simulador de desmonte

8/4/2019 simulador de desmonte

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241REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 57(4): 241-248, out. dez. 2004

Juarez Lopes de Morais et al.

ResumoEsse artigo apresenta alguns resultados do trabalho

de pesquisa realizado para preparao da tese de douto-rado sobre a utilizao da simulao da fragmentao no

processo de desmonte de rochas por explosivos. apresentado um programa de computador denominadoSIMBLAST que utiliza a linguagem de programao Vi-sual Basic. O programa foi desenvolvido com base nosmodelos Kuz-Ram e TCM - Two Components Model, des-critos nesse artigo. Os dados para teste do simuladorforam levantados nas detonaes de hematita dura (HD)

e hematita mole (HM), nas minas de minrio de ferro deCarajs, da Companhia Vale do Rio Doce, localizadas nosul do Estado do Par, com a finalidade de comparaodos resultados da curva granulomtrica gerada pelos doismodelos.

Palavras-chave: Simulao da fragmentao, desmontede rochas, explosivos, Kuz-Ram, TCM.

AbstractThis article shows some results of the doutorate

thesis about blast simulation. Its looked for the

development of blast simulation estabilished in Kuz-

Ram and TCM (Two Components Model) models. For

that was developed a software called SIMBLAST. The

data for this test of simulate was took in the iron mine in

Carajs owned by CVRD - Companhia Vale do Rio Doce,

located in the south of Para State. The simulator was

tested firstly in blasting of hard hematite (HD) and soft

hematite (HM) with the intention of compararison of

the models

Keywords: Blast simulation, explosives, fragmentation,

Kuz-Ram, TCM.

Fundamentos para simulao dosdesmontes de rocha por explosivos

Juarez Lopes de Morais

Doutorando em Engenharia Mineral pela UFMG,Engenheiro Master da Companhia Vale do Rio Doce (Mina de cobre do Sossego)

E-mail: [email protected]

Maria de Ftima Andrade Gripp

Eng. de Minas, Dr. Ing. ENSMP,

Professor Adjunto Escola de Engenharia UFMGE-mail: [email protected]

Minerao


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REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 57(4): 241-248, out. dez. 2004242

Fundamentos para simulao dos desmontes de rocha por explosivos

1. IntroduoVrios autores tm estudado mode-

los de interao explosivo-rocha, que for-necem uma descrio til do processo dedetonao como um "background" para

modelar o processo de fragmentao darocha por explosivos. Entre os principaistrabalhos destacam-se: Kuznetsov (1973),Cunningham (1983), Lilly (1986), Sarma(1994) e Djordjevic (1999).

Esse artigo apresenta um resumodos resultados dos trabalhos desses

pesquisadores, que estudaram e cons-truram modelos para a previso da frag-mentao do desmonte a explosivo. Es-ses modelos foram reunidos para possi-

bilitar a construo de um programa decomputador para simulao da fragmen-

tao. A finalidade principal da simula-o a previso da curva granulomtri-ca da pilha detonada. Isto possibilita aalterao dos parmetros dos planos defogo de forma a atingir a fragmentaodesejada para cada detonao.

2. Descrio dosmodelos

As principais equaes que com-pem os dois modelos de simulao em

questo so apresentadas a seguir.

2.1 O modelo Kuz-Ram

As propriedades das rochas, as pro-priedades dos explosivos e as variveisgeomtricas do plano de fogo so com-

binadas usando cinco equaes quecompem o modelo de fragmentaoKuz-Ram:

Equao de Kuznetsov

Uma correlao entre o tamanho

mdio do fragmento e a energia de deto-nao aplicada por unidade de volumede rocha (razo de carga) foi desenvol-vida por Kuznetsov (1973) como umafuno do tipo de rocha. Essa equaofoi modificada por Cunningham (1983) e dada por:

( )633,0

167,080,050

115

= Er

QKAX e (1)

onde:X

50 o tamanho mdio de partcula (cm).

A o fator da rocha.K a razo de carga (kg/m3).Q

e a massa do explosivo utilizado (kg).

Errepresenta a energia relativa em massa (RWS) do explosivo comparada ao ANFO

(ANFO=100).

