Welchen Beitrag kann eine verbesserte Fragmentierungsmessung zur Effizienz im Bergbau und in Steinbrüchen leisten?
Seit Jahrzehnten nutzen Forscher und Industrieunternehmen WipFrag, um Sprengergebnisse auszuwerten, Herausforderungen im Materialhandling zu untersuchen und zu verstehen, wie die Partikelgröße nachgelagerte Prozesse beeinflusst.
Im Jahr 1999 präsentierten Tom Palangio und Dr. Norbert Maerz von WipWare Fallstudien zur Verwendung des WipFrag-Bildanalysesystems auf dem sechsten Internationalen Symposium für Gesteinsfragmentierung durch Sprengung (FRAGBLAST 6) in Johannesburg, Südafrika.
In ihrer Arbeit fassten sie sieben Anwendungen der bildbasierten Fragmentierungsmessung zusammen und stützten sich dabei auf Feldstudien aus den 1990er Jahren. Die Beispiele sind auch heute noch wertvoll, da sie zeigen, wie quantitative Messungen den Anwendern halfen, Probleme zu bewerten, die zuvor schwer systematisch zu untersuchen waren.
Der folgende Überblick hebt die Forschungsergebnisse und die daraus ableitbaren praktischen Lehren hervor.
1. Selbaie-Mine – Die Kosten der Fragmentierung verstehen
Joutel, Quebec, Kanada
Mitte der 1990er Jahre nutzte die Selbaie-Mine WipFrag, um die Sprengleistung zu bewerten und zu untersuchen, wie sich die Sprengfragmentierung auf andere Kosten des Bergbaus auswirkte.
Die Studie untersuchte Zusammenhänge zwischen der Partikelgröße und verschiedenen Betriebsvariablen, darunter:
- Energieverbrauch beim Zerkleinern.
- Laderaten und Nutzlasten von Muldenkippern.
- Anforderungen an die Sekundärsprengung.
- Wartungs- und Materialtransportkosten.
Durch die Quantifizierung der Fragmentierung könnte das Unternehmen beginnen, die Kostenfolgen unterschiedlicher Sprengergebnisse zu bewerten, anstatt sich allein auf visuelle Beurteilungen zu verlassen.
Wichtigste Erkenntnis: Fragmentierungsmessungen können dazu beitragen, Zusammenhänge zwischen der Sprengleistung und den Kosten während des gesamten Bergbauprozesses herzustellen.
2. INCO Coleman Mine – Verbesserung der Fragmentierung bei gleichzeitiger Erweiterung der Sprengmuster
Sudbury, Ontario, Kanada
Eine Studie aus dem Jahr 1994 in der Coleman-Mine von INCO zeigte, dass engere Sprengmuster nicht unbedingt eine bessere Fragmentierung bewirken.
Das ursprüngliche Sprengmuster hatte eine Größe von 5 × 10 Fuß (ungefähr 1,5 × 3,0 m) und ergab eine charakteristische Fragmentgröße (Xc) von 617 mm sowie eine erhebliche Übergröße, die eine Nachsprengung erforderlich machte.
Nach Auswertung der WipFrag-Ergebnisse wurde das Explosionsmuster schrittweise erweitert.
Bei einem Format von 6 × 10 Fuß verringerte sich die charakteristische Größe auf 509 mm. Eine weitere Vergrößerung auf 7 × 10 Fuß reduzierte sie auf 318 mm, wobei Übergröße weitgehend beseitigt wurde.
Die Forscher berichteten von einer 40%-Ausweitung des Sprengmusters und Kosteneinsparungen von bis zu 80% bei der untersuchten Sprenganwendung.
Diese Ergebnisse verdeutlichten, wie übermäßige Einschlussbedingungen und Sprengplanungsbedingungen zu einer unerwartet breiten Verteilung führen können, die sowohl Überkorn als auch Feinkorn enthält.
Wichtigste Erkenntnis: Die gemessenen Fragmentierungsergebnisse können Annahmen über die Sprengplanung in Frage stellen und dazu beitragen, Möglichkeiten zur Leistungssteigerung bei gleichzeitiger Kostenreduzierung zu identifizieren.
3. Highland Valley Copper – Zusammenhang zwischen Fragmentierung und Mühlenleistung
Logan Lake, British Columbia, Kanada
Highland Valley Copper untersuchte, wie die Eigenschaften des Rohmaterials die Mahlleistung beeinflussen.
Die Untersuchung berücksichtigte sowohl die Härte des Erzes als auch die Partikelgröße und verfolgte das Material durch das Brech-, Förder- und Lagerhaldennetzwerk der Mine bis hin zu den Mahlkreisläufen.
Mithilfe von Kameramessungen im Rahmen des WipFrag-Verfahrens konnten die Korngrößenverteilungen des Materials charakterisiert werden, während die Dispositions- und Modellierungssysteme der Mine die Verfolgung der Erzeigenschaften unterstützten.
