de escavação, 
altura da pilha e granulometria dos fragmentos rochosos após a detonação. 
 
 Figura 5: Influência do diâmetro no n.º de furos, na fragmentação da rocha, 
 na altura da pilha e no porte do equipamento de carregamento. 
A figura 6 mostra a relação entre o diâmetro de perfuração e a seção do túnel 
ou galeria e o tipo de equipamento de perfuração. 
 
 
Figura 6: Influência do diâmetro da perfuração 
 no tamanho da seção da galeria 
Profundidade dos furos 
A profundidade do furo determina a escolha do equipamento de perfuração. Em 
espaços confinados somente ferramentas de perfuração curtas poderão ser 
usadas. 
No caso de maiores profundidades (50 a 70 m ou mais) utiliza-se perfuração de 
fundo de furo, ao invés de martelo de superfície, já que o método de fundo de 
furo proporciona mais eficiência de transmissão energética e remoção dos 
cavacos de rocha a essa profundidade. Quando utilizamos martelos DTH a 
energia é em princípio transmitida da mesma forma com a vantagem de que o 
pistão da perfuratriz trabalha diretamente sobre a broca. 
 
 
Retilinidade do furo 
A retilinidade de uma perfuração varia, dependendo do tipo e natureza da 
rocha, do diâmetro e da profundidade do furo, do método e das condições do 
equipamento utilizado, da experiência do operador. Na perfuração horizontal ou 
inclinada, o peso da coluna de perfuração pode concorrer para o desvio do 
furo. Ao perfurar furos profundos para detonação, o furo deve ser tão reto 
quanto possível para que os explosivos, sejam distribuídos corretamente, para 
se obter o resultado desejado. 
Para compensar o desvio dos furos às vezes é necessário furar com menor 
espaçamento o que resulta em maior custo. Um problema particular causado 
por um furo com desvio é a possibilidade de encontrar-se com um outro já 
perfurado, causando a detonação de cargas por “simpatia”. A probabilidade do 
equipamento se prender é grande e a detonação não pode ser executada 
adequadamente. 
Além do desvio do furo propriamente dito, o alinhamento pode ser afetado pelo 
desalinhamento da lança e pelo cuidado durante o emboque do furo. 
 
 
Estabilidade do furo 
Outra necessidade em perfuração é que o furo permaneça “aberto” enquanto 
estiver sendo utilizado para carregamento de explosivos. Em certas condições, 
por exemplo, quando a perfuração é em material “solto” ou rocha (que tendem 
a desmoronar e tapar o furo), torna-se essencial estabilizar-se o furo com tubos 
ou mangueiras de revestimentos. 
 
 
 
 
1.11 PERFURAÇÃO VERTICAL X INCLINADA 
 Principais vantagens da perfuração inclinada 
 melhor fragmentação; 
 diminuição dos problemas de repé devido ao melhor aproveitamento das 
ondas de 
 choque na parte crítica do furo (linha de greide, pé da bancada); 
 maior lançamento; 
 permite maior malha; 
 permite redução da Razão de Carregamento que pode ser obtida pelo uso 
de 
 explosivos de menor densidade; 
 maior estabilidade da face da bancada; 
 menor ultra-arranque. 
 
 Principais desvantagens da perfuração inclinada 
 menor produtividade da perfuratriz; 
 maior desgaste de brocas, hastes e estabilizadores; 
 maior custo de perfuração; 
 maior comprimento de furo para uma determinada altura da bancada; 
 maior risco de ultralançamentos dos fragmentos rochosos. 
 
1.12 MALHAS DE PERFURAÇÃO 
A geometria das malhas de perfuração pode ser quadrada, retangular, 
estagiada, triângulo eqüilátero ou malha alongada: 
 
 
 
 
 
 
 A 
 
 E 
 
a) malha quadrada b) malha retangular 
 
 
 
 
 
 
 c) malha estagiada (pé de galinha) 
 
Malhas quadradas ou retangulares: devido a sua geometria é de fácil 
perfuração (menor tempo de locomoção de furo a furo). 
Malhas estagiadas: devido a geometria de furos alternados dificulta a 
perfuração (maior tempo de locomoção furo a furo), porém possui melhor 
distribuição do explosivo no maciço rochoso. 
Malha Triângulo Eqüilátero: são malhas estagiadas com a relação E/A = 
1,15. São indicadas para rochas compactas e duras. Possuem ótima 
distribuição da energia do explosivo na área de influencia do furo, maximizando 
a fragmentação. O centro do triângulo eqüilátero, o ponto mais crítico para 
fragmentação, recebe igual influência dos três furos circundantes. 
 
