Teste de Bancada

7/21/2019 Teste de Bancada

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Núcleo de Apoio para Pequena Mineração Responsável da USP (NA P.Mi neração) Avenida Professor Mello Moraes, nº 2373 CEP 05508-030 São Paulo SP

Telefone: (011) 3091-5322 Fax: (011) 3091-5721www.usp.br/nap.mineraçao

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ANÁLISE DE RESULTADOS DE UM DESMONTE DE BANCADAUTILIZANDO EMULSÃO BOMBEADA E ESPOLETAS

ELETRÔNICAS

Preparado por: Alfredo Filocomo, <[email protected]>

Sérgio Wang,<[email protected]>Vitor Ramirez Colombo, <[email protected]>

30/novembro/2014

INTRODUÇÃO

Este documento descreve as atividades realizadas na Mina Experimental do NAPMineração no dia 30/10/2014, onde foi realizado o segundo desmonte experimentalcom emulsão bombeada e iniciação eletrônica. Os parâmetros medidos para estenovo desmonte permitirão uma comparação direta com o primeiro desmonte (relatórioNAP.Mineração "Análise de resultados de um desmonte de bancada utilizandoemulsão bombeada e espoletas eletrônicas" do 8 Setembro 2014), para que além de

se criar uma base de dados maior para futuras operações, se perceba os efeitos dasadaptações feitas para o novo desmonte.



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MAPEAMENTO ESTRUTURAL DA BANCADA

Com o objetivo de obter dados estruturais para classificação da porção do maciço

onde o ocorreria o desmonte experimental, foi efetuado o mapeamento estruturalsintético da bancada que seria utilizada (Figura 1).O mapeamento foi feito em etapa de campo, no dia 30 de Outubro de 2014, com oauxílio de uma bússola geológica e documentação fotográfica.

Figura 1 - (A): Linha de separação entre porção mais fraturada (superior) e mais compacta(inferior) do maciço pertinente à bancada. (B): Traço de falha aflorando na face da bancada. (C):

Plano de falha descoberto por desmontes anteriores

A B

C





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Figura 2 - Estereograma dos planos individualizados por mapeamento estrutural sintético

A bancada utilizada no desmonte era composta por um mármore de granulaçãogrossa, em geral bastante homogêneo e pouco fraturado. Conforme mostrado naFigura 1, as descontinuidades apareciam abertas na porção superior da bancada(parte superior da linha A), devido à perturbação de detonações anteriores, e fechadasna porção inferior (parte inferior da linha A); todas apresentavam-se sem

preenchimento nem sinais de percolação de água, sinal de que também as fraturasabertas estavam fechadas há pouco tempo antes do mapeamento. A heterogeneidade da Linha A e a conseguinte transição repentina de um materialmais fraturado (superior) até um mais compacto (inferior) é diretamente ligada aosdesvios dos furos observados na seção dedicada deste relatório.Foram observados dois planos de falha, individualizados na Figura 1: o Plano B emforma de traço aflorando na face da bancada, o plano C parcialmente descoberto pordesmontes anteriores. Os dois planos terão influência direta no evento de flyrockobservado ao longo do fogo e descrito no parágrafo dedicado deste relatório.

PERFURAÇÃO O segundo desmonte experimental realizado com o mecanismo de iniciação eletrônicaocorreu concomitantemente com um outro desmonte executado de acordo com ospadrões da cava – carregado com explosivo encartuchado e iniciado com cordeldetonante. Nas tabelas abaixo são apresentados todos os parâmetros das duasmalhas de perfuração. A bancada maior, onde foi feito o desmonte com emulsãobombeada e iniciação eletrônica, será denotada por “Bancada 1”, e a bancada menor,onde foi feito o desmonte com emulsão encartuchada e cordel detonante serádenotada por “Bancada 2”. As tabelas a seguir ilustram os parâmetros empregados





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para cada uma das bancadas, e a figura abaixo destaca a posição da “Bancada 1” eda “Bancada 2”.

