PT927297E

PT927297E - Dispositivo de rebentamento.

Info

Publication number: PT927297E
Application number: PT97939018T
Authority: PT
Inventors: Alan Colin Mcgowan
Original assignee: Alan Colin Mcgowan
Priority date: 1996-09-06
Filing date: 1997-09-04
Publication date: 2002-01-30
Also published as: ATE201744T1; AU4125097A; EP0927297B1; CA2264812C; DE69705056D1; RU2204018C2; BR9711393A; US6305752B1; CN1114752C; EP0927297A1; CN1229453A; AU729961B2; CA2264812A1; WO1998010169A1

Description

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DESCRIÇÃO “Dispositivo de rebentamento” O presente invento refere-se a um dispositivo de rebentamento, para utilização no rebentamento de rocha, em particular mas não exclusivamente, na mineração a céu aberto. Um tal dispositivo é conhecido, por exemplo, a partir de DE-B-1 298 483.

As operações mais convencionais de rebentamento de rochas empregam o "nitroprill" como o explosivo. Normalmente, na mineração a céu aberto, o rebentamento é executado perfurando em primeiro lugar um padrão de perfurações num “bloco” da rocha a ser rebentada. As minas a céu aberto são feitas rebentar numa formação de degraus, sendo a secção do degrau a ser rebentada conhecida como um “bloco”. Cada perfuração é então carregada com o explosivo, depois a zona imediata tem de ser evacuada de todo o pessoal e maquinaria que possa ser danificada, antes de que possa começar o rebentamento. Após o rebentamento, a zona deve ser liberta de toda a rocha e resíduos, os quais possam danificar a maquinaria utilizada no local. Para além dos perigos inerentes envolvidos, estes processos convencionais de rebentamento têm muitos inconvenientes, incluindo custos de mão-de-obra elevados no carregamento dos orifícios e custos elevados no fornecimento e transporte do explosivo utilizado. A paralisação das operações de mineração durante o rebentamento e a limpeza da zona imediata subsequentemente ao rebentamento, tudo se acrescenta à despesa e ao tempo envolvidos em tais operações. É, por conseguinte, um objecto do presente invento proporcionar um dispositivo e um processo, o qual, pelo menos parcialmente, supera os inconvenientes acima mencionados.

De acordo com um primeiro aspecto do presente invento é proporcionado um dispositivo de rebentamento como indicado na reivindicação 1.

De preferência, o invólucro tem a forma tubular, que tem uma pluralidade de aberturas ou orifícios de evacuação, dispostos por baixo de um lado do mesmo. Uma bainha tipo de borracha pode ser localizada dentro do invólucro com as aberturas alinhadas com a ou cada uma das ditas aberturas. As aberturas podem ter a forma ovoide embora outras formas se tenham mostrado adequadas. Em 2 87 219 ΕΡ Ο 927 297/ΡΤ particular, notou-se que uma abertura em forma de T é vantajosa devido ao facto da mesma reduzir o efeito de amortecimento no canhão de ar provocado pelo ar que é capaz de se escapar de modo suficientemente rápido da câmara evacuação do canhão de ar.

De acordo com uma concretização do invento é proporcionado um processo de rebentamento, que emprega, pelo menos, um dispositivo de rebentamento como definido acima e no qual uma perfuração ou um agrupamento de perfurações é perfurado numa secção a rebentar, o dito dispositivo é baixado para dentro da perfuração e o ou os canhões de ar são disparados, provocando que o ar comprimido, vindo da fonte, seja libertado do ou dos canhões, e passe através da ou das aberturas para criar um efeito de rebentamento na secção que rodeia a perfuração.

De acordo com uma concretização do presente invento, é proporcionado um dispositivo de rebentamento, como descrito anteriormente para inserção numa perfuração previamente perfurada, dispositivo que inclui ainda, pelo menos, uma junta localizada numa extremidade do dispositivo, sendo a disposição de tal modo que a junta forma uma vedação entre a perfuração e o dispositivo, de modo que o liquido introduzido na dita perfuração antes da operação do dispositivo é retido dentro da perfuração e amplifica desse modo o efeito de rebentamento do ou dos canhões de ar quando disparados.

De preferência, a junta toma a forma de um colar insuflável, enquanto que o líquido, convenientemente, água, é introduzido na perfuração através de uma cascata, proporcionada dentro do dispositivo. Vantajosamente, a cascata está posicionada para assegurar que o líquido que emerge da cascata lava o invólucro na região da abertura para evitar a acumulação de resíduos, vindos da perfuração, que reduzem a eficiência do dispositivo.