Equao de Rosin-Rammler:

A distribuio de tamanho dos fragmentos calculada pela equao de Rosin-Rammler:

=

n

XX

eP 50693,0

1100 (2)

onde:X o tamanho da malha da peneira.X

50 o tamanho mdio de partcula, n o ndice de uniformidade.

P o percentual de material passante na peneira de tamanho X.

ndice de uniformidade de Cunningham:

Essa expresso foi desenvolvida atravs de testes de campo por Cunningham(1987). Ela correlaciona todos os parmetros geomtricos do plano de fogo, comosegue:

( ) ( )

+

+

=

H

L

L

CCLBCLabs

B

WBS

D

Bn

1,05,0

1,012

1142,2 (3)

onde:B o afastamento (m).

S o espaamento (m).D o dimetro do furo (mm).W o desvio da perfurao (m).

L o comprimento total de carga (m).H a altura do banco (m).BCL o comprimento da carga de fundo (m).CCL o comprimento da carga de coluna (m).abs o valor absoluto referente a (BCL-CCL)/L.

Equao de Tidman:

A energia do explosivo calculada a partir da equao desenvolvida por Tidman:

RWSVOD

VODEr

n

e

=

2

(4)

onde:Er a energia relativa por massa efetiva do explosivo.VOD

e a velocidade de detonao efetiva do explosivo (medida em campo).

VODn a velocidade de detonao nominal do explosivo (m/s).

RWSrepresenta a energia relativa por massa comparada ao ANFO.

Fator da rocha:

O fator da rocha (A) foi originalmente desenvolvido por Lilly (1986) e modifica-


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da por Cunningham (1987). Para deter-minao desse fator so usados os da-dos obtidos na classificao da Tabela1, a qual considera o tipo de rocha, dire-o e mergulho das descontinuidadescom relao frente livre do desmonte.

O fator da rocha usado para ajustar otamanho mdio dos fragmentos do mo-delo e obtido por:

( )HFRDIJFRMDA +++= 06,0 (5)

2.2 O Modelo TCM

Para garantir uma maior preciso napreviso da fragmentao obtida no des-monte, principalmente para os finos, foidesenvolvido o modelo de duas compo-nentes (TCM), Djordjevic (1999). Nesse

modelo, a pilha resultante do desmontepode ser considerada uma mistura de doisconjuntos de fragmentos de rocha, ilus-trados na Figura 1. O primeiro conjunto

Tabela 1 - Classificao geomecnica para obteno do fator da rocha (Cunningham, 1983).

Figura 1 - Modelo de fragmentao TCM, mostrando as duas componentes defragmentao do macio rochoso (Djordjevic, 1999).

Smb. Descrio Classificao ndice

Frivel 10

Fraturado JF

Macio 50JF Macio fraturado JPS + JPA

< 0,10 m 10

0,10 a MS 20

MS a DP 50

MS Oversize da britagem primria (m)

DP Parmetros da malha de perfurao (m)

Horizontal 10

Mergulhando para fora da face livre 20

Direo perpendicular face livre 30

Mergulhando para dentro da face 40

RDIInfluncia da densidade (densidade da rocha

intacta, g/cm3)

RDI = 25d - 50

se E < 50 GPa HF = E/3

se E > 50 GPa HF = UCS/5

E Mdulo de Young (GPa)

UCS Resistncia compresso uniaxial (MPa)

HF

RMD Macio rochoso

JPS Espaamento das descontinuidades (m)

JPA Direo e mergulho com relao face livre


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origina-se da rocha relativamente prxi-ma ao furo. Esse conjunto de fragmen-tos tem ruptura compressiva-cisalhan-te; a influncia da estrutura do maciorochoso tende a ser muito pequena noresultado dessa fragmentao. O segun-

do conjunto de fragmentos de rocha, ti-picamente com granulometria mais gros-seira do que o primeiro, proveniente darocha mais distante do furo. Esses frag-mentos de rocha so criados por ruptura

por trao, por meio da abertura e exten-so de fraturas preexistentes, planos deacamamento e descontinuidades do ma-cio rochoso. Esse conjunto de fragmen-tos abrange uma regio muito maior doque a regio da primeira componente defragmentao.

Assumindo que a massa de rocha

que se fragmenta devido ruptura com-pressiva-cisalhante representa a fraoF

cda massa total de rocha desmontada

por furo, tem-se:

M

MFc

0= (6)

onde:M

o a massa de rocha fragmentada por

compresso/cisalhamento.Mrepresenta a massa total por furo.