Tabela 1 - Parâmetros da malha de perfuração da “Bancada 1”

Diâmetro de perfuração Φ [mm] 76,2

Altura da bancada H [m] 13,0

Afastamento V [m] 2,5

Espaçamento S [m] 2,8

Tampão B [m] 2,0

Sub furação U [m] 0,5

Inclinação dos furos α [°] 75,0

Carga por furo Q [kg] 71,0Volume de competência porfuro

V [m3] 91,0

Razão de carga P.F.[kg/m3]

0,7802

Tabela 2 - Parâmetros da malha de perfuração d “Bancada 2”

Diâmetro de perfuração Φ [mm] 63,5 Altura da bancada H [m] 4,0

Afastamento V [m] 2,0

Espaçamento S [m] 2,0

Tampão B [m] 2,0

Sub furação U [m] 0,5

Inclinação dos furos α [°] 15,0

Carga por furo Q [kg] 7,0

Volume de competência por furo V [m3] 16,0

Razão de carga P.F. [kg/m3] 0,4375





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Figura 3 – Imagem das duas bancadas preparadas para o desmonte

CARREGAMENTO DOS FUROS

A“Bancada 1” foi carregada com uma emulsãoexplosiva bombeada. Os detalhes destetipo de carregamento são contidos no relatório NAP.Mineração "ANÁLISE DERESULTADOS DE UM DESMONTE DE BANCADA UTILIZANDO EMULSÃOBOMBEADA E ESPOLETAS ELETRÔNICAS" do 8 Setembro 2014.

Em 25furos dessa bancada foram instalados retentores de tampão (Figuras 8 e 9).Esses são esferas plásticas vazias (Figura 8) de diâmetro igual a 90% do diâmetro dofuro (no caso, 2,7”) que são preenchidas com brita até a metade da sua capacidadeesocadas no tamponamento acima de 20cm de brita (10% do tampão). A sua função éreter a energia explosiva, aumentando a eficiência energética para a fragmentação eevitando o fenômeno de “rifling” (ejeção do tampão da face superior da bancada na

direção do eixo do furo).Na “Bancada 2”, foi utilizado emulsões encartuchadas e cordel detonante. Cada furofoi carregado com cinco cartuchos (aproximadamente 1.4kg por cartucho).





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Figura 3 Retentores de tampão utilizados em uma parte da bancada

Figura 4 –Áreas da “Bancada 1” com e sem retentores de tampão.



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Figura 3 Retentores de tampão utilizados em uma parte da bancada

Figura 4 –Áreas da “Bancada 1” com e sem retentores de tampão.





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INICIAÇÃO

Assim como ocorreu com as malhas de perfuração, também há diferenças entre o

plano de fogo das duas bancadas. A Figura 10 mostra a sequência de iniciação daBancada 1 e a Figura 11 mostra a sequência de iniciação da Bancada 2.Para o desenho da sequência de iniciação da Bancada 1 foram adotados os seguintescritérios: 14 ms entre as filas (5,6 ms/m de afastamento) 17 ms entre furos da mesma fila (5,7 ms/m de espaçamento) A presência de duas faces livres verticais deve ser aproveitada e a sequência de

iniciação deve ser desenhada de forma que cada furo além do primeiro seencontre sempre com duas faces livres geradas pela detonação dos furosanteriores

Cada fila é detonada de forma independente: o primeiro furo da fila seguintedetona somente após a detonação do ultimo furo da fila anterior

Os primeiros dois critérios adaptam a teoria de Bergmann et al. (1974)1, citada emCunningham (2005)2 para determinar o retardo máximo entre furos de uma mesma filapara que tenha máxima fragmentação:tmax = 15,6 Vp

-1 BOnde Vp é a velocidade das ondas de compressão no maciço onde ocorre odesmonte, B é o afastamento (Burden) e 15,6 é um coeficiente de escala quenormaliza o cálculo com a velocidade das ondas no maciço onde Bergmann et al.fizeram as suas experimentações (um granito duro). A velocidade de ondas decompressão na porção do maciço da Mina Experimental onde ocorreu o desmonte foiestimada em 3 km/s.

