Perfuração Apostila I BIMESTRE

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LAVRA A CÉU ABERTO – PROF.GERSON FERREIRA DA SILVA 
03 de Fevereiro de 2020 
 
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLÓGIA DA PARAÍBA 
CAMPUS DE CAMPINA GRANDE 
CURSO: TÉCNICO EM MINERAÇÃO 
DISCIPLINA: PERFURAÇÃO E DESMONTE DE ROCHAS 
PROFESSOR: GERSON FERREIRA DA SILVA 
 
APOSTILA I BIMESTRE: PERFURAÇÃO DE ROCHA 
 
1.O OBJETIVO 
 
 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 acessórios iniciadores. A figura 1 mostra a evolução dos sistemas de 
perfuração com o decorrer do tempo. 
 
2.0 APLICAÇÕES DA PERFURAÇÃO 
 
 Os tipos de trabalho, tanto em obras de superfície como subterrâneas, podem classificar-se nos 
seguintes: perfuração de banco, perfuração de produção, perfuração de chaminés (raises), 
perfuração de poços (shafts), perfuração de rochas com capeamento e reforço das rochas. 
 
3.0 MÉTODOS DE PERFURAÇÃO 
 
3.1 Perfuração por percussão: 
 
 Também conhecido por perfuração por martelo (fig. 1), é o método mais comum de perfuração para 
a maioria das rochas, os martelos podem ser acionados a ar comprimido ou hidráulico. Tanto o martelo de 
superfície como o de fundo (DTH - Down-The-Hole) é utilizado. Na trituração por impacto a rocha é partida 
em fragmentos, por meio de uma grande força que é aplicada sobre um botão ou pastilha de material duro. 
Na perfuração percussiva o pistão transmite energia sobre a rocha através da barra de percussão, 
das uniões, da haste de perfuração e da broca. O motor de rotação ao encontrar rocha nova, rompe os 
cortes em pedaços ainda menores. O ar comprimido efetua a limpeza dos furos e a refrigeração das brocas. 
 
 
Figura 1: Perfuração por percussão. 
 
 3.2 Rotação/Trituração 
 
 Foi inicialmente usada na perfuração de petróleo, porém, atualmente, é também usada em furos 
para detonação, perfuração de chaminés verticais de ventilação e abertura de túneis. Esse método é 
recomendado em rochas com resistência à compressão de até 5000 bar. 
 Quando perfuramos por este método, usando brocas tricônicas, a energia é transmitida para a broca 
por um tubo, que gira e pressiona o bit contra a rocha. Os botões de metal duro são pressionados na rocha, 
causando o fraturamento desta, de acordo basicamente com o mesmo princípio da perfuração por 
percussão. A velocidade normal de rotação é de 50 a 90 rev/min. 
 
3.3 Rotação/Corte 
 
 Este método é usado principalmente em rochas brandas com resistência à compressão de até 1500 
bar (fig. 2). 
 A perfuração por rotação necessita de uma forte capacidade de empuxo na broca e um mecanismo 
superior de rotação. A pressão aplicada e o torque rompem e moem a rocha. Neste método a energia é 
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transmitida ao cortador pelo tubo de perfuração, que gira e pressiona o mesmo sobre a rocha. A área de 
corte da ferramenta exerce pressão sobre a rocha e as lascas são arrancadas. 
 A relação entre a pressão necessária e a faixa de rotação, determinam a velocidade e a eficiência 
da perfuração: 
a) a rocha branda requer menor pressão e rotação mais rápida; 
b) a rocha dura necessita de alta pressão e rotação mais lenta. 
 A velocidade de rotação é de 120 rev/min para um furo de 110 mm e 300 rev/min para furos de 60 
mm de diâmetro. 
 
Figura 2 – Sistema de rotação/corte. 
 
4.0 CARACTERÍSTICAS DOS FUROS 
 
 Os furos são geralmente caracterizados por quatro parâmetros: diâmetro, profundidade, retilinidade 
e estabilidade. 
 
4.1 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; 
tipo de explosivo a ser utilizado, 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 determinados 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 2 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 2: 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 3 mostra a relação entre o diâmetro de perfuração e a seção do túnel ou galeria e o tipo de 
equipamento de perfuração. 
 
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4.2 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. 
 
 
 
Figura 3: Influência do diâmetro da perfuração na seção da galeria 
 
No caso de maiores profundidades (50 a 70 m ou mais) usam-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. 
 
4.3 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 
(Figura 4 e 5). 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. 
 
 
 Figura 4: Influência do operador Figura 5: influência da profundidade 
 
4.4 Estabilidade do furo 
 
 Outra necessidade em perfuração é que o furo permaneça “aberto” (Figura 6) 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. 
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 Figura 6: Furo aberto e estabilizado 
 
5.0 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. 
 
Principaisdesvantagens 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 ulta-lançamentos dos fragmentos rochosos. 
 
