Desenvolvimento e avaliação de desempenho de misturas explosivas a base de nitrato de amônio e óleo combustível

Abstract

Explosivos a base de nitrato de amônio e óleo combustível tiveram grande importância no desenvolvimento da indústria mineira durante o século XX. Esses materiais são de incalculável valor para a sociedade, já que tem permitido redução dos custos de desmonte, aumento na segurança e desenvolvimento de novas atividades mineiras, as quais talvez não pudessem ter sido viáveis sem essa tecnologia. No passado, o desmonte de carvão no Rio Grande do Sul utilizava explosivos nitroglicerinados e mais recentemente lamas e emulsões. A busca contínua por redução de custos nas operações mineiras, motivou a pesquisa e otimização da operação de desmonte de rochas na Mina do Recreio. Depois de monitoramento contínuo do desmonte de rochas tradicional da empresa, modificações foram feitas. O objetivo dessa tese é o desenvolvimento de misturas de diferentes tipos de nitrato de amônio e óleo para uso na mina, no intuito de obter-se uma performance adequada, ou seja, uma melhor fragmentação com menor custo por metro cúbico. Somando-se a isso, foi realizada a investigação dos principais parâmetros que podem afetar a performance de uma mistura explosiva de baixo custo, confiável para a operação de desmonte de rochas na Mina do Recreio. De acordo com a caracterização do maciço rochoso, ficou demonstrado que o material ideal para desmonte de rochas no local poderia ser um agente explosivo a base de nitrato de amônio e óleo combustível. Dentre os óleos combustíveis testados, óleo diesel (FO) é o que apresentou melhor desempenho em termos de velocidade de detonação das misturas explosivas. No entanto, óleo lubrificante reutilizado (WO), por ter custo zero e poder ser consumido na detonação sem se tornar um resíduo poluente deve ser considerado como uma opção. Em relação aos nitratos de amônio utilizados, tipo explosivo ou industrial (b) e fertilizante (f), ficou demonstrado que ambos possuem desempenho semelhante quando utilizados a granel, segundo critério de velocidade de detonação. As misturas explosivas também podem utilizar agentes modificadores de densidade reduzindo em até 22% as densidades de carregamento, diminuindo o custo por metro cúbico sem prejuízo no desempenho. O estudo determinou uma carga iniciadora (primer) mínima de 520 g de emulsão encartuchada com densidade 1,15 g/cm3 para iniciar eficientemente as misturas. A pesquisa em diferentes misturas de nitrato de amônio e sua performance medida in situ, conduziram o desenvolvimento de um equipamento capaz de registrar a velocidade de detonação de agentes explosivos de baixa velocidade em furos de pequeno diâmetro, o que é uma situação típica da Mina do Recreio e da maioria das operações de desmonte à céu aberto de carvão no Brasil. O aparelho apresentou baixo custo de montagem, confiabilidade e pôde ser usado para otimizar as misturas. Na prática, a introdução na mina das modificações sugeridas pela pesquisa, permitiu uma redução de cerca de 33% no custo de desmonte de rocha, quando comparado ao desmonte somente com emulsão. Desse modo, mudo-se a concepção e técnica de desmonte de rocha na Copelmi Mineração Ltda.

The large-scale utilization of ammonium nitrate and fuel oil based explosives has been the most significant development in the explosives industry during the 20th century. These materials have been of incalculable value to our society. Their use has permitted a reduction of blasting costs, improved safety, and the development of new mining activities, which would not have been viable without this technology. In the past, coal blasting in Rio Grande do Sul has been done using nitroglycerin based explosives, and more recently massive slurry and emulsion. The endless need to decrease costs of mining operations and blasting, encouraged the research, and later blasting optimization at Recreio Mine. After continuous monitoring of the company traditional blasting operation, modifications were carried out on blasting design. The objective of this thesis is to develop different ammonium nitrate grades and oil mixtures in several blasting environments in order to meet the desired performance, in other words, the highest fragmentation at low cost per cubic meter. In addition, an investigation varying important parameters, which may affect performance of a cost effective and reliable blasting agent for Recreio Mine was carried out. According to the rock mass characterization, the ideal explosive material for blasting in Mina do Recreio could be a blasting agent based on ammonium nitrate and fuel. Diesel (FO) is the fuel that presented better results in terms of velocity of detonation. However, the costless used lubricant oil (WO) can be consumed on the blast, which prevents it to turn in a harmful residue, should be considered as an option. It was demonstrated that the ammonium nitrate grades tested, blasting (b) and fertilizer (f), have the same performance in bulk loading, according to velocity of detonation criteria. Density modifying agents can be added to the explosive mixtures to reduce 20% its loading density and no reduction in performance. The work determined a minimum primer of 520 g of packed emulsion 1,15 g/cm3 for a reliable initiation of the mixtures. The research for evaluating AN mixtures led to the development of a device capable of measuring velocity of detonation for low velocity blasting agents loaded in small diameter holes, which is typical at Recreio mine and in most Brazilian surface coal mines. The apparatus was of low construction cost, reliable and used to optimize the NA mixtures. In practice, the research and introduction of modifications on the mine allowed a 33% decrease in blasting costs compared to commercial emulsion and changed completely the culture and technical work force at Copelmi Mineração Ltda.