Conseqentemente, a frao de ro-cha que se rompe por trao ao longo

das descontinuidades preexistentes 1 - Fc. Por causa dos diferentes mecanis-mos de ruptura, cada subconjunto defragmentos de rochas precisa ser repre-sentado como uma funo distinta dedistribuio de tamanho. Usando a for-ma de distribuio de Rosin-Rammler,tem-se:

( )

=

d

cx

eP693,0

1 1100 (7)

( )

= b

ax

eP693,0

2 1100 (8)

onde:P

1eP

2so os percentuais passantes na

peneira de tamanho (x) para as regiesde ruptura por compresso e trao, res-

pectivamente.c o tamanho mdio de fragmento na

primeira regio (ruptura por compresso).drepresenta o coeficiente de uniformi-dade da primeira distribuio de tama-nho de fragmentos.

a representa o tamanho mdio de fragmento na segunda regio (ruptura por trao).b o coeficiente de uniformidade da segunda distribuio de tamanho de fragmen-tos.

A soma das duas funes de distribuio, multiplicada pelas respectivas fra-es da massa total, Fc e (1 - Fc), representar a distribuio de tamanho dos frag-mentos da massa total:

( )( ) ( )

=

db

cx

ca

x

c eFeFP693,0693,0

11100 (9)

A fragmentao fina da rocha predominantemente controlada pela interaodo explosivo com a rocha intacta (rocha matriz) e gerada na regio da primeiracomponente ilustrada na Figura 1. Nessa regio, os fragmentos tpicos tm tamanhomenor que 50mm. A influncia dos aspectos macroestruturais do macio e dos

parmetros geomtricos do plano de fogo (afastamento, espaamento etc.) no importante na distribuio granulomtrica desses fragmentos.

O campo de tenses na zona de ruptura cisalhante em volta do furo compres-sivo. Ambas as tenses, radial e tangencial, so compressivas. Em tal caso, a exten-so da ruptura cisalhante em volta do furo pode ser estimada usando o critrio de

ruptura de Griffith, que, para o caso bi-axial de carregamento predominantementecompressivo, (Djordjevic, 1999):

( ) ( ) 08 2102

21 =+ T (10)

onde:

1e

2so as tenses principais maior e menor, respectivamente.

T0

a resistncia trao da rocha.

Assumindo um coeficiente de Poisson() mdio de 0,25 e usando2= [/(1-)].

1,

a equao para clculo do raio da regio da primeira componente :

21

0245,0

=

bPT

Dr

(11)

onde:r o raio da zona de pulverizao.

D o dimetro do furo.T

0 a resistncia trao da rocha.

Pb

o pico da presso de detonao no furo.

O pico da presso de detonao no furo estimado usando a equao dePerson, Holmberg e Lee (1994):

( )225,0 eVODPb = (12)

onde:P

b a presso de detonao aplicada rocha (Pa).

a densidade do explosivo (kg/m3).

VODe a velocidade de detonao efetiva do explosivo (m/s).Para o desenvolvimento do programa de simulao foram estudadas algumas

variaes desse modelo, principalmente no que refere ao clculo do tamanho mdioe no coeficiente de distribuio dos finos do desmonte.

2.3 O programa SIMBLAST

O programa foi desenvolvido com base nos modelos de simulao de fragmen-tao Kuz-Ram e TCM. O programa SIMBLAST tem as seguintes caractersticastcnicas e computacionais:


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Arquitetura-cliente/servidor com basede dados Oracle.

Interface grfica padro Microsoft.

Desenvolvimento utilizando I-CASEVisual Basic 4.0 32 bits.

Hardware: a instalao-padro doSIMBLAST em arquitetura departa-mental, requerendo, no mnimo, na es-tao-cliente um PC 486 DX4 100 MHz,RAM 16MB, mouse, monitor SGVAcolorido e placa de rede. Servidor de

processos de bancos de dados: servi-dor RISC/Powdwe PC (Unix ouWindows NT), INTEL (Windows NT).

Software: s istema operacionalWindows 95 (na estao-cliente) esistema operacional Unix ou Windows

NT e RDBMS.A Figura 2 mostra a tela principal

de simulao para o modelo TCM com acurva granulomtrica gerada a partir deum plano de fogo.

