Grundlagen der Spreng- und Splittertechnik verstehen – Teil 2

Sprengungen und Fragmentierung sind entscheidende Vorgänge im Bergbau und in Steinbrüchen und beeinflussen maßgeblich nachgelagerte Prozesse wie Verladen, Transportieren und Brechen. Für erfolgreiche Sprengungen ist ein genaues Verständnis der Energieverteilung im Gestein unerlässlich. Zu den Schlüsselfaktoren, die das Sprengergebnis drastisch beeinflussen können, gehört die Bohrlochabweichung – ein häufiges, aber oft unterschätztes Problem, das die geplante Sprenggeometrie verändert.

Die Auswirkungen von Bohrabweichungen

Bei einer idealen Sprengplanung werden die Bohrlöcher nach einem bestimmten Muster positioniert und angewinkelt, um einen optimalen Abstand der Sprengladung, eine optimale Energieverteilung und eine optimale Stoßwelleninteraktion zu gewährleisten. Bohrabweichungen, also unbeabsichtigte Verschiebungen oder Fehlausrichtungen der Sprenglöcher, können dieses Muster jedoch stören (Adebayo & Mutandwa, 2015).

Bei Abweichungen in der Anordnung der Bohrlöcher können deren Abstand und die Belastung ungleichmäßig werden. Diese Fehlausrichtung beeinflusst die Ausbreitung der Stoßwelle und führt zu einer ungleichmäßigen Energieverteilung im Gestein. In Bereichen mit zu großem Abstand verpufft die Energie vorzeitig, was zu unzureichendem Gesteinsbruch führt. Umgekehrt kann ein zu geringer Abstand eine übermäßige Energiekonzentration verursachen und somit das Risiko von Überbruch und Steinschlag erhöhen.

Diese Unregelmäßigkeiten beeinflussen die Gesteinszerkleinerung unmittelbar. Ein gut zerkleinertes Gestein gewährleistet die Entstehung von Fragmenten einheitlicher Größe. Bei Abweichungen beim Bohren wird die Zerkleinerung jedoch unvorhersehbar. Infolgedessen kann die Sprengung ein Gemisch aus Feinanteilen, übergroßen Blöcken und ungeeigneten Zwischengrößen liefern, was sowohl die Kompatibilität mit dem Brecher als auch die Betriebseffizienz beeinträchtigt.

Ansätze zur Berechnung der Bohrlochabweichung (Manzoor et al., 2022)

Bohrlochabweichungen bezeichnen die Abweichung eines Bohrlochs von seinem geplanten Verlauf hinsichtlich Länge, Richtung und Winkel. Die genaue Bestimmung dieser Abweichungen ist in Bergbau- und Tiefbauprojekten unerlässlich, da die Präzision der Bohrlochplatzierung die Fragmentierung, die Sprengeffizienz und den Gesamterfolg des Projekts beeinflusst. Es gibt verschiedene praktische Ansätze zur Definition und Bewertung von Bohrlochabweichungen, die sich insbesondere auf die Variation der Bohrlochlänge, die Abweichung am Bohrlochfuß und den Bohrlochwinkel konzentrieren.

1. Ansatz zur Variation der Lochlänge

Bei diesem Verfahren wird die tatsächliche Bohrlochlänge mit der geplanten Länge verglichen. Die geplante Länge wird häufig vom Bohrlochansatz (Startpunkt) bis zum erwarteten Bohrlochgrund entlang einer geraden Linie gemessen. Längenabweichungen deuten oft darauf hin, dass der Bohrer vom vorgesehenen Pfad abgewichen ist, insbesondere bei steil geneigten oder tiefen Bohrlöchern.

• Kürzere Löcher als geplant kann auf eine Abweichung nach oben oder eine Krümmung entlang des Weges hindeuten.
• Längere Löcher kann auf eine Abweichung nach unten oder auf ein Überbohren über die Bohrlochspitze hinaus aufgrund von Fehlausrichtung oder geologischen Unregelmäßigkeiten hindeuten.

Die Überwachung von Längenabweichungen ist besonders in kontrollierten Umgebungen mit standardisierten Auslegungslängen sinnvoll. Diese Methode ist eine einfache erste Überprüfung, um festzustellen, ob und in welchem Ausmaß eine Bohrung von der Norm abweicht.

2. Zehenabweichungsansatz

Die Bohrlochfußabweichung beurteilt die horizontale und vertikale Abweichung des tatsächlichen Bohrlochendpunkts (Bohrlochfuß) von seiner geplanten Position. Sie ist ein direktes Maß für die Abweichung und einer der zuverlässigsten Indikatoren für die Bohrgenauigkeit.