Será reconhecido que a junta ou as juntas podem ser posicionadas em qualquer sítio no invólucro do dispositivo, de modo a adequarem-se a uma técnica de rebentamento particular. Por exemplo, quando se deseja rebentar rocha fora da porção inferior de um bloco, pode ser ajustada uma junta na extremidade inferior do dispositivo para reter o líquido, a qual deve, por outro lado, drenar para dentro da porção recortada do bloco. 3 87 219 ΕΡ Ο 927 297/ΡΤ A fim de auxiliar a compreensão do invento, um certo número de concretizações do mesmo serão agora descritas puramente por meio de exemplo e com referência aos desenhos anexos: a Fig. 1 é uma vista lateral em corte transversal do dispositivo de acordo com o invento; a Fig. 2 é uma vista em corte transversal axial do dispositivo de rebentamento pela linha A-A da Fig. 1; a Fig. 3 é uma vista do lado, por baixo do qual estão dispostas as aberturas, que é o lado frontal do dispositivo da Fig. 1; a Fig. 4 é uma vista do dispositivo de rebentamento da Fig. 1, no local para uma operação de rebentamento; a Fig. 5 é uma vista esquemática de um agrupamento típico das perfurações utilizados para o rebentamento de um “bloco"; a Fig. 6 é uma vista lateral de uma porção superior de um dispositivo de acordo com uma concretização adicional do invento; a Fig. 7 é uma vista semelhante de uma porção inferior do dispositivo da Fig. 6; a Fig. 8 é uma vista em corte transversal pormenorizada da vista em planta de uma abertura e um canhão de ar do dispositivo da Fig. 6, omitindo a lançadeira por razões de clareza; a Fig. 9 é uma vista semelhante, que mostra o canhão de ar na posição armada, mostrando a lançadeira; a Fig. 10 é uma vista semelhante que mostra o canhão de ar no instante da deslocação máxima da lançadeira, depois de ter sido disparado; e a Fig. 11 é uma vista semelhante à da Fig. 8, que mostra uma variante da abertura. 4 07 219 ΕΡ 0 927 297/ΡΤ

Referindo inicialmente as Figs. 1 a 5 dos desenhos, o dispositivo de rebentamento 1 compreende um invólucro, um tubo de acabamento por calor sem costura (norma britânica DIN 2448/1629 ST52 ou equivalente) tendo uma espessura de aproximadamente 2 cm e aproximadamente 9 metros de comprimento e de 15 a 20 cm de diâmetro. O tubo tem aberturas ovoides 3 igualmente espaçadas por baixo do lado frontal, tendo as aberturas 3 uma altura máxima de aproximadamente 90 cm e uma largura máxima de aproximadamente 15 cm. Os canhões de ar individuais 4, adequadamente canhões sísmicos de construção convencional, são posicionados em cada abertura do tubo, tendo cada canhão 4 aproximadamente 90 cm de comprimento. No topo e no fundo de cada canhão 4 é soldada na posição uma placa circular 5, tendo uma espessura de aproximadamente 2 cm, para fechar o tubo 2. Estas placas 5 servem ainda para acrescentarem rigidez ao tubo e podem proporcionar suporte para os canhões 4. Entre as placas 5 em cada lado de um canhão 4 fica um espaço morto do tubo 2 e tanto no topo 7 como no fundo 8 do dispositivo 1 fica um espaço morto do tubo 2 de aproximadamente 0,5 m. O fundo 8 do tubo por baixo do canhão mais baixo é afunilado para facilitar a entrada do dispositivo 1 dentro de um orifício perfurado. O ar para os canhões 4 é proporcionado por um fonte de ar comprimido, adequadamente um compressor (não mostrado), o qual está ligado por um acessório adequado a um colector, o qual alimenta o ar para os canhões de ar.

Os canhões de ar são carregados antes de serem disparados de ar, vindo do compressor, ar que é retido sob pressão por uma válvula em cada canhão, até as válvulas serem iniciadas de modo a abrirem simultaneamente. O disparo dos canhões de ar 4 emite um rebentamento de ar em cada canhão, dirigido para fora das aberturas 3, na forma de uma pressão de choque. As placas 5 auxiliam na focagem da pressão de choque criada pelo ar fora das aberturas 3. A linha de ar corre do compressor para proporcionar uma pressão de ar requerida, por exemplo, de 180 bar e entra no dispositivo nos acessórios para passar para o espaço vedado no topo do tubo. A linha de ar passa então para baixo para a face interna do tubo 2 no lado oposto às aberturas 3, penetrando em pequenos orifícios vedados em cada uma das placas 5, e está disposta de modo a distribuir através de um colector (não mostrado) para cada um dos canhões.

