Bohr- und Sprengladung und -design

Einführung

Teil 1

Eine effiziente Planung von Bohr- und Sprengvorgängen ist grundlegend für eine optimale Gesteinsfragmentierung, Kostenkontrolle und Produktivität in nachgelagerten Prozessen. Der erste Schritt bei der Planung einer effektiven Sprengung ist die Auswahl geeigneter geometrischer Parameter auf Basis der Gesteinseigenschaften, der Sprengstoffeigenschaften und der standortspezifischen Gegebenheiten. Dieser Artikel stellt erste Auslegungsverhältnisse vor, die als erste Näherungswerte für die Sprengplanung dienen können. Dabei ist zu beachten, dass Anpassungen erforderlich sind, sobald Felddaten vorliegen.

1. Lastabschätzung

Die Belastung, also der Abstand zwischen einem Sprengloch und der freien Gesteinsoberfläche, wird von der Gesteinsdichte und dem Sprengstoffdurchmesser beeinflusst. Erste Richtlinien legen Folgendes nahe:
Leichtes Gestein (2,2 g/cm³): 28 × Sprengstoffdurchmesser
Mittelgestein (2,7 g/cm³): 25 × Sprengstoffdurchmesser
Dichtes Gestein (3,2 g/cm³): 23 × Sprengstoffdurchmesser
Diese Werte können auf Basis von Fragmentierungsrückmeldungen und dem Verhalten des Gesteins vor Ort verfeinert werden.

2. Lochabstand

Die Abstandsregelung gewährleistet eine gleichmäßige Energieverteilung und reduziert Überlappungen oder Lücken zwischen den Explosionswirkungen:
Momentane Zündrate pro Reihe: 1,8 – 2,0 × Belastung
Großbohrungen (sequenziell): 1,2 – 1,5 × Belastung
Bohrungen mit kleinem Durchmesser (sequenziell): 1,15 – 1,8 × Belastung

3. Bankhöhe

Die Bankhöhe hängt vom Betriebsumfang und der Belastung ab:
Typischer Bereich: 1,5 – 4,0 × Belastung, in manchen Fällen auch höher.

4. Unterbohrung

Durch das Unterbohren wird ein vollständiger Bruch am Fußpunkt sichergestellt, was insbesondere bei geschichteten oder dichten Gesteinsformationen wichtig ist:
Flache Einstreu im Zehenbereich: 0,0 – 0,1 × Belastung
Leichte Zehen: 0,1 – 0,2 × Belastung
Mittlerer Zeh: 0,2 – 0,4 × Belastung
Schwierige Zehe (vertikale Einbettung): 0,5 × Belastung
Gesamtansicht: (3 bis 15) x D

5. Stiellänge

Durch das Stemming wird die Explosionsenergie im Bohrloch erhalten und Steinschlag kontrolliert:
Allgemeiner Bereich: 0,5 – 1,3 × Belastung
Multiplikator bei nassen Bohrungen oder bei Verwendung von Bohrklein erhöhen.
Verringern Sie den Multiplikator bei Trockenlöchern oder bei Verwendung von eckigen Spänen.
Für extrem vorsichtiges Sprengen (kein Steinwurf oder Steinflug):
Verwenden Sie bis zu 36 × Lochdurchmesser zum Entstieln
Deckverzögerungs-Stemmlängen:
Trockene Löcher: 6 × Lochdurchmesser
Nasse Löcher: 12 × Lochdurchmesser
Stielmaterialgröße = D/10 bis D/20

6. Laststeifigkeitsverhältnis (Sr)

=H/B : 2 bis 3,5 gute Fragmentierung
 Sr > 3,5 sehr gute Fragmentierung
Konstruktion von Kontrollsprengsätzen
Vorsprengung
Abstand = Lochdurchmesser x 12
Belastung = 0,5 x Produktionssprengbelastung (B)
Ungeladene Länge oben = 10 x D
Puderfaktor = 0,5 kg pro Quadratmeter Gesichtsfläche
Glattstrahlen
Abstand = 15 x Lochdurchmesser (hartes Gestein)
20 x Lochdurchmesser (weiches Gestein)
Belastung = 1,25 x Abstand
Gesteinsart PF (kg/m3)
Schwer 0,7 – 0,8
Mittel 0,4 – 0,5
Weich 0,25 – 0,35
Sehr weich 0,15 – 0,2

