Introduzione
Parte 1
Una progettazione efficiente delle operazioni di perforazione e brillamento è fondamentale per ottenere una frammentazione ottimale della roccia, il controllo dei costi e la produttività a valle. Il primo passo nella progettazione di un brillamento efficace consiste nella selezione di parametri geometrici appropriati in base alle proprietà della roccia, alle caratteristiche dell'esplosivo e alle condizioni specifiche del sito. Questo articolo introduce rapporti di progettazione iniziali che possono essere utilizzati come prime approssimazioni nella pianificazione del brillamento, tenendo presente che sono necessari degli aggiustamenti man mano che vengono raccolti i dati sul campo.
1. Stima del carico
La distanza tra il foro di brillamento e la parete libera è influenzata dalla densità della roccia e dal diametro dell'esplosivo. Le linee guida iniziali suggeriscono:
Roccia leggera (2,2 g/cc): 28 × diametro esplosivo
Roccia media (2,7 g/cc): 25 × diametro esplosivo
Roccia densa (3,2 g/cc): 23 volte il diametro dell'esplosivo
Questi valori possono essere affinati in base al feedback della frammentazione e al comportamento della roccia in situ.
2. Distanza tra i fori
La spaziatura garantisce una distribuzione uniforme dell'energia e riduce la sovrapposizione o le interruzioni tra gli effetti dell'esplosione:
Sparo istantaneo per fila: 1,8 – 2,0 × carico
Fori di grande diametro (sequenziali): 1,2 – 1,5 × carico
Fori di piccolo diametro (sequenziali): 1,15 – 1,8 × carico
3. Altezza della panca
L'altezza del banco di lavoro dipende dalla scala operativa e dal carico di lavoro:
Intervallo tipico: da 1,5 a 4,0 volte il carico, o superiore in alcuni casi.
4. Perforazione secondaria
La perforazione secondaria garantisce una rottura completa alla base, aspetto particolarmente importante nelle formazioni stratificate o dense:
Materassino piatto in punta: 0,0 – 0,1 × carico
Dita dei piedi facili: 0,1 – 0,2 × carico
Dito medio: 0,2 – 0,4 × carico
Dito difficile (pianto verticale): 0,5 × carico
Vista generale: (da 3 a 15) x D
5. Lunghezza della colonna di stelo
La tecnica di stelomizzazione trattiene l'energia esplosiva nel foro e controlla la proiezione di detriti:
Intervallo generale: 0,5 – 1,3 × carico
Aumentare il moltiplicatore per fori bagnati o se si utilizzano detriti di perforazione.
Diminuire il moltiplicatore per fori asciutti o se si utilizzano scaglie angolari
Per brillamenti estremamente cauti (senza lancio di detriti o schegge):
Utilizzare fino a 36 × diametro del foro per lo stelo
Lunghezze di ritardo del ponte:
Fori a secco: 6 × diametro del foro
Fori bagnati: 12 × diametro del foro
Dimensioni del materiale di stelo = da D/10 a D/20
6. Rapporto di rigidità del carico (Sr)
=H/B : da 2 a 3,5 buona frammentazione
Sr> 3,5 frammentazione molto buona
Progettazione Control Blast
Esplosione pre-split
Spaziatura = Diametro del foro x 12
Carico = 0,5 x carico di esplosione di produzione (B)
Lunghezza non carica in alto = 10 x D
Quantità di cipria = 0,5 kg per metro quadrato di viso
Esplosione fluida
Spaziatura = 15 x Diametro del foro (roccia dura)
20 x Diametro del foro (roccia tenera)
Carico = 1,25 x Spaziatura
Tipo di roccia PF (kg/m3)
Difficile 0,7 – 0,8
Medio 0,4 – 0,5
Morbido 0,25 – 0,35
Molto morbido 0,15 – 0,2
Conclusione
Questi rapporti fungono da quadro di riferimento iniziale per la progettazione delle esplosioni. Le caratteristiche geologiche di ciascun sito e i riscontri sulle prestazioni dovrebbero guidare un'ulteriore ottimizzazione. Nella Parte 2, analizzeremo la distribuzione della carica e l'innesco per perfezionare ulteriormente le prestazioni delle esplosioni.
Bibliografia
Guida di riferimento rapido Dyno Nobel per esplosioni ed esplosivi 2010
Video di credito a Chris Addicott
Comprendere l'interazione tra i parametri controllabili dell'esplosione e la distribuzione dell'energia esplosiva
Parte 2
Nelle operazioni minerarie a cielo aperto e sotterranee, il raggiungimento di una frammentazione ottimale e di un'efficienza a valle dipende in larga misura da come l'energia esplosiva viene distribuita nella zona di brillamento (Zhang et al., 2023). Per gli ingegneri addetti alle perforazioni e alle esplosioni, questa distribuzione non è casuale, ma è direttamente influenzata dallo stato dei parametri di brillamento controllabili.