• Die Abweichung der Bohrlochspitze wird typischerweise mithilfe von Vermessungsinstrumenten oder Bohrlochverfolgungssystemen ermittelt, die die tatsächliche Position der Bohrlochspitze genau bestimmen.
• Verschiebung in der horizontale Ebene weist auf eine seitliche Abweichung hin.
• Verschiebung in der vertikale Ebene kann auf eine Variation der Bohrneigung oder -tiefe hinweisen.

Das Verständnis der Zehenabweichung ist bei der Sprengplanung und der Mineralexploration von entscheidender Bedeutung, da die genaue Positionierung am Bohrlochgrund die Effizienz des Gesteinsbruchs, die Erzgewinnung und die Sicherheit beeinflusst.

3. Lochwinkelabweichungsverfahren

Die Winkelabweichung bezeichnet die Differenz zwischen dem geplanten und dem tatsächlich gebohrten Winkel. Diese kann an verschiedenen Stellen entlang des Bohrlochs gemessen werden, ist aber besonders wichtig am Bohrlochhals und in der Nähe des Bohrlochfußes.

• Selbst kleine Winkelabweichungen können bei langen Löchern zu einem erheblichen Versatz am Fuß des Lochs führen.
• Abweichungen können sowohl in der Azimut (horizontaler Winkel) und der Neigung (vertikaler Winkel), was zu spiralförmigen oder driftenden Löchern führt.

Die Winkelabweichung wird üblicherweise mit Hilfe eines Gyroskops oder einer Bohrlochkamera überwacht, und ihre Identifizierung ist in Situationen, in denen die Bohrlochausrichtung das Ergebnis beeinflusst, von entscheidender Bedeutung, wie beispielsweise bei Sprengungen zur Perimeterkontrolle oder Richtbohrungen.

Folgen der Partikelgrößenverteilung

Unzureichende Fragmentierung aufgrund von Bohrabweichungen führt zu:

• Zunehmendes Vorkommen von Felsblöcken, die ein sekundäres Aufbrechen erfordern.
• Zu hohe Feinstaubanteile können Staubprobleme verursachen und die Transporteffizienz verringern.
• Eine breitere Partikelgrößenverteilungskurve (PSD), was auf eine ineffiziente Energienutzung und eine schlechte Sprengleistung hinweist.

Empfehlung: WipFrag zur Verbesserung nutzen

Um die Auswirkungen von Bohrabweichungen zu minimieren und eine gleichmäßige Fragmentierung zu gewährleisten, wird die Integration der Bildanalysesoftware WipFrag in den Sprengbewertungsprozess dringend empfohlen. WipFrag ermöglicht Folgendes:

• Echtzeit-Fragmentierungsanalyse, die dabei hilft, PSD-Kurven unmittelbar nach der Explosion auszuwerten.
• Identifizierung von Zonen mit übermäßigem Anteil an Felsblöcken oder Feinanteilen und deren Verbindung zu potenziellen Ungenauigkeiten beim Bohren.
• Vergleich mehrerer Sprengergebnisse zur Erkennung von Mustern bei Leistungsabweichungen, die durch Fehlausrichtung der Bohrlöcher verursacht werden.

Mithilfe des Spezifikationsbereich-Tools von WipFrag können Ingenieure prüfen, ob die Fragmentierung den Kompatibilitätsstandards für Brecher entspricht und ihre Bohr- und Sprengparameter entsprechend anpassen. Die Integration von WipFrag in einen kontinuierlichen Verbesserungsprozess gewährleistet zudem eine bessere Kontrolle über Bohrpräzision, Energieverteilung und die gesamte Sprengleistung.

Abschluss

Das Verständnis der Grundlagen des Sprengens geht über die reine Platzierung des Sprengstoffs hinaus und erfordert präzises Bohren. Abweichungen beim Bohren stören die Ausbreitung der Stoßwellen und führen zu unzureichender Fragmentierung, was Sicherheit und Produktivität beeinträchtigt. Der Einsatz von Tools wie WipFrag ermöglicht es Fachleuten im Bergbau, Sprengergebnisse zu überwachen, zu analysieren und zu verbessern und so einen effizienteren und kostengünstigeren Betrieb zu gewährleisten.

Referenzen

Adebayo, B., & Mutandwa, B. (2015). Korrelation zwischen Bohrlochabweichung und Blockfläche mit Fragmentgröße und Fragmentierungskosten. Internationale Forschungszeitschrift für Ingenieurwesen und Technologie (IRJET), 2(7), 402-406.

Manzoor, S., Danielsson, M., Söderström, E., Schunnesson, H., Gustafson, A., Fredriksson, H. & Johansson, D. (2022). Vorhersage der Gesteinsfragmentierung anhand der Bohrüberwachung: Eine Fallstudie aus der Malmberget-Mine, Schweden. Zeitschrift des südafrikanischen Instituts für Bergbau und Metallurgie, 122(3), 155-165.