Research on Optimization of Radial Uncoupled Charge Parameters Based on the Mechanical Characteristics of Step-Type Partitioning

Sintesi Tecnica: Ottimizzazione dei Parametri di Carica Radiale Disaccoppiata basata sulle Caratteristiche Meccaniche della Partizione a Tipo a Gradino

Problematica
Nell'estrazione di granito a cielo aperto, le tradizionali strutture di carica completamente accoppiate causano spesso un eccessivo concentramento di energia sulla parete del foro di brillamento. Ciò crea una "zona di frantumazione" che consuma una quantità significativa di energia, portando a una scarsa efficienza di frammentazione, un alto tasso di particelle fini (fini) e una distribuzione non uniforme delle dimensioni dei blocchi. Sebbene il caricamento disaccoppiato (inserendo un mezzo tra l'esplosivo e la parete del foro) sia noto per attenuare le onde d'urto e ridurre i fini, i metodi tradizionali che utilizzano detriti rocciosi o spazi d'aria soffrono spesso di una distribuzione imprecisa dell'energia, problemi di miscelazione e una mancanza di adattabilità alle variabili costrizioni di stress presenti nelle diverse sezioni di un banco di volata (alta costrizione alla base rispetto alla bassa costrizione in sommità). La sfida specifica affrontata riguarda come ottimizzare i parametri di carica radiale disaccoppiata utilizzando esplosivi in emulsione mista per controllare il tasso di generazione di fini garantendo al contempo una frammentazione uniforme attraverso le varie condizioni di degradazione meteorica della roccia.

Metodologia
Lo studio ha impiegato un approccio a tre pilastri combinando l'analisi teorica, la simulazione fisica e prove industriali sul campo in una miniera di granito:

1. Analisi Teorica e Comparativa: Gli autori hanno analato i meccanismi di trasferimento dell'energia tra cariche accoppiate e radialmente disaccoppiate, concentrandosi sull'attenuazione dello stress di detonazione di picco e sul ruolo dell'intercapedine anulare nel rilascio di energia.
2. Simulazioni in Tubo Trasparente: Un tubo in policarbonato trasparente da 4,0 metri (diametro 140 mm) è stato utilizzato per simulare i fori di brillamento verticali. Sono stati condotti tre test specifici per valutare uno spaziatore radiale a diametro variabile da loro sviluppato:
   • Embedding per caduta libera: Valutazione della stabilità dello spaziatore e della profondità di inserimento nei detriti rocciosi.
   • Miscelazione durante il caricamento e il riempimento: Valutazione della segregazione dell'esplosivo e della miscelazione con i detriti rocciosi.
   • Comportamento di affondamento: Osservazione della stabilità dello spaziatore durante il caricamento primario e secondario dell'esplosivo.
3. Prove Industriali sul Campo: Sono stati eseguiti test di brillamento comparativi su due banchi di granito con diversi gradi di degradazione meteorica: debolmente degradato (+30 m) e moderatamente degradato (+45 m).
   • Gruppo di Controllo: Ha utilizzato l'intervallo di carica con scaglie di roccia tradizionale.
   • Gruppi di Test: Hanno utilizzato il nuovo spaziatore a diametro variabile per creare strutture radialmente disaccoppiate.
     • Schema I: Diametro di 125 mm alla base (4 m) e 110 mm nella sezione superiore (9 m).
     • Schema II: Una struttura a tre stadi con 125 mm (base, 4 m), 110 mm (centro, 4 m) e 90 mm (sommità, 5 m).
   • Raccolta Dati: L'analisi post-volata ha incluso l'analisi d'immagine e il test di setacciatura per determinare la distribuzione dimensionale dei frammenti, il rapporto di fini (<5 mm), il rapporto di blocchi ( >1000 mm) e la morfologia del cumulo di macerie (muckpile).