Abschluss

Diese Verhältnisse dienen als Ausgangspunkt für die Sprengplanung. Die geologischen Gegebenheiten jedes Standorts und die Ergebnisse der Leistungsmessung sollten die weitere Optimierung steuern. In Teil 2 werden wir die Ladungsverteilung und die Zündung untersuchen, um die Sprengleistung weiter zu verbessern.
Bibliographie
Dyno Nobel Sprengstoff-Kurzreferenzhandbuch 2010
Video mit freundlicher Genehmigung von Chris Addicott

Verständnis der Wechselwirkung zwischen steuerbaren Sprengparametern und der Verteilung der Explosionsenergie

Teil 2

Im Tage- und Untertagebau hängt die optimale Fragmentierung und Effizienz der nachgelagerten Prozesse maßgeblich von der Verteilung der Sprengenergie in der gesamten Sprengzone ab (Zhang et al., 2023). Für Bohr- und Sprengingenieure ist diese Verteilung nicht zufällig, sondern wird direkt vom Zustand der steuerbaren Sprengparameter beeinflusst.

1. Lochdurchmesser und Bürde/Abstand

Die Größe des Bohrlochs spielt eine entscheidende Rolle für die Energie pro Volumeneinheit Gestein (Sprengstofffaktor). Größere Bohrlöcher ermöglichen eine höhere Sprengstoffmenge, doch ohne die richtige Abstimmung von Sprengstoffmenge und Bohrlochabstand kann die Energie entweder vorzeitig entweichen oder nicht ausreichen, um das Gestein effektiv zu sprengen. Eine ausgewogene Sprengstoffmenge und ein optimaler Bohrlochabstand gewährleisten, dass die Sprengenergie dort konzentriert und eingesetzt wird, wo sie in den natürlichen Schwachstellen des Gesteins am wirksamsten ist.

2. Stiellänge und -art

Die Verfüllung dient als Begrenzungsmechanismus, und ihre Länge bestimmt, wie viel Energie für nutzbare Arbeit (Fragmentierung) genutzt und wie viel an die Atmosphäre verloren geht (Luftstoß und Steinschlag). Eine zu kurze Verfüllungssäule führt zu einer übermäßigen Freisetzung von Energie nach oben, wodurch die Zerkleinerungseffizienz sinkt. Auch das Verfüllungsmaterial ist wichtig; inerte und reibungsstarke Materialien speichern Energie besser als loses oder feuchtes Füllmaterial.

3. Art und Dichte des Sprengstoffs

Unterschiedliche Sprengstoffe weisen unterschiedliche Detonationsgeschwindigkeiten und Energieausbeuten auf. Die Wahl eines Sprengstoffs mit geeigneten Eigenschaften für die Gesteinsart und das gewünschte Fragmentierungsergebnis gewährleistet, dass die Energie weder zu hoch (was zu Feinkornanteil und Überbruch führt) noch zu niedrig (was zu Blockbildung und unzureichender Fragmentierung führt) ist. Darüber hinaus beeinflusst die Dichte des Sprengstoffs die pro Bohrlochlängeneinheit eingebrachte Energiemenge.

4. Initiierungssequenz und Zeitverzögerungen

Die Reihenfolge und der Zeitpunkt der Detonation bestimmen, wie die Energie zwischen den Bohrlöchern übertragen wird und wie das Gestein dynamisch reagiert. Eine präzise Verzögerung gewährleistet eine effektive Entlastung des Gesteins und eine sequentielle Gesteinsbewegung, wodurch ein effizienter Energietransfer gefördert und das Risiko von Druckwellen und Bodenerschütterungen reduziert wird.

Abschluss

Die steuerbaren Parameter der Sprengung sind keine isolierten Konstruktionsfaktoren, sondern wirken zusammen, um die Verteilung und Nutzung der Explosionsenergie zu gestalten.