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Será apreciado pelos peritos na técnica que o dispositivo, como descrito acima é adequado para o rebentamento de um “bloco” de 9 m de rocha. No entanto, o dispositivo pode ser utilizado para rebentar quase com qualquer tamanho de “bloco” por simples alteração do comprimento, largura e número de canhões envolvidos, e pode ser produzido com qualquer das dimensões de diâmetro das maiores perfurações actualmente em utilização. A alteração da forma das aberturas 3 e/ou da separação entre cada canhão produz diferentes efeitos de rebentamento, e a separação entre cada canhão não necessita necessariamente de ser regular.

Além disso, pela disposição adequada das ligações da linha de ar, os canhões podem ser disparados não apenas simultaneamente, mas também em séries ou com um padrão adequado.

Em utilização, numa variante particular (não representada) o dispositivo é ligado a uma plataforma de perfuração convencional, com apenas ligeiras modificações, requeridas para a ligação do dispositivo à plataforma, tal como um suporte. A plataforma de perfuração deve levar um compressor, o qual proporciona a pressão de ar requerida para disparar os canhões. No caso de um “bloco” de 9 m, a plataforma requereria uma armação de suporte de 9 m, a partir da qual o dispositivo pode ser baixado para dentro dos orifícios perfurados.

Ainda numa variante não representada, o dispositivo está fixo à plataforma através de uma armação de suporte deslizante sobre a mesma. Um guincho ligado por um cabo à peça de ligação no topo do dispositivo permite ao dispositivo ser baixado para dentro do perfuração perfurada e deslizar para fora do suporte para permitir à plataforma de perfuração ser retirada do local de rebentamento, deixando o dispositivo ainda fixo à plataforma pelo cabo do guincho e pela linha de ar. Os canhões são disparados a partir de um disparador na plataforma e são, por conseguinte, disparados de uma distância segura. Após o rebentamento estar completo, a plataforma pode voltar e elevar o dispositivo do local rebentado, utilizando o guincho e deslizar na armação de suporte. A plataforma de perfuração pode, adicionalmente, levar o dispositivo e, por simplicidade, a broca pode operar fora do mesmo compressor como o dispositivo. Isto permitiria uma plataforma ter a seu cargo o rebentamento de um “bloco”, desde a perfuração das perfurações até ao disparo dos canhões. Com a broca e o dispositivo combinados numa plataforma, os canhões podem ser disparados à medida que as perfurações são perfuradas numa base lado-a-lado.

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Como ilustrado na Fig. 4, o dispositivo deve ser posicionado numa perfuração 9 de modo que a face frontal do dispositivo fique em frente da secção do “bloco” 10 a ser rebentado. Sendo a pressão de choque do disparo dos canhões dirigida para fora das aberturas 3 no lado frontal do dispositivo. O padrão das perfurações 9, ilustrado na Fig. 5, é semelhante ao padrão utilizado para as operações de mineração convencionais. No entanto, este agrupamento de perfurações proporciona também resultados mais eficientes para a utilização do dispositivo de acordo com o invento.

Referindo agora as restantes Figs. 6 a 11, nas quais as partes correspondentes estão identificadas pelos mesmos números de referência como utilizados acima, é mostrado uma concretização adicional do dispositivo de rebentamento 1. O dispositivo 1 compreende um invólucro, neste caso um tubo metálico cilíndrico 2, dentro do qual estão ajustados um conjunto de canhões de ar 4, como mostrado com mais pormenor nas Figs. 3 a 5. Cada canhão de ar está posicionado numa abertura 3 do tubo 2, estando as aberturas 3 dispostas no mesmo plano. O ar comprimido é fornecido a cada canhão de ar 4 através do colector 19 dentro do invólucro. Um ponto de ligação de água 9 é proporcionado na extremidade superior 7, em utilização do invólucro, o qual fornece uma cascata 10 proporcionada na extremidade superior 7 do invólucro e portanto acima das aberturas 3. O invólucro está ainda munido de colares ou juntas insufláveis superior e inferior 11a, 11b, nas respectivas extremidades 7, 8 do invólucro.

