Progetto di progettazione per l'esplosione di rocce per scavi sotterranei in miniera
Introduzione La progettazione del brillamento di roccia per gli scavi sotterranei di gallerie minerarie è una parte fondamentale del processo di estrazione. La ragionevolezza della progettazione influisce direttamente sull'efficienza dello scavo, sui costi, sulla sicurezza e sull'impatto sulla roccia circostante. Un piano di brillamento ottimizzato può aumentare la velocità di avanzamento, controllare le vibrazioni di brillamento, proteggere la stabilità della roccia circostante e creare condizioni favorevoli per l'attività estrattiva successiva. Questo articolo, basato su molteplici riferimenti bibliografici, delinea gli elementi chiave e i metodi pratici per la progettazione del brillamento di roccia per gli scavi sotterranei di gallerie.
Preparazione preliminare per la progettazione del brillamento Analisi delle condizioni geologiche: acquisire una conoscenza dettagliata della geologia della miniera, inclusi i tipi di roccia, la durezza e la distribuzione di giunti e fratture. Ad esempio, la formazione di giunti e fratture può influenzare la propagazione delle onde di stress e la rottura della roccia. Informazioni geologiche accurate devono essere raccolte tramite rilievi sul campo, dati di sondaggio e indagini geofisiche. Diversi tipi di roccia e durezze richiedono parametri di brillamento diversi; la roccia dura in genere richiede cariche più elevate e una disposizione dei fori appropriata.
Definire i requisiti ingegneristici: chiarire le dimensioni del canale, la forma della sezione trasversale e la direzione di scavo. Ad esempio, i canali circolari e rettangolari richiedono diverse tecniche di brillamento; gli angoli dei canali rettangolari potrebbero richiedere una disposizione speciale dei fori per controllare il profilo. Considerare le velocità di avanzamento richieste: scavi più rapidi potrebbero richiedere tecniche di brillamento e combinazioni di parametri più efficienti.
Progettazione del layout del foro di mina Progettazione del foro a fessura:
Scelta del metodo di fessurazione: i metodi di fessurazione più comuni includono la fessurazione a cuneo e la fessurazione a foro dritto. La fessurazione a cuneo è adatta a rocce da medio-morbide a tenere: i fori a fessura angolati creano una faccia libera a forma di cuneo per la successiva brillamento. La fessurazione a foro dritto viene utilizzata per rocce dure, dove fori paralleli vuoti creano una faccia libera e uno spazio di compensazione mentre i fori circostanti carichi eseguono la rottura. Sono state studiate e applicate tecniche di fessurazione innovative, come la fessurazione a cavità e la fessurazione a espulsione di frammenti (CCFT); ad esempio, un design a fessura parallela con fori a doppio lancio (P-DFH) rafforza le cariche di fondo e produce una detonazione a due stadi che forma una cavità a fessura più completa, superando i limiti della tradizionale perforazione densa.
Determinazione dei parametri del foro a fessura: specificare la profondità, la spaziatura e l'angolo del foro a fessura. La profondità del foro a fessura è in genere maggiore del 15-20% rispetto ad altri fori di mina per garantire un'efficace fessurazione. Per rocce di media durezza, gli angoli delle fessure a forma di cuneo possono essere compresi tra 60° e 75°, con spaziature di 0,5-1,0 m a seconda delle proprietà della roccia. Per la fessurazione a foro dritto, la spaziatura tra fori vuoti e fori caricati è generalmente compresa tra 0,2 e 0,5 m.
Fori ausiliari (di scarico): posizionati tra i fori delle fessure e i fori perimetrali per aumentare il volume delle fessure e creare una superficie libera migliore per le cariche perimetrali. La spaziatura dei fori ausiliari è solitamente leggermente maggiore di quella dei fori perimetrali e le cariche esplosive possono essere relativamente più grandi. Per rocce di media durezza, la spaziatura dei fori ausiliari può essere di 0,6–0,8 m, con quantità di carica adattate alle caratteristiche della roccia.
Fori perimetrali (di contorno): utilizzati per controllare il profilo di perforazione e garantire che la sezione trasversale rispetti le dimensioni di progetto. La spaziatura dei fori perimetrali e la quantità di carica sono fondamentali per il controllo del profilo. Simulazioni numeriche e test sul campo indicano che in determinate condizioni, ad esempio nelle perforazioni profonde della miniera di fosfato di Kaiyang, una spaziatura dei fori perimetrali S = 0,70 m, una densità di carica lineare β = 0,9 kg/m e un coefficiente di disaccoppiamento ζ = 2,5 hanno prodotto buoni risultati di brillamento di contorno con un minimo di sovra/sottosfondamento. L'utilizzo della compattazione della sabbia nei fori perimetrali riduce i danni alla roccia circostante e migliora l'utilizzo dell'energia esplosiva.
Progettazione dei parametri di brillamento Calcolo della quantità di carica: la quantità di carica è un fattore chiave che influenza l'esito del brillamento ed è solitamente determinata dalle proprietà della roccia, dal diametro del foro, dalla profondità del foro e dalla spaziatura dei fori. Le formule empiriche comuni includono la formula del volume e la formula del consumo per unità. Ad esempio, la formula del volume Q = qV, dove Q è la carica, q è il consumo di esplosivo per unità di volume di roccia e V è il volume di roccia da brillare. Il consumo unitario q dipende dalla resistenza della roccia ed è generalmente compreso tra 0,3 e 1,5 kg/m³.