3. Resultados3.1 Determinao do fator darocha

O simulador foi testado nas deto-

naes de minrio de ferro das minas daCompanhia Vale do Rio Doce, em Cara- js-PA. A Figura 3 mostra a frente delavra de hematita dura (HD) escolhida

para teste do simulador. Para a determi-nao do fator de rocha, foi utilizada aclassificao proposta por Cunningham(1987). Essa classificao foi realizada a

partir do mapeamento da frente de lavracom o apoio da geologia da mina. ATabela 2 apresenta a classificao do fa-tor da rocha para a hematita dura.

3.2 Dados do plano de fogo

A Tabela 3 mostra os principais pa-rmetros do plano de fogo utilizados nadetonao da HD.

3.3 Comparao dosmodelos Kuz-Ram e TCM

Aps o levantamento dos dados

Figura 2 - Tela principal de simulao para o modelo TCM.

Figura 3 - Vista da frente de lavra da detonao da HD.

geomecnicos da frente de lavra e a en-trada dos parmetros do plano de fogono simulador SIMBLAST foram geradasas curvas granulomtricas para os mo-delos Kuz-Ram e TCM.

A avaliao dessas curvas mostrouque o modelo TCM apresenta um maior

percentual de finos. J na frao grossa,os dois modelos se equivalem. Isto podeser comprovado plotando as duas cur-

vas numa mesma tela de simulao, comomostra a Figura 4. Nesse caso, abaixo dotamanho de fragmento igual a 20cm, osmodelos TCM e Kuz-Ram apresentamresultados diferentes.

Como a frente de lavra de HD apre-sentou grande variabilidade nas propri-edades do macio rochoso, foi realizada,tambm, uma simulao considerando a

presena de HM - Hematita Mole na rea


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Tabela 2 - Determinao do fator da rocha para a HD. Tabela 3 - Principais parmetros do planode fogo para a HD.

ParmetrosPlano de

Fogo

Dimetro 12 1/4"

ExplosivoBlendado

60/40

Altura do banco (m) 15

Afastamento (m) 6,5

Espaamento (m) 11,4

Tampo (m) 5,5

Carga por furo (kg) 1035

Razo de carga (g/t) 204

Figura 4 - Comparao das curvas TCM e Kuz-Ram geradas pelo programa SIMBLAST para a detonao da HD. Nota-se nitidamenteuma mudana no comportamento das curvas na regio onde os fragmentos so menores do que aproximadamente 20cm.

Smb. Descrio Classificao ndice

RMD Macio rochoso Fraturada JF

JF Macio fraturado JPS + JPA 40

JPSEspaamento das

fraturas (m)de 0,1m a 1,0 m 20

JPA

Direo e mergulho com

relao frente livre do

fogo da famlia principal

Mergulhando para fora da

face livre20

RDI Influncia da densidade 25 x d - 50 64

d Densidade (g/cm3) 4,56

HF Fator HF Se/5 13,2

SeEnergia especfica de

perfurao mdia (MPa)66

A Fator da rocha A=0,06x(RMD+JF+RDI+HF) 7,03


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detonada. Para isso, foi recalculado ofator da rocha e realizada uma nova ro-dada de simulao. Nesse caso, o fatorda rocha para a HM reduziu para 2,61(contra 7,03 na HD). A Figura 5 mostraas novas curvas granulomtricas gera-

das pelos dois modelos para a detona-o de HM.

Comparando os resultados da Fi-gura 4 com os resultados da Figura 5,conclui-se que, para macios rochososcom um menor fator de rocha (menor re-sistncia compresso, menor espaa-mento entre as descontinuidades e me-nor densidade), ocorre uma maior dife-rena na regio dos finos entre as cur-vas dos dois modelos. Isto mostra que,

para rochas extremamente resistentes e

macias, os modelos Kuz-Ram e TCMtendem apresentar resultados similares.

Figura 5 - Comparao das curvas TCM e Kuz-Ram geradas pelo programa SIMBLAST para a detonao de HM. Nota-se nitidamenteuma mudana no comportamento das curvas na regio onde os fragmentos so menores do que aproximadamente 15cm.