5.1 MALHAS DE PERFURAÇÃO 
 
 A geometria das malhas de perfuração pode ser quadrada, retangular, estagiada, triângulo 
equilátero ou malha alongada: 
 
Malhas quadradas ou retangulares: devido a sua geometria é de fácil perfuração, e menor tempo de 
locomoção de furo a furo (figura a e b). 
 
Malhas estagiadas: devido a geometria de furos alternados dificulta a perfuração, apresentando maior 
tempo de locomoção furo a furo, porém, possui melhor distribuição do explosivo no maciço rochoso (figura 
c). 
 
Malha Triângulo Equilátero: 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 influência do furo, 
maximizando a fragmentação. O centro do triângulo equilátero, o ponto mais crítico para fragmentação, 
recebe igual influência dos três furos circundantes (figura d). 
 
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 indicadas para rochas 
friáveis/macias aumentando o lançamento por possuir um menor afastamento(figura e). 
 
 
 
 
 
A 
E 
E 
A 
A 
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a) Malha quadrada b) malha retangular 
 
 
 
 c) malha estagiada (pé de galinha) 
 
 
 
 
b) malha triangular 
Onde: A = afastamento 
 B = Espaçamento 
 
 
 
c) malha alongada 
 
6.0 CÁLCULO DOS COMPONENTES DA PERFURATRIZ 
 
a) Número de furos por dia (Nf) 
 N
VA
A x E x H xF f
=
365
 
 
sendo: VA = volume anual (m3); A = afastamento (m); E = espaçamento (m); Hf = comprimento do furo (m). 
 
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 = número de 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) 
 
 
MPx
P
NP T
365
= 
 
e) Relação entre metros de haste e metro de furo (K) 
 
 A vida de uma haste de extensão é geralmente dada em metro/haste, que difere de metros perfurados, 
quando mais de uma haste é utilizada figura 4. A relação entre metro/haste e metro perfurado poderá ser 
calculada pela seguinte fórmula: 
A 
E 
E 
A 
E 
A 
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K
H C
C
f
=
+
2
 
sendo: 
C = comprimento da haste; 
K = coeficiente através do qual o número de metros perfurados precisa serem multiplicado para obter o 
número de metros/haste. 
 
A figura 4 mostra a relação entre metro/haste e metro perfurado, nesse caso terá: 
K = (Hf + C) / 2C = (9 + 3) / 2 x 3 = 2 significando que o número de haste/metro é 2 vezes maior que o 
de metros perfurado. Isto pode ser verificado facilmente: 
 
- a primeira haste perfura 9 m 
- a segunda haste 6 m 
- a terceira haste 3 m 
- Total 18 m 
 
A relação entre metro/haste e metros perfurados = 18/9 = 2 
 
 
Figura 4: Relação entre metro/haste e metros perfurados. 
 
f) Número de hastes (NH) e luvas (NL) 
 
 N e N
P x K
vida utilH L
T= 
 
g) Número de punhos (NP) 
 
 N
P
vida utilP
T= 
 
h) Número de coroas (Nc) 
 
 
utilvida
P
N TC = 
 
7.0 CÁLCULO DOS COMPONENTES DA PERFURATRIZ 
 
Exemplo 
 
 Uma mineração pretende produzir anualmente 1.000.000 m3 de hematita. Seu desmonte de rocha 
apresenta a as seguintes características: 
 
- Afastamento (A) = 2,5 m; 
- Espaçamento = 5,0 m 
- Altura do furo = 10 m; 
- Inclinação dos furos = 0 
- Diâmetro da perfuração = 4” (102 mm) 
- Taxa de penetração: 40 m/h 
- Disponibilidade mecânica do equipamento: 85% 
- Rendimento da mão de obra: 80% 
- Utilização do equipamento: 80% 
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- 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: 
- coroa: 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). 
 
Solução: 
 
a) Número de furos por dia (Nf ) 
 N
VA
A x E x H x x x xF f
= = =
365
1000 000
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 
i) Número de perfuratrizes necessárias (NP) 
 
 NP
P
x MP x
T= = =
365
80 300
365 174 08
1 26
.
,
, 
 
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. 
 
j) 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= = =
80 300 217
1500
116
. ,
 
 
g) Número de punhos (NP) 
 N
P
vida utilP
T= = =
80300
2 500
32
.
.
 
 
h) Número de coroas (NB) 
 161
500
300.80
===
utilvida
P
N TC 
 
 
7.0 CÁLCULO DO CUSTO TOTAL DA PERFURAÇÃO 
 
7.1 Custo Total da Perfuração/m (CTP) 
 
 Uma relativamente simples, mas bastante interessante análise, foi recentemente apresentada por 
Robert W. Thimas, da Baker Hughes Mining Tools Inc., que pode ser assim enunciada: 
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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
mh
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).