Malhas alongadas: : Conforme a relação E/A as malhas podem assumir 
várias configurações. As malhas alongadas possuem elevada relação E/A, 
geralmente acima de 1,75. São indicados para rochas friáveis/macias 
aumentando o lançamento por possuírem menor afastamentos. 
1.13 SELEÇÃO DOS DIFERENTES TIPOS DE PERFURATRIZES 
A tabela 1 apresenta um resumo dos fatores que devem ser avaliados durante 
o processo de seleção do método e equipamento de perfuração. Durante o 
processo de seleção do método e do equipamento de perfuração é necessário 
discutir e adequar estes fatores às características da jazida ou mina, de forma 
a se fazer a melhor escolha. 
Tabela 1 - Fatores para seleção dos diferentes tipos de perfuratrizes. Fonte: Moraes, 2001 
 
 
 
 
 
Fatores Perfuratriz rotativa Perfuratriz de martelo de superície Perfuratriz de martelo de fundo de furo
 Diâmetro do furo, 
mm
165 a 228 em rocha macia a 
média 250 a 432 em todas 
formações, incluíndo muito 
dura.
38 a 127.
152 a 228 em formações média a muito dura; 
diâmetros menores em furos longos.
Tipo de rocha
Formações na faixa de 
macia a muito dura.
Média a muito dura.
Media a muito dura. Restrições em rochas 
muito fraturadas.
Profundidade 
máxima do furo, m
Maior que 60 m. Menor que 20 m. Maior que 60 m.
Volume de ar 
requerido
Grandes vazões para se ter 
uma limpeza eficiente do 
furo.
O ar tem dupla função: limpeza do furo e 
acionamento do martelo. Não pode usar 
pressões tão altas como no martelo de 
fundo. Máquinas hidráulicas reduzem 
bastante o consumo de ar.
A taxa de penetração aumenta com o 
aumento da pressão de ar, mas o volume de 
ar requerido também. 
Avanço (pulldown) 
requerido
Baixo em formações maciasa muito alto em rochas 
duras.
Altas taxas de penetração podem ser 
alcançadas com menores pressões de 
avanço.
Boa penetração com menos carga de avanço. 
Velocidade de 
rotação, rpm
Requer alta velocidade em 
rocha macia e velocidades 
mais baixas em rocha dura.
Rotação para o bit é aproximadamente 
de 100 a 120 rpm para furos de 64 mm, 
em rocha macia; em rocha dura, 75 a 
100 rpm para furos de 64 mm e 40 a 50 
rpm para furos de 127 mm.
Opera com menores velocidades de rotação: 
30 a 50 rpm para rocha macia; 20 a 40 para 
rochas intermediárias e 10 a 30 rpm para 
rochas duras.
Taxa de penetração
Aumenta com o aumento do 
diâmetro da broca; diminui 
com o aumento da 
resistência da rocha.
Taxas iniciais mais altas que o método 
de martelo de fundo. Taxa cai com cada 
haste adicionada. Taxa decresce com o 
aumento do diâmetro.
Taxas relativamente constantes ao longo do 
furo. Maiores taxas em rochas duras, na faixa 
de diâmetro de 152 mm a 228 mm, 
comparando-se com o método rotativo.
Níveis de ruído Geralmente baixo.
Ruído é crítico: imacto do martelo e ar 
comprimido. Máquinas hidráulicas 
possuem menor nível de ruído. 
Nível de ruído é mais baixo que o método de 
martelo de superfície. Ruído é dissipado 
dentro do furo.
1.14 CÁLCULO DOS COMPONENTES DA PERFURATRIZ 
 
a) Número de furos por dia (Nf ) 
 
 
df
F
NxHxExA
VA
N 
 
sendo: 
VA = volume anual (m3); A = afastamento (m); E = espaçamento (m); 
Hf = comprimento do furo (m); Nd = dias trabalhados por ano. 
 
b) Profundidade Total perfurado por ano (PT) 
 PT = Nf x Hf x Nd (m) 
sendo: 
Nf = número de furos por dia; Hf = comprimento do furo (m); 
Nd = dias trabalhados durante o ano. 
c) Metros diários perfurados por uma perfuratriz (MP) 
 
 MP = NH x TP x DM x RMO x U 
sendo: 
NH = número de horas/dia trabalhado por uma perfuratriz; 
TP = taxa de penetração (m/h); 
DM = disponibilidade mecânica da perfuratriz (%); 
RMO = rendimento da mão-de-obra (%); 
U = utilização do equipamento (%). 
d) Número de perfuratrizes necessárias (NP) 
 