Die Forscher identifizierten Unterschiede in der Partikelgrößenverteilung des den Mahlanlagen zugeführten Materials, einschließlich der Variabilität im Zusammenhang mit der Entmischung des Haldenmaterials.
Diese Beobachtungen halfen den Bedienern, die Anpassungen der Haldenaufgeber zu bewerten und den Zusammenhang zwischen den Eigenschaften des Mühlenmaterials und dem Durchsatz besser zu verstehen.
Wichtigste Erkenntnis: Die Verknüpfung von Fragmentierungsmessungen mit Materialverfolgungs- und Verarbeitungsdaten kann dazu beitragen, Schwankungen in der Mahlleistung zu erklären und eine gleichmäßigere Mühlenbeschickung zu unterstützen.
4. Benchmark Materials Quarry — Bewertung des Zündzeitpunkts
Ogdensburg, New York, USA
Bartley und Trousselle untersuchten die Auswirkungen der Zündgenauigkeit bei Sprengversuchen, die 1997 im Steinbruch Benchmark Materials durchgeführt wurden.
In der Studie wurde die Sprengleistung mit programmierbaren digitalen Zündern verglichen, wobei WipFrag quantitative Messungen der Fragmentgröße und -gleichmäßigkeit ermöglichte.
Die Forscher berichteten von einer verbesserten Fragmentierung und niedrigeren Vibrationswerten im Zusammenhang mit hochpräzisen Zündern.
WipFrag bot eine praktische Möglichkeit, Veränderungen in der resultierenden Partikelgrößenverteilung zu beurteilen und die Ergebnisse von Sprengungen zu vergleichen.
Wichtigste Erkenntnis: Quantitative Fragmentierungsmessungen können Anhaltspunkte für die Bewertung der Auswirkungen von Initiierungssystemen und Timing-Anpassungen liefern.
5. Lafarge Exshaw – Verbesserung des Brecherdurchsatzes und des Energieverbrauchs
Exshaw, Alberta, Kanada
Im Exshaw-Werk von Lafarge wurde in einer Fragmentierungsstudie untersucht, wie sich Sprengverfahren auf die nachgelagerte mechanische Leistung und den Energieverbrauch auswirken.
Die Forscher bewerteten verschiedene Faktoren, darunter die Abweichung des Sprenglochs, das Unterbohren, die Sprengplanung und die Gleichmäßigkeit der Fragmentierung.
Eine überarbeitete Sprengkonstruktion mit 102 mm großen Sprenglöchern führte zu einer feineren und gleichmäßigeren Fragmentierung.
Die Studie berichtete:
- 16% Verbesserung des Brecherdurchsatzes.
- 30% Reduzierung des Stromverbrauchs des Brechers.
- Reduzierte mechanische Ausfallzeiten und verbesserte Belastungsbedingungen.
Die Forschung identifizierte auch Verbesserungen in Bezug auf Vibrationen und endgültige Wandschäden.
Wichtigste Erkenntnis: Eine verbesserte Sprengfragmentierung kann zu einer besseren Brecherleistung beitragen, aber um den Nutzen zu bewerten, sind Messungen sowohl beim Sprengvorgang als auch bei der Verarbeitung erforderlich.
6. Barkley und Carter – Bewertung der optischen Fragmentierungsmessung
Forschung zu optischen Größenbestimmungsmethoden
Barkley und Carter untersuchten die Eignung optischer Methoden zur Beurteilung der Gesteinsfragmentierung.
Ihre Forschung befasste sich mit den Grenzen traditioneller Messmethoden und den Herausforderungen bei der Gewinnung repräsentativer Messwerte aus gestrahltem Material.
Sie kamen zu dem Schluss, dass WipFrag bei sorgfältiger Anwendung nützliche Informationen für die Sprengmodellierung, die Geräteauswahl, die Abbaumethoden und die Wirtschaftlichkeitsbewertung liefern kann.
Die Studie hob außerdem die Bedeutung der Probenahmehäufigkeit und der Materialvariabilität hervor.
Diese Unterscheidung bleibt wichtig: Mehr Bilder zu sammeln, garantiert nicht automatisch bessere Ergebnisse. Bildqualität, Maßstab, Oberflächensichtbarkeit und repräsentative Stichproben müssen berücksichtigt werden.
Wichtigste Erkenntnis: Die optische Fragmentierungsmessung kann eine praktische Alternative oder Ergänzung zur physikalischen Probenahme darstellen, vorausgesetzt, die Messmethode ist für die Anwendung geeignet.
7. Panamakanal – Fragmentierungsanalyse unter schwierigen Bedingungen
Panama
In den 1990er Jahren dokumentierte Forschungsarbeiten beschrieben den Einsatz von WipFrag zur Bewertung der Fragmentierungs- und Stemmkonsistenz bei Sprengungen im Zusammenhang mit den Erweiterungsarbeiten des Panamakanals.