1. Diametro del foro e carico/spaziatura
La dimensione del foro di brillamento gioca un ruolo centrale nel determinare l'energia per unità di volume di roccia (fattore di carica). Fori più grandi consentono un carico di esplosivo maggiore, ma senza un'adeguata regolazione del carico e della spaziatura, l'energia potrebbe disperdersi prematuramente o risultare insufficiente a frantumare efficacemente la massa rocciosa. Un carico e una spaziatura ben bilanciati assicurano che l'energia esplosiva sia confinata e diretta dove è più efficace, all'interno dei punti di debolezza naturali della roccia.
2. Lunghezza e tipo dello stelo
Il sistema di contenimento agisce come meccanismo di confinamento e la sua lunghezza determina quanta energia viene trattenuta per compiere lavoro utile (frammentazione) rispetto a quanta ne viene dispersa nell'atmosfera (onda d'urto e proiezione di detriti). Una colonna di contenimento troppo corta porta a un eccessivo rilascio di energia verso l'alto, riducendo l'efficienza della frantumazione. Anche il materiale di contenimento è importante; i materiali inerti e ad alto attrito trattengono l'energia meglio dei materiali di riempimento sciolti o umidi.
3. Tipo e densità dell'esplosivo
I diversi esplosivi presentano velocità di detonazione e livelli di energia variabili. La scelta di un esplosivo con caratteristiche adatte al tipo di roccia e al risultato di frammentazione desiderato garantisce che l'energia non sia eccessiva (con conseguente formazione di frammenti fini e frantumazione eccessiva) né insufficiente (con formazione di massi e frammentazione insufficiente). Inoltre, la densità dell'esplosivo influisce sulla quantità di energia rilasciata per unità di lunghezza del foro di perforazione.
4. Sequenza di avvio e ritardi temporali
La sequenza e la tempistica della detonazione determinano il modo in cui l'energia viene trasferita tra i fori e come la massa rocciosa reagisce dinamicamente. Una corretta tempistica di ritardo garantisce un efficace scarico del carico e un movimento sequenziale della roccia, favorendo un efficiente trasferimento di energia e riducendo il rischio di onde d'urto e vibrazioni del terreno.
Conclusione
I parametri controllabili dell'esplosione non sono fattori di progettazione isolati, ma agiscono in sinergia per determinare come l'energia esplosiva viene distribuita e utilizzata.
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L'importanza della carica di fondo e della distribuzione dell'energia nelle esplosioni
Parte 3
Nelle operazioni di estrazione mineraria a cielo aperto e sotterranea, ottenere una frammentazione ottimale attraverso un'efficace progettazione delle esplosioni è fondamentale per l'efficienza operativa. Un aspetto critico, ma spesso sottovalutato, della progettazione delle esplosioni è la carica di fondo, ovvero la porzione di esplosivo posizionata sul fondo del foro di brillamento, e il modo in cui contribuisce alla distribuzione dell'energia all'interno della massa rocciosa.
Che cos'è il Bottom Charge?
La carica di fondo, nota anche come carica di base della colonna, è in genere un esplosivo ad alta densità o una porzione concentrata della carica totale posizionata alla base del foro. La sua funzione principale è quella di innescare la frantumazione dal basso verso l'alto, garantendo che l'intero carico venga efficacemente fratturato e dislocato.
Perché è importante
1. Schiacciamento e frammentazione a livello della punta del piede
La zona della punta della carica è la parte più resistente del carico. Senza un'energia adeguata alla base, si possono verificare una frammentazione insufficiente o addirittura problemi alla punta (punta dura). Una carica di base ben calcolata garantisce che quest'area riceva energia sufficiente per innescare la formazione e la propagazione delle fessure.
2. Miglioramento della distribuzione dell'energia
Una distribuzione uniforme dell'energia lungo il foro di brillamento è fondamentale. Concentrare più energia sul fondo consente una migliore propagazione delle onde di stress, riduce la perdita di energia nelle intercapedini d'aria o nelle zone di smorzamento e porta a una frammentazione più uniforme in tutta la carica esplosiva.
3. Riduzione di Fly Rock e Overbreak
Una carica di fondo ben progettata riduce il rilascio incontrollato di energia nella parte superiore del foro, minimizzando la proiezione di detriti e la sovra-frantumazione. Ciò promuove operazioni più sicure e pulite, soprattutto in aree popolate o sensibili alle infrastrutture.
Un semplice calcolo passo passo per la quantità di carica di fondo
1. Determinare il diametro del foro
Ipotizziamo che:
2. Diametro del foro d=102 mm=0,102 m
3. Area della sezione trasversale del foro (A):
A = (pi*d*d)/4
A = 0,00817 m^2
4. Densità esplosiva (ρ): Supponendo ANFO ρ=850 kg/m³
5. Determinare la lunghezza della carica inferiore
Ipotizziamo che:
Lunghezza della carica di fondo (Lb) = 1,2 m
6. Calcolare la carica di fondo (massa)
Massa della carica di fondo = A × Lb × ρ = 0,00817 × 1,2 × 850 ≈ 8,33 kg
Cosa determina la lunghezza della carica inferiore?
Roccia Durezza e resistenza, diametro del foro, strategia di copertura, altezza del banco, frammentazione e rottura della punta desiderate, lunghezza dello stelo, presenza di acqua nel foro, gittata o spostamento desiderati, schema di esplosione, geometria, ecc. Il ruolo della carica di fondo va oltre il semplice innesco dell'esplosione.
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