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Perfuração Rotativa e / ou Rotopercussiva
A aparição do sistema clássico de perfuração rotopercussiva coincide com a revolução industrial no século XIX.
As primeiras máquinas de que se têm notícias são os protótipos Singer (1838) e Couch (1848) que utilizavam o vapor como forma de acionamento.
Posteriormente, durante a execução do túnel de Mont Cenes em 1861, foi utilizado o ar comprimido pela primeira vez como fonte de energia.
Esse sistema, após uma longa trajetória de evolução tecnológica, tem sido utilizado de maneira intensa até hoje.
As perfuratrizes rotopercussivas têm sua aplicação limitada a pequenas e médias minerações, perfuração secundária, trabalhos de desenvolvimento e desmonte secundário.
Isto se deve aos diâmetros dos furos das perfuratrizes percussivas que variam entre 2½” a 6” (63mm a 150mm), não alcançando diâmetros maiores, tais como 9” a 10½” (229mm a 267mm), que têm grande aceitação nas operações de grande porte.
A taxa de penetração das perfuratrizes percussivas decresce com o aumento do diâmetro dos furos e com o aumento da resistência das rochas (Crosby, 1998).
Os equipamentos rotopercussivos se classificam em dois grandes grupos, segundo a posição do martelo:
• Martelo de superfície (Top Hammer);
• Martelo de fundo de furo (Down the Hole);
Perfuração com martelo de fundo (dow the hole)
MARTELO DE FUNDO DE GRANDE DIÂMETRO
Martelo de fundo de grande diâmetro
As perfuratrizes rotopercussivas apresentam rotação contínua, além de percussões sobre a coroa.
Segundo (Llera et al., 1987), a perfuração rotopercussiva se baseia na combinação das seguintes ações:
• Percussão: os impactos produzidos pelas batidas do pistão do martelo produzem ondas de choque que são transmitidas à rocha;
• Rotação: com esse movimento se faz girar a broca para que se produzam impactos sobre a rocha em diferentes posições;
• Pressão de avanço: para se manter a ferramenta de perfuração em contato com a rocha é exercida uma pressão de avanço sobre a broca de perfuração;
• Fluido de limpeza: o fluido de limpeza permite extrair os detritos do fundo do furo.
Percussão: A energia do pistão é transmitida do martelo até à coroa de perfuração através da haste, em forma de ondas.
O deslocamento destas ondas é realizado em altas velocidades e sua forma depende fundamentalmente do desenho do pistão.
Quando a onda de choque alcança a coroa de perfuração, uma parte da energia é transferida à rocha e outra parte se perde em forma de calor.
A eficiência desta transmissão é difícil de ser avaliada.
Ela depende de muitos fatores, como:
característica da rocha,
forma e dimensão do pistão,
características da haste,
o tipo de coroa etc.
Além disso, nos pontos de união das hastes, pelas luvas, há também, perda de energia que se transforma em calor causando os desgastes das roscas.
Na primeira união, as perdas oscilam entre 8 a 10% da energia da onda de choque. Nos sistemas de perfuração percussiva a potência de percussão é o parâmetro que mais influencia na velocidade de penetração.
Rotação: A rotação que gira a coroa entre impactos sucessivos tem como objetivo fazer com que ela atue sobre os pontos distintos da rocha no fundo do furo.
Para cada tipo de rocha e tipo de coroa existe uma velocidade ótima de rotação. Quando se perfura com coroas de pastilhas, as velocidades de rotação mais usuais oscilam entre 80 a 150rpm.
No caso de coroas de botões de 51 a 89 mm, as velocidades devem ser mais baixas, entre 40 e 60 rpm.
As coroas de maior diâmetro requerem velocidades menores.
O movimento de rotação contínuo pode ser produzido por um motor de pistões colocado no cabeçote da perfuratriz, ou por um motor independente da perfuratriz.
Em ambos os casos, a rotação é reversível, para facilitar a introdução ou a retirada dos segmentos (hastes) da coluna de perfuração.
Pressão de avanço: Para que a energia gerada pelo mecanismo de impacto do martelo seja transmitida à rocha é necessário que a coroa permaneça sempre em contato com o fundo do furo.
Isto se consegue com uma força de avanço gerada por um motor ou cilindro de avanço.
A aplicação desta força depende, fundamentalmente, do tipo de rocha e da coroa de perfuração.
Uma pressão de avanço insuficiente reduz a velocidade de penetração, produz um maior desgaste de hastes e punhos, diminui o ajuste da haste, causando o aquecimento da mesma.