Detalhes do método de iniciação eletrônica são contidos no relatório NAP.Mineração"ANÁLISE DE RESULTADOS DE UM DESMONTE DE BANCADA UTILIZANDOEMULSÃO BOMBEADA E ESPOLETAS ELETRÔNICAS" do 8 Setembro 2014.Para o desmonte padrão da mina realizado com cordel detonante,utilizou-se umretardo de 17 milissegundos entre filas diagonais e não foi utilizado retardado entrefuros ao longo da mesma diagonal.

DETONAÇÃO

Por escolha dos operadores de campo, foi detonada primeiro a “Bancada 2”. Adetonação da “Bancada 2” lançou fragmentos que cortaram a conexão da “Bancada

1”. Foi portanto necessário um intervalo entre uma detonação e outra para que osoperadores pudessem reparar as conexões. Imagens da sequência de detonação daBancada 1 são mostradas em Figura 12

1 Bergmann, O.R., Wu, F.C., Edl, J.W. (1974). Model rock blasting measures effect of delays and hole

patterns on rock fragmentation. E/MJ Mining Guidebook: Systems for emerging technology. 124-1272 Cunningham, C.V.B. (2005) The Kuz-Ram fragmentation model - 20 years on. Brighton Conference

Proceedings. European Federation of Explosives Engineers.





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Figura 5 – Esquema de temporização da iniciação da “Bancada 1”.

Figura 6 – Esquema de temporização da iniciação da “Bancada 2”.

.





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Figura 7 - Sequência de imagens do momento da detonação.





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Durante a detonação da “Bancada 1”, foi possível perceber a diferença de lançamentovertical para a região sem os retentores de tampão (Figura 13).

Figura 8 - Comparação da bancada antes da detonação e durante a detonação, no momento emque se verificou o início do lançamento vertical.

Figura 9 - Lançamento vertical máximo

A área sem retentor de tampão demonstrou um lançamento vertical do materialde tamponamento de aproximadamente 60 metros (medido via comparaçãocom a altura da bancada de 12m, na Figura 14),





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A área na qual foram empregados os retentores de tampão teve uma projeçãovertical nula.

É possível perceber, no Quadro 4 da Figura 12, o ponto da bancada em que se inicia olançamento vertical. Comparando mais detalhadamente com uma imagem da bancadaantes da detonação, confirma-se que a porção da bancada onde se empregou osretentores de tampão não apresentou lançamento vertical: este se iniciouprecisamente durante a detonação a partir da linha de furos sem o dispositivo testado,mostrando que de fato os retentores de tampão tiveram influência no desmonteanulando o lançamento vertical na parte da bancada em que estavam inseridos. Estacomparação do quadro de número 4 com a bancada antes da detonação é mostrada aseguir.Foi observadotambém um lançamento horizontal da extremidade da área sem osretentores de tampão da “Bancada 1”. Esta região se mostrou bastante fraturada, comdois planos de fraqueza (FIgura 1), fator que somado aos grandes desvios de furo

medidos, justifica a ocorrência deste lançamento.A Figura 15 ilustra a sequência dedetonação, enfatizando a porção mais fraturada da bancada que gerou o lançamentohorizontal observado (correspondente ao plano C da Figura 1).





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Figura 10 - Sequência de imagens do momento da detonação. As setas brancas indicam o "faceburst"

Observou-se dois tipos de ultralançamento: na região da “Bancada 1” sem osretentores de tampão, foi verificado o “rifling” (Figura 16), que corresponde aolançamento do tamponamento na direção vertical (perpendicular a face superior dabancada e na mesma direção do furo); ainda na “Bancada 1”, verificou-se o fenômenode “face-burst” (Figura 17), que corresponde ao lançamento horizontal, perpendicular à

frente da bancada, que pode ter sido causado principalmente devido ao faturamentodo maciço rochoso observado e descrito pela designação “plano C”, na seção desterelatório que detalha a geologia da bancada.





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Figura 11 – Efeito de “rifling” verificado na detonação da “Bancada 1”.

Figura 12 – Efeito de “face burst” verificado na detonação da “Bancada 1”.