Contributi Chiave

• Sviluppo di uno Spaziatore a Diametro Variabile: Lo studio ha introdotto uno spaziatore meccanico auto-sviluppato capace di creare una struttura di carica radialmente disaccoppiata e assialmente continua con diversi diametri lungo la profondità del foro. Ciò consente un controllo preciso del coefficiente di disaccoppiamento in zone specifiche.
• Identificazione dei Confini di Adattamento Litologico: La ricerca ha stabilito che il coefficiente di disaccoppiamento ottimale non è universale ma dipende dalla degradazione meteorica della roccia. È stato identificato che il granito debolmente degradato (duro, con bassa giuntura) è altamente sensibile all'energia d'impatto iniziale, mentre il granito moderatamente degradato (con fratture preesistenti) può utilizzare l'effetto "cuneo di gas" per compensare la minore energia iniziale.
• Distribuzione dell'Energia a Gradiente Ottimizzato: Lo studio ha dimostrato che l'abbinamento della struttura di carica al gradiente di stress "base forte, sommità debole" di un banco di volata è critico. Una struttura che fornisce un moderato potenziamento energetico alla base e un moderato indebolimento in sommità produce risultati superiori rispetto a un disaccoppiamento uniforme o eccessivamente aggressivo.

Risultati

• Risultati della Simulazione: I test nel tubo trasparente hanno confermato che lo spaziatore meccanico impedisce la miscelazione degli esplosivi con i detriti rocciosi (un problema comune con la spaziatura dei detriti rocciosi tradizionale) e mantiene la stabilità strutturale durante il caricamento.
• Risultati delle Prove sul Campo (Schema I):
  • Consumo di Esplosivo: Riduzione del consumo specifico di esplosivo di oltre il 16% (16,3% per il granito debolmente degradato, 16,2% per quello moderatamente degradato) rispetto al gruppo di controllo.
  • Frammentazione: Ha ottenuto una distribuzione uniforme delle dimensioni dei blocchi. Nel granito debolmente degradato, la proporzione di fini (<1 cm) è scesa dal 6,84% (controllo) al 3,41%. Nel granito moderatamente degradato, i fini sono scesi dall'8,93% al 5,63%.
  • Qualità del Cumulo di Macerie: Ha prodotto un cumulo moderatamente sciolto, favorevole allo scavo e al carico, senza accumuli significativi di grandi blocchi o "pietra a ombrello".
• Risultati delle Prove sul Campo (Schema II - Disaccoppiamento Eccessivo):
  • Sebbene lo Schema II (coefficiente di disaccoppiamento superiore ~1,55) abbia ulteriormente ridotto il consumo di esplosivo (di circa il 26%), ha causato un'energia insufficiente per le sezioni superiori del granito debolmente degradato. Ciò ha portato a un aumento significativo dei grandi blocchi (3,91%) e alla formazione di "pietra a ombrello" lungo la cresta.
  • Il granito moderatamente degradato ha mostrato una migliore tolleranza a questo coefficiente di disaccoppiamento più elevato grazie alle sue fratture preesistenti, sebbene il tasso di grandi blocchi sia comunque aumentato.

Significato e Rivendicazioni
L'articolo sostiene che la struttura di carica radialmente disaccoppiata proposta, specificamente la configurazione con uno spaziatore inferiore da 125 mm e spaziatore medio/superiore da 110 mm, offre una soluzione tecnicamente superiore per la brillatura del granito. Controllando efficacementamente il meccanismo di distribuzione dell'energia "riduzione del picco ed estensione del gas", questo metodo:

1. Riduce i Fini: Abbassa significativamente il tasso di polverizzazione, affrontando il problema della sovra-frantumazione comune nelle cariche accoppiate tradizionali.
2. Migliora l'Efficienza: Riduce il consumo specifico di esplosivo di oltre il 16% mantenendo o migliorando la qualità della frammentazione.
3. Aumenta l'Adattabilità: Fornisce un riferimento tecnico per ottimizzare i parametri di brillamento in base ai gradi di degradazione meteorica della roccia, garantendo che l'apporto energetico corrisponda alle specifiche costrizioni meccaniche della massa rocciosa.

Gli autori concludono che questo approccio bilancia efficacemente il compromesso tra la generazione di fini e la formazione di blocchi, offrendo una via percorribile verso operazioni di brillamento efficienti e a basso consumo.