Uma pressão de avanço excessiva diminui também a velocidade de penetração, dificulta o desenroscamento da haste, aumenta o desgaste das coroas e pode causar desvios do furo.
Limpeza: Para que a perfuração seja eficiente é necessário que o fundo do furo se mantenha constantemente limpo, retirando-se os detritos logo após a sua formação.
Caso isto não se realize, uma grande quantidade de energia será consumida na trituração destas partículas ocasionando desgastes, principalmente da coroa, e perdas de rendimento.
A limpeza dos furos é normalmente realizada com ar comprimido, água e espuma.
Na sua forma mais usual, o fluido de limpeza é injetado com uma determinada pressão até o fundo do furo através de um orifício central da haste, e de aberturas localizadas na coroa de perfuração.
As partículas são retiradas do furo através da área anelar localizada entre a parede do furo e a haste. Nas minas a céu aberto o pó produzido nas operações de perfuração é usualmente retirado dos furos com ar comprimido e captado por coletores.
Já a limpeza com água é mais utilizada em minas subterrâneas.
A espuma é particularmente utilizada em locais onde o maciço apresenta um elevado grau de fraturamento. Ela, além de ajudar na elevação de partículas grossas até a superfície, exerce também a função de revestimento na parede do furo.
Perfuração Rotopercussiva:
Geralmente quando temos um perfil em solo podemos avançar esse trecho utilizando o rotator com a ferramenta tricone e quando encontramos matação ou a rocha trocamos a ferramente para o martelo de fundo com tricone ou boton bit.
Arena MRV - 20/06/2020 - 1/3 Perfuratriz / Furos para Tirantes
Arena MRV - 20/06/2020 - 1/3 Perfuratriz / Furos para Tirantes
Grades de Perfuração descaracteriza o equipamento original e aumenta o risco de incidente de trabalho.
Como Engenheiro Cívil de Segurança do Trabalho e Geotécnico já fui chamado a emitir diversos pareceres sobra a colocação de Proteção de grades metálicas de proteção nas partes móveis, porém meu parecer é de que para este equipamento isso não é comum, pois caso seja feito ao invés de estarmos reduzindo a probabilidade de estarmos minimizando e reduzindo o risco de impacto e batidas contra prensagem e diminuindo a área de aproximação entre o deslocamento da máquina x homem, estamos aumentado a probabilidade de risco e aumentando a área de contato e do risco ergonômico de aproximação e contato, e desconfigurando toda a parte hidráulica e mecânica para qual a torre tenha sido concebida pelo fabricante oficial do equipamento, que também não recomenda este tipo de proteção e desconfiguração do que foi projetado originalmente ja prevendo a segurança do trabalhador mantendo o mesmo afastado da lança e do deslocamento da haste de perfuração e do rotator.
1) Não é comum com a utilização de perfuratrizes do tipo PW-5000 a adequação das mesmas segundo a NR-12.
2) Como a torre lança e dotada de um sistema articulado composto de içamento da torre com pistões não se deve colocar a proteção pois ela pode causar interferências.
3) Perfuratrizes PW são flexíveis e articuladas o que impedem de colocar a grade de proteção no rotator de superfície pois devido a posição a própria grade poderá atingir outras partes da perfuratriz causando danos ao equipamento e acidentes do trabalho.
4) Elaboração de laudo de acordo com a NR-12 que ateste que e criação destes tipos de proteção nas partes móveis acarretariam o aumento do risco aos colaboradores e/ou pioram a ergonomia dos mesmos.
5) As perfuratrizes já vem de fabrica projetadas para essas perfurações adaptações na obra ou proteção podem atrapalhar a eficiência dos equipamentos e até provocar acidentes e descaracterizar completamente o projeto original perdendo a garantia do equipamento e o laudo de manutenção;
SURGIMENTO DA PERFURATRIZ :
Aos poucos, ferramentas rudimentares foram sendo substituídas por máquinas. As primeiras perfuratrizes de rochas surgiram no início do século XIX e, a princípio, usavam como fonte de energia o vapor, até então a forma comum de energia.
Devido a problemas intrínsecos a este tipo de máquina, a barra de perfuração, que mais tarde se chamaria de broca de mineração, era ligada solidamente ao pistão.
Este, em seu movimento recíproco, arrastava consigo a broca, que golpeava a rocha em seu movimento descendente. O sistema de rotação era, a princípio, manual, passando-se mais tarde a empregar dispositivos mecânicos.