Segundo Djordjevic (1999), o mo-delo Kuz-Ram subestima a frao dos fi-nos. No caso das detonaes de HD,como o objetivo a reduo da geraode finos, o modelo de simulao quemelhor representa a granulometria dos fi-

nos deve ser utilizado, nesse caso o TCM.Os macios rochosos apresentam,

geralmente, grande variabilidade em suaspropriedades. Normalmente, no se temum fogo de produo com apenas umtipo de rocha. Ocorrem intruses de HM,transies de HM/HD e HD em um mes-mo desmonte. Essa situao bastantecomplexa para a simulao do desmon-te, pois dificulta a determinao do fatorda rocha e da curva granulomtrica si-mulada. Um mapeamento detalhado das

frentes de lavra permite aumentar a pre-ciso da simulao.

4. Concluses O simulador SIMBLAST permite tes-

tar vrias configuraes de plano defogo antes de sua execuo, com mai-or rapidez e menor custo na definio,

adequao e implementao de novosplanos de fogo.

Os modelos Kuz-Ram e TCM apresen-tam uma diferena na previso da fra-o dos finos. Os resultados mostra-ram uma diferena nas curvas simula-das para fragmentos com tamanhoabaixo de 20cm.

Para fatores de rocha maiores (rochasmais resistentes), os modelos TCM eKuz-Ram tendem a apresentar resulta-dos similares de simulao. J para fa-

tores de rocha menores (rochas me-nos competente), os modelos apre-


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sentam maiores diferenas na simula-o.

No modelo TCM evidente que a ge-rao de finos no desmonte aumentacom o aumento do dimetro de perfu-rao e da velocidade de detonaodo explosivo.

As propriedades da rocha intacta re-levantes para o projeto de desmonte aexplosivo so o mdulo de Young, co-eficiente de Poisson, resistncia compresso uniaxial e densidade. Es-sas propriedades, aliadas ao padrode fraturamento do macio rochoso,determinam a aptido ao desmonte domacio. Esse padro de fraturamento,estabelecido pela atitude (direo emergulho) e espaamento das famlias

de descontinuidades e descontinuida-des aleatrias, determina o tamanho eforma dos blocos. O mapeamento ge-omecmico das frentes de lavra para o

desmonte , por essa razo, de sumaimportncia para a elaborao do pla-no de fogo.

5. Referncias

bibliogrficasBONATES, E.J.L. Procedimentos empricos

para avaliao da fragmentao. In:CONGRESSO BRASILEIRO DE LAVRAA CU ABERTO E SUBTERRNEA, 2.Belo Horizonte, 2000.

CUNNINGHAN, C.V.B. Fragmentationestimations and the Kuz-Ram model - fouryears on. In Proceedings 2nd Int. Symp onRock Fragmentation by Blasting, Lulea,1987. p. 475-487. In: Hustrulid, W.

Blasting Principles for Open Pit Mining.v. 1. Rotterdam: Balkema, 1999. 301p.

DJORDJEVIC, N. A two-component model ofblast fragmentation. In: The AusIMM

Proceedings, Austrlia: Brisbane, 1999, p.9-13.KUZNETSOV, V.M. The mean diameter of the

fragments formed by blasting rock. SovietMining Science, 1973. p. 144-148. In:

HUSTRULID, W. Blasting Principles forOpen Pit Mining. v. 1. Rotterdam: Balkema,1999. 301p.

LILLY, P.A. An empiral method of assessingrock massing blastability. LARGE OPENPIT MINING CONFERENCE. THEAusIMM/IE AUST NEWMANCOMNINED GROUP, Austrlia: 1986. p.

89-92.MORAIS, J.L.Simulao da fragmentao dos

desmontes de rochas por explosivos. BeloHorizonte: Universidade Federal de MinasGerais, 2004. 160p. (Tese de doutorado).

PERSON, P. A., HOLMBERG, R., LEE, J.Rockblasting and explosives engineering. CRCPress Inc: Boca Raton, 1994.

SARMA, R.S.Models for assessing the blastingperformance of explosives. The Universityof Queensland, Austrlia, 1994. (PhDThesis).

SCOTT, A., COCKER, A., DJORDJEVIC, N.,HIGGINS, M., LA ROSA, D., SARMA, K.,WEDMAIER, R. Open pit blast design:analysis and optimisation. Austrlia:JKMRC, Queensland, 1996. 341 p.

Artigo recebido em 21/05/2004 eaprovado em 22/10/2004.

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