Convenientemente, as juntas 11a, 11b são insufladas utilizando o mesmo fornecimento de ar que alimenta os canhões de ar 4.

Em utilização, o dispositivo 1 é introduzido dentro de uma perfuração previamente preparada (não mostrada), estando ao mesmo tempo suspenso no cabo 21 e com cada junta 11a, 11b não insuflada. Uma vez na posição dentro da perfuração, as juntas 11a, 11b são insufladas e é introduzida água na perfuração através da cascata 10. Será notado que a água que emerge da cascata 10 passa para baixo no tubo 2, que forma o invólucro e auxilia a remoção dos resíduos da região das aberturas 3. A água é fornecida até a perfuração e os vazios 16 no invólucro por detrás das aberturas, formadas por cada câmara de evacuação 18 dos canhões de ar, estarem cheios. O dispositivo pode ser então operado disparando os canhões de ar. 7 87 219 ΕΡ Ο 927 297/ΡΤ

Tais canhões de ar 4 são convencionais porque o ar entra e é armazenado nas câmaras de alta pressão 12a, 12b em cada lado da câmara de evacuação 18. Uma lançadeira 13, isola a câmara de evacuação 18 das câmaras de alta pressão 12a, 12b na posição “armada”. O ar é liberto explosivamente a partir da câmaras de alta pressão 12a, 12b, retirando da sede o êmbolo de disparador 14, localizado numa das extremidades da lançadeira 13, através de uma linha de purga de ar 17 sob o controlo de uma válvula operada por solenoide 16. Ao retirar da sede o êmbolo de disparador 14, a pressão de ar que actua na área grande de um êmbolo de disparo 15 desloca a lançadeira 13 para cima, contra a força da gravidade, a partir da sua posição “armada” ou na sede, permitindo ao ar escapar-se explosivamente para dentro da água contida dentro da câmara de evacuação 18, por trás da única abertura ou orifício 3. A bolha de ar resultante expande-se e então colapsa rapidamente, de tal modo que o efeito de cavitação destrui a estrutura da rocha na zona do dispositivo adjacente às aberturas 3. No caso das versões subterrâneas do dispositivo, deve ser ajustada uma válvula de sangria para permitir ao ar deslocado sair do orifício de perfuração quando operando horizontalmente.

Finalmente, a Fig. 11 mostra uma variante da abertura descrita anteriormente, na qual a abertura 3 tem a forma de T. Uma tal forma permite ao ar escapar da câmara de evacuação 18 do canhão de ar de uma maneira controlada, de tal modo que o êmbolo de disparo 15 não é retardado pela incapacidade do ar deixar a câmara de evacuação 18 suficientemente rápido.

As juntas pode ser insufladas automaticamente em contacto com a água. Sendo uma tal característica particularmente útil para a junta mais de topo, a qual deve proporcionar uma indicação para o operador que a perfuração estava cheia de líquido. Para além disso, para evitar que o líquido entre na região vazia entre os canhões de ar, a região pode ser enchida com um material de espuma adequado.

As vantagens do dispositivo como descrito de acordo com o presente invento incluem o facto do mesmo ser reutilizável, enquanto que os explosivos não são, o dispositivo do invento não deve criar resíduos que voem, não devem existir veículos explosivos para manter e tripulação e operação de limpeza; apenas um operador deve ser necessário, pode ser poupado tempo e o “risco” de dores de cabeça de “factura” devido a contacto com a nitroglicerina é evitado, os canhões sísmicos não devem ser poluentes e muitas plataforma de perfuração terrestres actualmente em utilização podem ser adaptadas para levarem um dos dispositivos. A ausência de cargas explosivas reduz também, consideravelmente a poluição devida ao ruído e 8 ΕΡ Ο 927 297/ΡΤ eficientemente as concretizações projectadas do invento são capazes de operação quase silenciosa.

Um exemplo de como a concretização pode utilmente ser modificada deve ser acrescentar uma abertura adicional ou série de aberturas no lado inverso do tubo 2, isto é, em frente da direcção substancialmente oposta das aberturas existentes 3. Isto deve proporcionar um rebentamento equilibrado e deve desse modo aliviar a recolha do dispositivo 1. Isto por sua vez pode ser benéfico em termos de vida de serviço do dispositivo. O invento é ainda aplicável a outras aplicações, incluindo outras formas de rebentamento. Por exemplo, o dispositivo pode ser utilizado em operações de demolição. Para além disso, quando uma profundidade maior do material requer rebentamento, dois ou mais de tais dispositivos podem ser acoplados em conjunto na mesma perfuração, caso em que, por conveniência, a plataforma pode levar mais do que um dispositivo . Em certas aplicações, por exemplo, a extinção de um fogo de poço de petróleo/gás, em vez da utilização de ar comprimido o dispositivo pode ser carregado com gás ou gases inertes, os quais, quando libertados explosivamente pelo canhão ou canhões de ar, tanto suprimem como extinguem o fogo.