Wissenswertes über WipFrag

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Die Bedeutung der Bodenladung und der Energieverteilung beim Sprengen

Teil 3

Im Tage- und Untertagebau ist eine optimale Fragmentierung durch effektive Sprengplanung entscheidend für die Betriebseffizienz. Ein wichtiger, aber oft unterschätzter Aspekt der Sprengplanung ist die Bodenladung – der Teil des Sprengstoffs, der am Grund des Bohrlochs platziert wird – und deren Beitrag zur Energieverteilung im Gestein.

Was ist Bottom Charge?

Die Bodenladung, auch Säulenbasisladung genannt, ist typischerweise ein Sprengstoff höherer Dichte oder ein konzentrierter Teil der Gesamtladung, der am Bohrlochfuß platziert wird. Ihre Hauptfunktion besteht darin, den Sprengvorgang von unten nach oben einzuleiten und so sicherzustellen, dass das gesamte Material effektiv zerkleinert und verdrängt wird.

Warum das wichtig ist

1. Zerquetschung und Fragmentierung an der Zehe

Der Zehenbereich ist der widerstandsfähigste Teil der Belastung. Fehlt es an der Unterseite an Energie, kann dies zu unzureichender Fragmentierung oder sogar zu Problemen mit der Zehenbildung (harte Zehenbildung) führen. Eine präzise berechnete Bodenladung gewährleistet, dass dieser Bereich genügend Energie erhält, um die Rissbildung und -ausbreitung einzuleiten.

2. Verbesserte Energieverteilung

Eine gleichmäßige Energieverteilung entlang des Bohrlochs ist von entscheidender Bedeutung. Durch die Konzentration von mehr Energie am Bohrlochgrund wird eine bessere Ausbreitung der Druckwelle ermöglicht, Energieverluste in Luftspalten oder Sperrzonen reduziert und eine gleichmäßigere Fragmentierung des gesamten Bohrguts erzielt.

3. Reduzierung von Steinschlag und Überbruch

Eine gut geplante Bodenladung reduziert die unkontrollierte Energiefreisetzung am Bohrlochkopf und minimiert so Steinschlag und Überbruch. Dies fördert sicherere und sauberere Bohrarbeiten, insbesondere in besiedelten Gebieten oder Gebieten mit sensibler Infrastruktur.

Eine einfache Schritt-für-Schritt-Berechnung der Bodenladungsmenge

1. Bestimmen Sie den Lochdurchmesser.
 Nehmen wir an:
2. Lochdurchmesser d = 102 mm = 0,102 m
3. Querschnittsfläche des Lochs (A):
A = (pi*d*d)/4
A = 0,00817 m²
4. Explosionsdichte (ρ): Annahme: ANFO ρ=850kg/m^3
5. Bestimmen Sie die Länge der unteren Ladung.
Nehmen wir an:
Länge der unteren Ladung (Lb) = 1,2 m
6. Berechnen Sie die Ladung (Masse) am Boden.
Masse der Bodenladung = A × Lb × ρ = 0,00817 × 1,2 × 850 ≈ 8,33 kg
Wovon hängt die Länge der unteren Ladung ab?
Felsen Härte und Festigkeit, Bohrlochdurchmesser, Deckstrategie, Bankhöhe, gewünschte Fragmentierung und Zehenbruch, Verrohrungslänge, Wasservorkommen im Bohrloch, gewünschter Wurf oder Verdrängung, Sprengmuster, Geometrie usw. Die Rolle der Grundladung geht über die bloße Einleitung der Sprengung hinaus.

WipFrag ermöglicht die präzise Fragmentierungsanalyse von Sprengbildern und liefert so wichtige Daten zur Bewertung der Sprengeffektivität. Es unterstützt die kontinuierliche Verbesserung durch die Identifizierung von Überkorn, die Optimierung von Sprengplänen und die Sicherstellung der Brecherkompatibilität. Dank Echtzeit-Feedback und Spezifikationsbereichen verbessert es die Entscheidungsfindung und steigert die Effizienz der gesamten Wertschöpfungskette von der Mine bis zur Aufbereitungsanlage.
Lesen Sie hier eine Fallstudie.
Videocredits: Goran Petrovic