Ridurre la resa di massi nelle esplosioni a banco: perché usare più esplosivo non è la soluzione
Se hai lavorato nel settore delle esplosioni a cielo aperto per un certo periodo di tempo, conosci bene la sensazione. Ti avvicini al cumulo di detriti dopo un'esplosione, ed eccoli lì: una mezza dozzina di massi grandi come utilitarie, proprio dove prima c'era la prima fila di sedili. L'operatore dell'escavatore ti lancia un'occhiataccia. Il responsabile del progetto inizia a calcolare mentalmente i costi delle rotture secondarie. E qualcuno, inevitabilmente, dice la cosa che non vorresti mai sentire: "Forse dovremmo aggiungere più polvere la prossima volta".
Ecco cosa ho imparato a mie spese, dopo aver sprecato abbastanza ANFO da finanziare una piccola cava: i problemi con i massi non dipendono quasi mai da una quantità insufficiente di esplosivo. Dipendono piuttosto dall'energia che si disperde nei punti sbagliati. Sigillate le falle e la frammentazione avverrà da sola.
Primo passo: esaminare la roccia prima di intervenire su un parametro.
Prima di modificare la spaziatura dei fori, prima di regolare il fattore di polvere, prima di fare qualsiasi cosa con i numeri, fai un giro sulla superficie del banco di lavoro. Guardala attentamente.
La prima fila di fori e la parte superiore della parete sono le zone da cui provengono i massi, e c'è un motivo. La prima fila si addentra in una roccia già danneggiata: dalla precedente esplosione, da mesi di agenti atmosferici e dal rilassamento dovuto alla parete libera. La parte superiore della parete? Stessa storia, dall'alto verso il basso. Queste zone sono attraversate da una fitta rete di fessure e microfratture che non si vedono da venti metri di distanza, ma che possono disperdere completamente l'energia esplosiva.
Quando un'onda d'urto di detonazione colpisce una frattura aperta, non la attraversa in modo netto. L'onda di stress si riflette, si disperde e perde pressione. Il gas che ne consegue – la sostanza che in realtà provoca la maggior parte della rottura della roccia in un'esplosione progettata correttamente – si riversa direttamente nella fessura invece di pressurizzare la parete del foro. Risultato finale: l'esplosivo è detonato, il terreno ha tremato e la roccia tra le fessure non ha mai subito una pressione sufficiente e prolungata per rompersi.
Lo stesso fenomeno si verifica ai confini geologici. Se si incontra uno strato di argilla, una zona di taglio o un dicco eroso, l'onda di stress si arresta di colpo. La roccia dall'altro lato di quel confine viene spinta fuori intatta e si deposita nel cumulo di detriti come un masso che la squadra di demolizione secondaria maledirà per i successivi tre giorni.
Quindi il primo passo non è regolare nulla. È percorrere la parete rocciosa e segnare le zone problematiche su uno schizzo fatto con la vernice spray: frattura nella prima fila qui, venatura di argilla lì, strato di roccia superficiale eroso in cima. Se non sai dove si disperde l'energia, non puoi tappare i buchi.
Fase due: i due parametri che effettivamente fanno la differenza.
Una volta individuate le zone che vi ostacoleranno, potrete adattarvi in modo intelligente anziché alla cieca.
Il primo parametro da considerare è la disposizione dei fori. Un numero sorprendente di cave utilizza ancora quella che potremmo definire la disposizione tradizionale: fori ravvicinati con un carico relativamente elevato. Si pensa che i fori ravvicinati producano una migliore frammentazione. La realtà è l'opposto: fori ravvicinati con un carico elevato lasciano vuoti di energia alla base del banco, e questi vuoti producono esattamente i massi e i residui alla base che tutti odiano.
Capovolgi il tutto. Ampia spaziatura, carico ridotto. Allunga la distanza tra i fori ma avvicina la fila alla parete libera. Ottieni due vantaggi contemporaneamente: il carico ridotto significa che la prima fila si rompe in modo netto fino al pavimento invece di lasciare un piccolo spuntone, e la spaziatura più ampia – purché calcolata per garantire la sovrapposizione completa dell'energia tra i fori adiacenti – copre la massa rocciosa senza la sovrapposizione inutile di uno schema ravvicinato. La frammentazione risulta più uniforme e si perforano meno fori per metro cubo. Questo significa risparmio per entrambi.
Il secondo parametro è il fattore di carica esplosiva, e la chiave è smettere di considerarlo un unico valore per l'intera operazione. La prima fila fratturata riceve un incremento: dal 10% al 20% di esplosivo in più per metro cubo rispetto al valore di riferimento. Non si aggiunge potenza fine a se stessa, ma si compensa la dispersione di energia attraverso le fessure preesistenti. La roccia intatta dietro la prima fila rimane al valore di riferimento. E vicino alla parete finale del pendio, si riduce effettivamente il fattore di carica esplosiva: la stabilità del pendio è una questione di sicurezza, non un parametro di produzione, e un'eccessiva brillatura vicino al perimetro è il modo in cui si creano cedimenti a cuneo che si manifestano sei mesi dopo.
Regolate gradualmente e fate delle prove. Aggiungete il 10% alla zona problematica, sparate, controllate il cumulo di detriti. Ancora massi? Passate al 15%. Non saltate al 25% per impazienza. Un'esplosione eccessiva non solo spreca denaro, ma crea anche detriti volanti, vibrazioni eccessive e una parete di fondo irregolare che rende più difficile la perforazione successiva.