Será adicionalmente notado que, enquanto nas operações de mineração convencionais, todas as perfurações são perfuradas, depois são carregados os explosivos, depois disparados e rebentados simultaneamente no “bloco”. Isto deve evitar o disparo de uma perfuração que fractura uma perfuração já perfurada e restringindo assim a entrada subsequente do dispositivo.

Lisboa,

Por ALAN COLIN McGOWAN - O AGENTE OFICIAL -

Eng.° ANTÓNIO JOÃO DA CUNHA FERREIRA Ag. Of. Pr. Ind. Rua das Flores, 74--4.° 1200-195 LISBOA

Claims

η η

87 219 ΕΡ Ο 927 297/ΡΤ 1/2 REIVINDICAÇÕES 1 - Dispositivo de rebentamento (1) para liyação a uma fonle de gás comprimido, podendo o dispositivo (1) ser inserido numa perfuração previamente preparada e tendo, pelo menos, uma junta (11a), localizada numa extremidade do dispositivo (1), disposta para formar uma vedação entre o invólucro (2) e uma perfuração envolvente, com um ou mais canhões de ar, contidos dentro de um invólucro (2), estando cada canhão de ar (4) associado a uma abertura (3) no invólucro (2), através da qual o gás evacuado a partir do canhão de ar (4) é dirigido a uma pressão e velocidade altas, para criar um efeito de rebentamento, estando a junta disposta de modo que o líquido, introduzido na dita perfuração antes da operação do dispositivo (1), fica retido dentro da perfuração, caracterizado por: cada canhão de ar (4) compreender uma câmara de alta pressão (12a, 12b) e uma câmara de evacuação (18) isoláveis entre si por meio de uma lançadeira (13), a qual inclui um êmbolo de disparador (14), o qual pode ser retirado da sede através de uma linha de sangria de ar (17), para, desse modo, deslocar a lançadeira (13) e libertar o gás na câmara de alta pressão (12a, 12b), e deslocar, desse modo, a lançadeira (13) e libertar o gás da câmara de alta pressão (12a, 12b) e amplificar, desse modo, o efeito de rebentamento do canhão ou dos canhões de ar (4) quando disparados.
2 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, em que o gás comprimido é ar.
3 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o invólucro (2) tem a forma tubular.
4 - Dispositivo de acordo com qualquer reivindicação anterior, em que o invólucro (2) está revestido com material em folha elastomérico. 87 219 ΕΡ Ο 927 297/ΡΤ 2/2
5 - Dispositivo de acordo com qualquer reivindicação anterior, em que uma pluralidade de aberturas (3) estão dispostas num lado do invólucro (2).
6 - Dispositivo de acordo com qualquer reivindicação anterior, em que a abertura ou as aberturas (3) têm forma ovoide.
7 - Dispositivo de acordo com qualquer reivindicação anterior, em que a abertura ou as aberturas (3) têm forma de T.
8 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, em que a junta (11 a) toma a forma de um colar insuflável.
9 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou a reivindicação 8, que inclui ainda uma cascata para fornecer líquido dentro da perfuração.
10 - Método de rebentamento, que emprega, pelo menos, um dispositivo de rebentamento (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, no qual uma perfuração ou um agrupamento de perfurações é perfurado numa secção a ser rebentada, o dito dispositivo (1) é baixado para dentro de uma perfuração, o líquido é introduzido dentro da perfuração em volta do dispositivo (1) e o ou os canhões de ar disparados, provocando que o ar comprimido, vindo da fonte, seja liberto do ou dos canhões de ar e passe através da ou das aberturas (3), de modo a criar o efeito de rebentamento na secção que envolve a perfuração.

Por ALAN COLIN McGOWAN - O AGENTE OFICIAL -

DA CUNHA FERREIRA Ag. Of. Pr. Ind. Rua das Flores, 74-4.° 1200-1Θ5 LISBOA Eng.° ANTÓNIO JOÃO