Sequenza di sparo e tempi di ritardo: una sequenza di sparo razionale e tempi di ritardo possono controllare le vibrazioni di brillamento e migliorare la rottura. In genere, vengono sparati prima i fori a fessura, poi i fori ausiliari e infine i fori perimetrali. I tempi di ritardo dovrebbero considerare la rottura della roccia e i tempi di lancio, nonché la riduzione delle vibrazioni. Ad esempio, i ritardi tra i fori a fessura e i fori ausiliari possono essere di 25-50 ms, mentre i ritardi tra i fori ausiliari e quelli perimetrali di 50-100 ms. Simulazioni numeriche e test sul campo possono essere utilizzati per ottimizzare i tempi di ritardo, migliorare la frammentazione e ridurre le vibrazioni.
Selezione dei materiali e delle attrezzature di brillamento Selezione dell'esplosivo: scegliere un tipo di esplosivo adatto alle condizioni della miniera. Per gli scavi sotterranei, vengono comunemente utilizzati esplosivi con buona sicurezza e potenza moderata, come gli esplosivi in emulsione. Gli esplosivi in emulsione hanno una buona resistenza all'acqua e prestazioni stabili, il che li rende adatti alla maggior parte delle operazioni di brillamento sotterranee. Nelle miniere di carbone soggette a gas, devono essere utilizzati solo esplosivi approvati per l'uso in miniera in conformità con le norme di sicurezza.
Selezione dell'innesco e del detonatore: i dispositivi di innesco più comuni includono detonatori elettrici e detonatori a tubo d'urto (non elettrici). I detonatori elettrici sono semplici e affidabili da utilizzare, ma possono essere pericolosi in ambienti con correnti vaganti. I detonatori a tubo d'urto sono resistenti alle correnti statiche e vaganti e sono ampiamente utilizzati nelle esplosioni sotterranee. In ambienti di esplosioni complessi, è possibile utilizzare detonatori elettronici; consentono un controllo preciso della temporizzazione, migliorando l'efficacia e la sicurezza dell'esplosione.
Previsione e valutazione dell'effetto di brillamento Previsione tramite simulazione numerica: utilizzare un software di simulazione numerica (ad esempio, ANSYS/LS-DYNA) per costruire un modello numerico di brillamento a deriva. Inserendo i parametri meccanici della roccia, la disposizione dei fori e i parametri di brillamento, simulare la rottura, la proiezione e le vibrazioni della roccia durante il brillamento. Ad esempio, le simulazioni possono valutare gli effetti di diversi metodi di fessurazione e parametri di brillamento sui risultati dello scavo e fornire una base per l'ottimizzazione della progettazione.
Valutazione delle prove sul campo: condurre prove sul campo su piccola scala prima di procedere con gli scavi su larga scala. Valutare l'efficacia delle esplosioni osservando la frammentazione della roccia, la formazione del profilo di deriva e misurando le vibrazioni generate dalle esplosioni. Adattare e ottimizzare la progettazione in base ai risultati delle prove per garantire prestazioni soddisfacenti nelle costruzioni su larga scala.
Misure di sicurezza Determinazione delle distanze di sicurezza: stabilire le distanze di sicurezza per le esplosioni in base alla quantità di esplosivo e alle proprietà della roccia. Segnalare e mettere in sicurezza le zone di esclusione entro la distanza di sicurezza per impedire l'accesso non autorizzato. Per le esplosioni a deriva sotterranee, le distanze di sicurezza sono generalmente comprese tra 100 e 300 m, con valori specifici calcolati caso per caso.
Ventilazione e controllo delle polveri: le operazioni di sabbiatura generano gas e polveri che devono essere rimossi tempestivamente. Utilizzare ventilatori, condotti e altre apparecchiature di ventilazione localizzate per garantire che la qualità dell'aria soddisfi gli standard di sicurezza. Inoltre, utilizzare spruzzi d'acqua e nebulizzazioni per ridurre l'esposizione dei lavoratori alla polvere.
Controllo delle vibrazioni durante l'esplosivo: ridurre l'impatto delle vibrazioni sulle rocce e sulle strutture circostanti ottimizzando i parametri di brillamento, controllando le dimensioni della carica e utilizzando sequenze e ritardi di sparo appropriati. Nelle aree sensibili alle vibrazioni, la pre-frattura, la sabbiatura uniforme e altre tecniche controllate possono ulteriormente limitare le vibrazioni.
Conclusione La progettazione di un piano di brillamento per lo scavo sotterraneo di gallerie minerarie è un compito complesso e sistematico che richiede la considerazione delle condizioni geologiche, dei requisiti ingegneristici, dei materiali di brillamento e delle misure di sicurezza. Attraverso una disposizione razionale dei fori, una progettazione precisa dei parametri di brillamento, una selezione appropriata di esplosivi e sistemi di innesco e rigorose procedure di sicurezza, è possibile ottenere uno scavo sotterraneo efficiente, sicuro ed economico. Simulazioni numeriche e prove sul campo dovrebbero essere utilizzate per prevedere e valutare le prestazioni di brillamento e per ottimizzare continuamente i progetti in modo da soddisfare le condizioni specifiche delle diverse miniere e migliorare l'efficienza mineraria e i ritorni economici.