Das Projekt stellte die Beteiligten vor schwierige Herausforderungen, darunter komplexe geologische Gegebenheiten, Wassersättigung, Schiffsverkehr und anspruchsvolle Bauzeitpläne.
Fragmentierungsmessungen halfen den Ingenieuren, die Sprengergebnisse zu beurteilen und Änderungen an den Sprengverfahren zu evaluieren.
Wichtigste Erkenntnis: Die bildbasierte Fragmentierungsanalyse kann in Umgebungen, in denen eine herkömmliche Probenahme schwierig ist, praktische Messdaten liefern, vorausgesetzt, es können geeignete Bildgebungs- und Probenahmebedingungen geschaffen werden.
Was diese Studien zeigen
Obwohl die in diesen Studien beschriebenen Technologien und Betriebspraktiken aus den 1990er Jahren stammen, sind einige Erkenntnisse nach wie vor relevant.
Erstens beeinflusst die Fragmentierung durch Sprengungen mehr als nur die unmittelbaren Folgen der Sprengung. Partikelgröße und -verteilung können sich auf das Laden, den Transport, das Brechen, das Mahlen und die Materialhandhabung auswirken.
Zweitens sind Messungen dann am nützlichsten, wenn sie eine konkrete operative Entscheidung unterstützen. Ob es nun darum geht, ein Sprengmuster zu bewerten, Zünder zu vergleichen oder die Variabilität der Materialzufuhr in der Mühle zu untersuchen – die Messung sollte dazu beitragen, eine praktische Frage zu beantworten.
Schließlich gewinnen Fragmentierungsdaten an Wert, wenn sie mit anderen Betriebsinformationen verglichen werden können. Zusammenhänge zwischen Partikelgröße, Energieverbrauch, Durchsatz und Anlagenleistung lassen sich selten allein durch Fragmentierungsmessungen herstellen.
Moderne WipWare-Technologien unterstützen diese Ziele weiterhin durch WipFrag für On-Demand-Analysen, Reflex für automatisierte Fahrzeuglastmessungen und Solo zur kontinuierlichen Überwachung von Förderbändern.
Eine ausführlichere Erläuterung, wo diese Messungen Entscheidungen im gesamten Bergbau und der Mineralverarbeitung unterstützen können, finden Sie unter Von der Sprengung zur Mühle: Nutzung von Fragmentierungsdaten zur Verbesserung der Bergbauleistung.
Weitere Informationen zu den geologischen und sprengtechnischen Faktoren, die die Fragmentierung beeinflussen, finden Sie unter Grundlagen der Gesteinssprengung und -fragmentierung.
Fortsetzung der Forschung
Die in diesen frühen Studien beschriebenen Anwendungen trugen dazu bei, die Grundlage für nachfolgende Entwicklungen in der automatisierten Fragmentierungsüberwachung und der industriellen Prozesssteuerung zu schaffen.
Erkunden WipWare-Fallstudien: Fragmentierung und Prozessüberwachung für weiterführende Forschung, die Förderbandanalyse, SAG-Mühlenoptimierung, Brecherleistung, UAV-Fragmentierungsbewertung und integrierte Spreng-Brecher-Messung umfasst.
Referenzen
Hauptquelle
Palangio, TC, & Maerz, NH (1999). Fallstudien mit dem Bildanalysesystem WipFrag. Verfahren des sechsten internationalen Symposiums zur Gesteinsfragmentierung durch Sprengung (FRAGBLAST 6), Johannesburg, Südafrika, S. 117–120.
Ausgewählte zugrundeliegende Studien
Simkus, R., & Dance, A. (1998). Verfolgung von Härte und Größe: Messung und Überwachung der Eigenschaften von Rohmaterialerzen bei Highland Valley Copper. Tagungsband der Konferenz „Vom Bergwerk zur Mühle“ 1998, S. 113–119.
Bartley, DA, & Trousselle, R. (1998). Daveytronic, digitale Zünderprüfung in einer vibrationssensiblen Umgebung. Bericht der 24. Jahrestagung über Sprengstoffe und Sprengtechnik, S. 247–261.
Elliott, R., Ethier, R., & Levaque, J. (1999). Lafarge Exshaw-Feinfragmentierungsstudie. Bericht der 25. Jahrestagung über Sprengstoffe und Sprengtechnik, Band II, S. 333–354.
Barkley, T., & Carter, R. (1999). Bewertung optischer Größenbestimmungsmethoden. Bericht der 25. Jahrestagung über Sprengstoffe und Sprengtechnik, S. 305–324.
Die historischen Ergebnisse spiegeln die Bedingungen und Methoden der jeweiligen Studien wider und sollten nicht als Garantie für Leistungsverbesserungen bei anderen Anwendungen interpretiert werden.
WipWare