Diversos fragmentos impactaram o paredão frontal a direção do lançamento. Istorevela não o fato de que se não houvesse o paredão frontal, poderiam ter ocorridolançamentos muito maiores do que o observado. A figura 18mostra esse detalhe.





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Figura 13 - Fragmentos atingindo o paredão frontal e “nuvem” de fragmentos.

Por meio da filmagem da detonação, e utilizando proporção com medidas conhecidaspara as distâncias, foi possível estimar a velocidade inicial dos fragmentos lançadoshorizontalmente. O deslocamento dos fragmentos entre dois quadros de filmagem(30m), e a diferença de tempo de um quadro da filmagem para outro (0,166s),permitiram que se estimasse uma velocidade inicial de 180m/s. A Figura 19 ilustra ométodo utilizado para calcular a velocidade inicial dos fragmentos.





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Figura 14 - Comparação entre a reta laranja, de aproximadamente 12m, com a reta amarela, deaproximadamente 30m.

Conhecendo-se a velocidade inicial de lançamento (v0 = 180m/s), é possível estimar o

alcance máximo através das equações que descrevem o movimento parabólicoacelerado dos fragmentos.

Figura 15 – Movimento parabólico acelerado de fragmentos, simplificado sem considerar aresistência areodinamica





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Supondo um ângulo crítico de 45º (alcance máximo) e aceleração da gravidade igual a9,8 m/s², os fragmentos teriam atingido, na pior hipótese e desconsiderando apresença do paredão, uma distância horizontal de 3306 m e um alcance vertical de

827 m.

Para o desmonte da “Bancada 2”, o ângulo de filmagem da detonação, bem como umagrande quantidade de poeira levantada pela ejeção sistemática de todos ostamponamentos, dificultaram a análise no sentido de identificar ultralançamentos.

ANÁLISE DA PILHA FORMADA E ULTRALANÇAMENTO

Após o desmonte, foram medidos os KPIs operacionais básicos estabelecidos para aavaliação da operação da Mina Experimental do NAP.Mineração.

Por meio da análise de imagem foram medidos: Ultralançamento;

Dimensão horizontal da pilha formada.

Figura 16 – imagem da pilha da “Bancada 1” formada após o fogo.

Por meio da análise de imagem, foi possível comparar o tamanho da pilha formadacom o eixo de uma escavadeira Caterpillar 320D, que segundo as especificações dofabricante, possui 2,8m entre a extremidade de suas esteiras. Utilizando proporção,

obteve-se um valor de 57 metros para o espalhamento da pilha. A distribuição da pilhase apresentou de forma compacta e coesa, sem que houvesse dispersão. Nos pontosmais altos, a altura da mesma foi bem próxima à altura da bancada, sendo que otamanho da pilha se deveu na verdade ao grande volume de rocha fragmentada e nãoa uma falha do desmonte. A reta preta na figura indica a distância entre a base da pilha e o paredão frontal àbancada desmontada, que foi o responsável por brecar ultralançamento. A distânciaaproximada do paredão à bancada é de 90 metros.Observando a pilha desmontada correspondente a “Bancada 2”, não foramidentificados fragmentos lançados em sua direção, sendo possível supor que nãohouve ultralançamento. Além disso, na direção frontal a bancada, não houve





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considerável espalhamento, muito provavelmente pelo fato de terem sido carregadasapenas três linhas de furos nesta direção, não havendo portanto um grande volume derocha. A medida de espalhamento da pilha foi feita na direção da maior da bancada,

longitudinalmente, e é ilustrada na Figura 21.

Figura 17 – imagem da pilha da “Bancada 2” formada após o fogo.

Para avaliar os parâmetros medidos de espalhamento da pilha e ultralançamento,relativos a “Bancada 1”, foi elaborada uma tabela comparativa com valores medidospelo engenheiro Alberto no melhor desmonte da sua pesquisa, e com os valoresobtidos para o primeiro desmonte experimental feito com emulsão bombeada einiciação eletrônica. Nesta discussão foi desconsiderada a “Bancada 2”.

