Παράμετροι που επηρεάζουν τον θρυμματισμό του πετρώματος κατά την εξόρυξη του με εκρηκτικές ύλες.

Abstract

Η εξόρυξη των πετρωμάτων με τη χρήση εκρηκτικών υλών αποσκοπεί στην κατάτμηση του επιτόπου πετρώματος σε τεμάχια μικρότερου μεγέθους, την μετακίνηση του από την φυσική του θέση και την απόθεση του υπό την μορφή σωρού μπροστά από το νέο μέτωπο. Κατά τον σχεδιασμό ανατινάξεων πλήρους κλίμακας, ιδιαίτερη βαρύτητα πρέπει να δίνεται στην προσαρμογή της κοκκομετρίας των τεμαχίων του εξορυγμένου πετρώματος στις ιδιαίτερες απαιτήσεις της παραγωγής, προκειμένου να εξασφαλιστεί η αποδοτικότερη και οικονομικότερη λειτουργία των εργασιών φόρτωσης, μεταφοράς και θραύσης, που έπονται της ανατίναξης. Αντικειμενικός στόχος είναι η επίτευξη της μεγίστης δυνατής παραγωγής επιτυγχάνοντας ταυτόχρονα το ελάχιστο δυνατό κόστος. Ως εκ τούτου, η λειτουργία μιας εξορυκτικής επιχείρησης κρίνεται επιτυχημένη, όταν το ύψος της παραγωγής βρίσκεται εντός του επιθυμητού στόχου και το κόστος υλοποίησης των επιμέρους διεργασιών δεν ξεπερνά τον οικονομικό προϋπολογισμό. Η ύπαρξη μιας τεχνικής ελέγχου της κοκκομετρικής κατανομής που πρόκειται να επιτευχθεί έπειτα από την πραγματοποίηση μιας ανατίναξης, αποτελεί σημαντικό εργαλείο για τον μηχανικό που τις σχεδιάζει. Η δυνατότητα άμεσης και αποτελεσματικής εκτίμησης της ορθότητας των τιμών που έχουν επιλεγεί για κάθε μια από τις παραμέτρους που ορίζουν ένα σχέδιο ανατίναξης, συντελεί στη συσχέτιση της συνολικής παραγωγικότητας του μεταλλείου/λατομείου με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του εκάστοτε μετώπου. Στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής καταγράφηκαν τα δεδομένα δέκα ανατινάξεων πλήρους κλίμακας που πραγματοποιήθηκαν στο λατομείο ασβεστολίθου Μάνδρας Αττικής, της Χάλυψ Δομικά Υλικά Α.Ε. Μελετώντας τα δεδομένα αυτά, προέκυψαν συσχετίσεις αναφορικά με τον τρόπο αλληλεπίδρασης των διαφόρων παραμέτρων που σχετίζονται με την εξόρυξη του πετρώματος με χρήση εκρηκτικών υλών και δημιουργήθηκαν σχέσεις για τον υπολογισμό του μεγέθους τεμαχίων που αντιστοιχεί στο 50% αθροιστικά διερχόμενο (x50) αλλά και ολόκληρης της κοκκομετρικής κατανομής των τεμαχίων του εξορυγμένου πετρώματος. Εν συνεχεία, εφαρμόζοντας τη μέθοδο της διαστασιακής ανάλυσης δημιουργήθηκε μια σχέση υπολογισμού του λόγου κατάτμησης RR50, συναρτήσει του ελάχιστου χρόνου απόκρισης του μετώπου (Τmin), της ειδικής κατανάλωσης της εκρηκτικής ύλης (q) και της τιμής του «τοπικού» φορτίου (BL).. Τέλος, αποσκοπώντας στη διαχείριση της αβεβαιότητας που εμπεριέχεται στους υπολογισμούς που πραγματοποιούνται μέσω των ντετερμινιστών εξισώσεων των μαθηματικών μοντέλων εκτίμησης που κατά καιρούς έχουν προταθεί, μελετήθηκαν μια σειρά από υποθετικά σενάρια με τη βοήθεια της μεθόδου πιθανολογικής προσομοίωσης Monte Carlo. Μέσω της μεθοδολογίας που παρουσιάζεται στην παρούσα διδακτορική διατριβή, κατέστη εφικτή η δημιουργία ενός εργαλείου εκτίμησης της κοκκομετρικής κατανομής των τεμαχίων του εξορυγμένου πετρώματος, προσαρμοσμένου στα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των λατομείων ασβεστολίθου. Το εργαλείο αυτό παρέχει τη δυνατότητα μεταβολής της κατανομής των τεμαχίων του εξορυγμένου πετρώματος ανάλογα με τις ιδιαίτερες απαιτήσεις της παραγωγής, συνεισφέροντας με τον τρόπο αυτό την αποδοτικότερη και ταυτόχρονα οικονομικότερη λειτουργία όλων των διεργασιών που έπονται μιας ανατίναξης.

The purpose of rock blasting operations is to transform in situ rock mass into the blasted rock of a muckpile. While designing large scale blasting operations, great consideration should be given to tailor the degree of fragmentation in order to fulfill the requirements of production, ensuring at the same time the efficient and economical operation of loading, hauling, crushing and grinding circuits. The main objective is to achieve both, maximum productivity and cost effectiveness. Such an operation is considered successful, as long as production target is met, retaining at the same time the cost of all downstream processes within budget. Controlling the degree of rock fragmentation is of major importance for the explosives engineer. Direct and efficient evaluation of the blast design parameters allows the correlation of fragmentation and the achieved productivity with the specific properties of each blasting domain. For the purposes of the present Ph.D thesis, ten large scale blasting rounds conducted in Halyps’ Building Materials S.A. limestone quarry, were monitored. The collected data were used to create bivariate correlations, concerning the interaction between the various parameters that determine fragmentation by blasting. Equations for the calculation of blasted rock passing size x50, as well as for the construction of the whole fragment size distribution, were created. Further processing of the collected data using the engineering tool of dimensional analysis resulted in the establishment of a mathematical relation for the calculation of the 50% cumulative’s passing reduction ratio (RR50), as a function of the minimum response time (Tmin), the powder factor (q) and the “local” burden of the blasthole (BL). Finally, a stochastic modeling technique using the Monte Carlo simulation technique was implemented for a number of blast design scenarios, in order to quantify the associated changes on the fragment size distribution of the muckpile. Through the methodology introduced in this thesis, it was made possible to develop a tool for the estimation of the size distribution of blasted rock, based on the particular characteristics of limestone quarries, contributing in the efficient operation of all the downstream processes.