A mais antiga perfuratriz que se conhece data de 1838 (Michigan), tendo sido inventada por Singer, (mais tarde ele se dedicou à invenção da máquina de costura).
A partir desta, várias pessoas dedicadas ao setor de mineração e estudiosas do assunto, começaram a desenvolver novos tipos de perfuratrizes, procurando torná-las sempre mais mecanizadas e produtivas.
Era movida a vapor, e o pistão e a broca eram solidamente ligados. Permitia unicamente perfurações verticais, pôr gravidade, pois o pistão levantava o conjunto e o golpe era dado pelo peso próprio da queda do conjunto.
Em 1849, Couch patenteou uma perfuratriz a vapor, a primeira perfuratriz com válvula automática.
Sua operação era independente da gravidade e tinha rotação própria. Pesava um total de 5 toneladas.
Em 1851, Fowle construiu a primeira perfuratriz com lingüetas para a rotação.
A patente de Fowle foi posteriormente, comprada por Burleigh, que fundou assim a primeira fábrica de perfuratrizes de que se tem notícia.
Surgiram então as primeiras perfuratrizes a ar comprimido, que acabaram por substituir totalmente as movidas a vapor.
Em 1851, Cave, na França, construiu uma perfuratriz que funcionava tanto a vapor como a ar comprimido (possivelmente, a primeira perfuratriz a ar comprimido) que, no entanto ainda tinha comando manual da válvula e da rotação.
As primeiras perfuratrizes movidas a ar comprimido, que se podem considerar como bem sucedidas em operação, foram construídas para esta obra pelo engenheiro-chefe Germain Sommeiller, sendo posta em operação em fins do verão de 1861.
Estas máquinas a vapor e as primeiras pneumáticas eram pesadas e exigiam mais de dois homens para operá-las.
Podemos dizer que a maior contribuição técnica dada às perfuratrizes se deve a LEYNER em 1897.
Ele introduziu o sistema de limpeza do furo a ar comprimido e a água (minas subterrâneas), rotação por eixo de catraca, lubrificação automática e válvula de regulagem. Deve-se a ele a primeira perfuratriz operada por um só homem.
Foi uma longa caminhada de cerca de 50 anos, até que se logrou uma máquina semelhante às de hoje, isto é, até que se conseguiu desligar a broca do pistão, diminuindo dessa forma o efeito nocivo das massas mortas e aumentado o rendimento das máquinas. No entanto, foi uma caminhada produtiva, que permitiu à SAUNDERS afirmar, em 1889: "Há na perfuratriz de rocha mais invenções, pôr volume e peso, do que em qualquer outra máquina de igual importância". Esta afirmativa é verdade até hoje.
Com o avanço da civilização, conceitos técnicos foram desenvolvidos com novas filosofias de trabalho e novos equipamentos surgiram: - Motores pneumáticos (radiais de pistões; de palhetas; de Engrenagens), Perfuratrizes maiores para furos mais profundos, maiores diâmetros ou especiais.
Em seqüência surgiram as perfuratrizes com rotação independente, que possibilitava mesclar a rotação com o impacto, de acordo com o tipo de rocha. A perfuratriz com giro independente, gira o aço (haste) com o motor externo e o mecanismo interno (pistão) gera o impacto. Com a evolução do sistema, grandes perfuratrizes foram fabricadas.
Voltando à história do desenvolvimento das Perfuratrizes chegando aos anos 60, quando a força hidráulica começou a ser usada nos equipamentos de perfuração. A Gardner Denver, firma americana foi a pioneira a lançar uma Perfuratriz de rocha totalmente hidráulica. Problemas vários obrigaram a Gardner Denver a abandonar o projeto.
Na década de 80, finlandeses, suecos e americanos voltaram com novas idéias e foi lançando no mercado uma série de equipamentos. Perfuratrizes e Rompedores foram colocados no mercado com vantagens e desvantagens sobre os similares pneumáticos.
É comum na maioria das operações das minas descuidos e ausência de bons procedimentos na execução da perfuração de rochas. Muitas vezes, é considerado como um processo não relevante dentro da lavra da mina. Esta prática reflete na qualidade e custo da mineração, uma vez que a perfuração é o início do processo de lavra e de fundamental importância para as etapas subseqüentes: detonação, carregamento, transporte e britagem.
LUIZ ANTONIO NARESI JUNIOR
Engenheiro de Saúde e Segurança do Trabalho
Eng. Civil / Geotécncio / Analista Ambienta / Ergonomia
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