Tabela 3 - Parâmetros comparativos para os KPIs

Parâmetros

médiosmedidos em2013

Parâmetros

medidos para oprimeirodesmonte comemulsãobombeada

Parâmetros

medidos para osegundodesmonte comemulsãobombeada

Espalhamento da Pilha (L) [m] 73 96,5 57

Ultralançamento [m] - 110m 90,0m

Altura da bancada (h)[m] 9 12 12

Espalhamento da Pilha normalizado(L/h)

8,11 8,04 4,75





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Figura 18 – Imagens comparativas da pilha desmontada no segundo desmonte com emulsãobombeada (quadro superior), no primeiro desmonte com emulsão bombeada (quadro central), e nodesmonte analisado em 2013 (quardo inferior).





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As principais considerações são:

O segundo desmonte apresenta melhora na coesão da pilha, tendo se reduzidode 96,5m para 57,0m.

A sequencia de imagens da detonação indica um volume maior de fragmentoslançados para o segundo desmonte experimental.

O uso dos retentores de tampão se mostrou favorável, no sentido de queanulou lançamento vertical do tamponamento na parte da bancada em que foiempregado.

ANÁLISE GRANULOMÉTRICA

Foi feita uma análise granulométrica dos desmontes para determinar a influência dosparametros de detonação pela diferença entre os tamanhos de grãos. A análise porsoftware fora realizada na parte visível no dia do desmonte, e os resultados obtidosgeraram o gráfico abaixo.

Figura 19 - Curvas granulométricas das três pilhas, sendo a curva amarela da“bancada 2’, rosa apilha de desmonte com emulsão e retentor de tampão e verde para desmonte com emulsão

apenas.

Como é possível ver, a curva da “bancada 2” realizada com cordel e emulsãoencartuchada teve melhor granulometria que as pilhas da “bancada 1” .Esse resultado é devido, entre outros fatores, a

Menor afastamento e menor espaçamento

Altura da bancada menor, o que confere menor risco de haver deslocamentodos furos, como ocorre nas perfurações da “bancada 1”.

Região do maciço diferente por geologia estrutural





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Entre as curvas da “bancada 1”, pode-se notar que a granulometria ja é melhorutilizando-se os retentores de tampão. A Tabela 2 de mostra as diferençasquantitativas.

Tabela 2 - Porcentagens passantes

Tamanho(mm) %Passantec/retentores

%Passantes/retentores

%PassanteBancada 2

Diferença daporção comretentores

DiferençaEntreBancada 1 eBancada 2

1000,00 100% 94,90% 100% 5% 5%

500,00 77,14% 66,76% 100% 10% 32%

300,00 60,58% 46,55% 85,24% 14% 39%

150,00 40,09% 30,10% 53,96% 10% 24%

125,00 36,83% 27,89% 49,76% 9% 22%

100,00 33,31% 24,70% 45,12% 9% 20%

75,00 29,41% 21,11% 41,20% 8% 20%

50,00 24,32% 16,30% 36,72% 8% 20%

25,00 15,37% 9,00% 27,86% 6% 19%

10,00 5,85% 2,29% 14,35% 4% 12%

4,75 1,63% 0,43% 4,75% 1% 4%

Destaca-se que foi feita somente a análise da porção superior, mais grosseira, daspilhas desmontadas. Isso foi escolhido para comparar somente as piores condições(worst case) em termos de granulometria.

DETERMINAÇÃO DO TOP SIZE

Após a detonação, procurou-se identificar o maior bloco formado e determinar suasdimensões. Por meio de uma fotografia tirada do maior bloco encontrado, e pelacomparação deste com duas réguas de 2m, uma na horizontal e outra na vertical, foipossível caracterizar o top size. Foi obtida uma altura de 3,2m e uma largura de 2,6m,conforme a figura abaixo.

Este bloco foi encontrado na região onde ocorreu o "face burst". Nessa região aenergia explosiva foi em maior parte expulsa pela ejeção na frente, causandofragmentação inadequada e geração de matacos sobre-dimensionados.

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