Fase tre: mantenere un po' di fango come tampone
La pulizia completa delle superfici di brillamento, in cui ogni grammo di detriti accumulati durante l'esplosione precedente viene rimosso prima di procedere con la successiva, è la prassi standard in molti siti perché conferisce un aspetto più ordinato. È anche uno dei fattori che contribuiscono maggiormente all'elevata resa di massi, ed ecco perché.
Quando la prima fila spara nel vuoto, non c'è nulla che si opponga al movimento della roccia se non la sua stessa inerzia. L'energia esplosiva si divide approssimativamente in due parti: l'onda di stress che frattura la roccia sul posto e l'espansione del gas che spinge in avanti i frammenti. Non essendoci nulla davanti al banco, la fase di espansione del gas impiega la maggior parte della sua energia per il lancio, accelerando la roccia verso l'esterno, lontano dalla superficie di appoggio, senza incontrare resistenza. I frammenti volano, atterrano, rimangono lì come blocchi intatti perché non c'è stata collisione, nessuna frantumazione tra le particelle, nulla che potesse trasformare pezzi grandi in pezzi piccoli.
L'esplosione a barriera, che lascia una striscia di materiale di scavo precedentemente accumulato, larga dai 2 ai 4 metri, a ridosso della parete di scavo, cambia completamente le dinamiche del processo. La prima fila di esplosivi spara contro questa barriera di materiale di scavo anziché contro l'aria aperta. I frammenti di roccia si schiantano contro il cumulo di materiale di scavo, si scontrano tra loro e l'energia cinetica che sarebbe andata persa durante la proiezione viene convertita in frantumazione secondaria per impatto e schiacciamento. Si ottengono frammenti più piccoli, meno detriti proiettati e un cumulo di materiale di scavo più compatto e più facile da scavare.
Perché funzioni, è necessario che alcune condizioni siano soddisfatte: il materiale trattenuto deve essere sufficientemente denso da fornire una reale resistenza; un accumulo sciolto e soffice non è sufficiente. La quantità di polvere deve aumentare del 10-20% perché si compie più lavoro (rompere contro una resistenza richiede più energia che rompere in uno spazio libero). Inoltre, l'intervallo di tempo tra le file dovrebbe essere leggermente più lungo rispetto a una sabbiatura a superficie pulita, per dare ai frammenti di ogni fila il tempo di impattare e frantumarsi contro il tampone prima dell'arrivo della fila successiva.
Passo quattro: non dimenticare cosa sta succedendo ai vertici
La zona di riempimento – la parte superiore del foro riempita con materiale inerte anziché esplosivo – serve a controllare la proiezione di detriti ed è imprescindibile per motivi di sicurezza. Tuttavia, crea un problema: la colonna esplosiva inizia più in basso nel foro, il che significa che la parte superiore del banco di roccia riceve meno energia esplosiva diretta. Indovinate da dove arriverà il prossimo gruppo di massi.
Non si può accorciare il sistema di stelo per risolvere questo problema: è così che si verificano esplosioni di roccia e incidenti con sassi che volano. Ma ecco un trucco da campo che funziona: posizionare una piccola carica di innesco all'interno della colonna di stelo, in modo da applicare energia sufficiente a fratturare la zona del collare senza far saltare il sistema di stelo. Non una carica completa, solo quanto basta per incrinare la roccia superiore in modo che si rompa con il resto del blocco invece di rimanere un blocco solido durante l'espansione del gas. Ho visto questa tecnica ridurre di oltre la metà il numero di massi caduti in cima su pareti dove i massi nella zona del collare erano un problema cronico.
Già che ci sei, sincronizza la sequenza di avvio con il nuovo schema di fori. Una spaziatura ampia con un carico ridotto funziona meglio con ritardi elettronici riga per riga: ogni riga ha un tiro pulito sul buffer, i frammenti si scontrano e la riga successiva arriva prima che il cumulo di detriti si sia stabilizzato e abbia perso la sua resistenza.
Che cosa c'entra questo con la frantumazione delle rocce con l'ossigeno?
Tutto ciò che ho appena descritto presuppone l'utilizzo di esplosivi convenzionali in una configurazione standard di brillamento da banco. Ma i principi – rilascio controllato di energia, minimizzazione delle perdite attraverso le fratture, utilizzo di espansione controllata anziché di lancio a faccia libera – sono esattamente ciò che rende efficaci i sistemi di frantumazione della roccia senza esplosivi.
Il sistema di brillamento a O2 funziona con un meccanismo fondamentalmente diverso: l'espansione dovuta al cambiamento di fase dell'ossigeno liquido anziché la detonazione chimica. Ma la fisica alla base di una frantumazione efficace della roccia rimane la stessa. Un'espansione controllata contro una resistenza produce una frammentazione migliore rispetto a un lancio incontrollato. Le fratture preesistenti sottraggono energia, sia che si utilizzi ANFO che LOX. E comprendere la massa rocciosa prima di progettare il brillamento fa la differenza tra un cumulo di detriti pulito e un accumulo di massi, a prescindere da cosa si metta nel foro.
Per le cave situate in prossimità di infrastrutture sensibili, dove i vincoli principali sono rappresentati da detriti proiettati, vibrazioni e permessi, il sistema O2 risolve i problemi che le esplosioni di protezione e un attento controllo del fattore di polvere possono affrontare solo parzialmente. L'assenza di detriti proiettati significa nessun compromesso in termini di contenimento. Il rilascio controllato di energia significa nessuna fuoriuscita di gas attraverso le fratture. E la distanza di sicurezza si riduce da centinaia di metri a cento, il che, in una cava circondata da strade ed edifici, potrebbe fare la differenza tra operare e non operare.