 
MPxN
P
NP
d
T
 
Exemplo 
Uma mineração pretende produzir anualmente 1.000.000 m3 de hematita. Seu 
desmonte de rocha apresenta as seguintes características: 
- Malha de perfuração: Afastamento (A) = 2,5 m; Espaçamento = 5,0 m; Altura do 
banco = 10 m; Inclinação dos furos = 0; Diâmetro da perfuração = 4” (102 mm) 
Taxa de penetração da perfuratriz: 40 m/h 
- Disponibilidade mecânica do equipamento: 85% 
- Rendimento da mão de obra: 80% 
- Utilização do equipamento : 80% 
- Dias de trabalho no ano: 365 
- Horas trabalhadas por dia: 8 h 
- Comprimento das hastes: 3 m. 
A vida útil média dos componentes é a seguinte: 
- bits (coroas) : 2.500 m 
- punho : 2.500 m 
- haste e luvas : 1.500 m 
 
Calcular o número de perfuratrizes necessárias para executar a perfuração, e os 
componentes gastos anualmente (hastes, luvas, punhos e coroas). 
 
 
a) Número de furos por dia (Nf ) 
 
N
VA
A x E x H x x x xF f
  
365
1000000
2 5 5 10 365
22
. .
,
 
b) Profundidade Total perfurado por ano (PT) 
 PT = Nf x Hf x Nd = 22 x 10 x 365 = 80.300 m 
 
c) Metros diários perfurados por uma perfuratriz (MP) 
 MP = NH x TP x DM x RMO x U = 8 x 40 x 0,85 x 0,8 x 0,8 = 174,08 m 
 
e) Número de perfuratrizes necessárias (NP) 
 
NP
P
x MP x
T  
365
80300
365 174 08
126
.
,
,
 
Obs.: Matematicamente o cálculo aponta, aproximadamente, para a 
necessidade de duas perfuratrizes. Entretanto, a escolha correta será de uma 
só perfuratriz, pois basta aumentarmos o número de horas trabalhadas por dia 
para obtermos a produção diária desejada. Outra possibilidade seria a de 
perfurar com uma maior taxa de penetração. 
 
e) Relação entre metros de haste e metro de furo (K) 
 
K
H C
C x
f





2
10 3
2 3
217,
 
f) Número de hastes (NH) e luvas (NL) 
 
N e N
P x K
vida util
x
H L
T  
80300 217
1500
116
. ,
 
 
 
g) Número de punhos (NP) 
 
N
P
vida utilP
T  
80300
2500
32
.
.
 
h) Número de coroas (NB) 
 
32
2500
300.80
utilvida
P
N TC 
 
 
1.15 CÁLCULO DO CUSTO TOTAL DA PERFURAÇÃO 
 
Custo Total da Perfuração/m (CTP) 
Uma expressão relativamente simples, mas bastante interessante análise, foi 
recentemente apresentada por Robert W. Thomas, da Baker Hughes Mining 
Tools Inc., que pode ser assim enunciada: 
CTP
A
M
D
VP
 
 
sendo: 
A = custo da ferramenta de perfuração (brocas e cortadores); 
M = vida útil da ferramenta em metros; 
D = custo horário da perfuratriz (custo de propriedade e custo operativo); 
VP = velocidade de penetração (m/h). 
O exemplo a seguir evidencia que a soma expedida na aquisição de uma broca 
com uma maior velocidade de penetração, aumenta os dividendos, pois o custo 
total de perfuração será reduzido e a produção aumentará. 
 
 
 
Exemplo do CTP 
Uma perfuratriz trabalha em uma mina de cobre a céu aberto, com uma broca 
de diâmetro de 12¼”. Considerando os seguintes dados: 
- Velocidade de penetração da broca normal: 25,0 m/h 
- Custo da broca normal: US$ 5.356 
- Velocidade de penetração da broca especial XP: 27,5 m/h 
- Custo da broca especial XP: US$ 6.169 
- Vida útil da broca: 3.000 m 
 
Broca normal: 
CTP
US
m
US h
m h
US m  
$ .
.
$ /
/
$ , /
5356
3000
450
25
19 785
 
 
Broca especial XP: 
CTP
US
m
US h
m h
US m  
$ .
.
$ /
, /
$ , /
6169
3000
450
27 5
18 420
 
 
Diferença de custo: US$ 1,365/m (6,9%) 
Velocidade de penetração da BROCA NORMAL = 25,0 m/h 
Velocidade de penetração da BROCA ESPECIAL XP = 27,5 m/h 
INCREMENTO DE PRODUTIVIDADE = 2,5 m/h (10%) 
Um acréscimo de apenas 10% na velocidade de perfuração representa uma 
economia de US$ 409.500,00 por ano, em um programa de perfuração de 
300.000 m, isto é: (US$ 1,365/m x 300.000 m = US$ 409.500,00).