Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Fragmentation and waste rock compaction in small-scale confined blasting
Luleå University of Technology, Department of Civil, Environmental and Natural Resources Engineering, Mining and Geotechnical Engineering.
2008 (English)Licentiate thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Sub-level caving (SLC) is an important mass mining method, used at LKAB e.g. The caved rock or debris at the SLC interface reduces the fragmentation and the swelling of the blasted ring and it dissipates the explosive energy. These phenomena may immobilize the blasted ring, causing ore losses. There are two major factors that influence the mobilization of the blasted ring, fragmentation and swelling of the blasted material. The caving process is influenced by also the stiffness of the waste rock, which is dependent in some way by the compaction that the blast ring contributes to. To investigate these phenomena in large-scale is very difficult and nearly impossible due to the mining method itself. Therefore model scale tests have been made to understand the mechanisms of rock breakage and therefore fragmentation under relatively confined conditions. To minimize geometrical and geological effects, tests were conducted on Ø140 mm cylinders of magnetic mortar, which fractures like magnetite but is a less variable material. The cylinders were placed inside an Ø300 mm steel or plastic cylinder and confined by packed aggregate. PETN cord with different strengths in a centred hole gave a specific charge between 02 and 2.6 kg/m3. This thesis describes and discusses how fragmentation and compaction, the reverse of swelling, depend on the specific charge for different types of debris confinement. Four different types of debris have been tested and for one of them a confining pressure of about 0.42 or 0.86 MPa was induced by a slotting and bolting of the steel cylinder. The results show both that the passive confinement makes the fragmentation considerably coarser than from free cylinders and that the properties of the debris have a strong influence on both fragmentation and swelling. The effect of the confining pressure was relatively small however and interpreted mainly by changes in debris porosity. The magnetic mortar and the non-magnetic aggregate allow for post-blast magnetic separation. The setup provides extremely repeatable results. The fragmentation of the blasted mortar and the aggregate plus the compaction (reverse swelling) of the confined mortar cylinders have been measured. Free mortar cylinders were used as a reference To date, more than 160 cylinders have been shot and evaluated in terms of fragmentation or compaction. It has been clearly shown that the test set-up is robust and gives repeatable results. The small scale tests are a first step to increase the understanding of confined blasting as in sub-level caving. By using the acoustic impedance between the blasted material and the confining debris, a relationship for both fragmentation and compaction have been found depending on material, specific charge and physical properties of the debris. Regression analysis has been used for both tasks, where the two statistical hypotheses clearly have good agreement with actual data i.e. the prediction models can forecast both the fragmentation and compaction for this set-up with reasonable accuracy The results can be comparable with confined blasting in large scale, this both that it have representative design parameters that fulfil in many ways the scaling laws and the second is that it can be linked to other comparisons between large-scale and small-scale, where the similarities have been shown. The results from this thesis have shown to be a good input for numerical modelling, where confined blasting is one of the new tasks. This will be a part of the coming work to optimally design SLC-rings for maximum output of ore.

Abstract [sv]

Skivrasbrytning är en viktig storskalig brytningsmetod som bl.a. tillämpas vid LKAB:s gruvor i Kiruna och Malmberget. Kontaktytan mellan malm och rasmassor reducerar fragmenteringen och hindrar svällningen av den sprängda malmkransen dvs. malmen är inspänd. Detta fenomen kan förhindra rasmassornas rörlighet, vilket i sin tur kan leda till malmförluster. En annan viktigt faktor i processen är även vilken styvhet rasmassorna har, vilket kan relateras till hur kompakterade de är. Ju mindre styvhet, desto mer rörliga är massorna. Om massorna inte är malm, så finns risken att malmen späds ut dvs. en ökad gråbergsinblandning.Att studera detta fenomen under storskaliga förhållanden är mycket svårt, nästintill omöjligt på grund av brytningsmetoden själv. Därför har sprängförsök utförts i modellskala med målet att få bättre förståelse av just inspänningens påverkan på fragmentering och svällning. Genom att använda cylindriska och icke geologiska provmaterial (magnetitbruk), så har de strukturers och randeffekter påverkan kunnat minimeras.Provcylindrarna hade diametern 140 mm och placerades i stålcylinder med diametern 309 mm alternativt ett plaströr med diametern 293 mm. Stålcylindern användes vid undersökningar av fragmenteringen och plaströret användes vid att mätning av kompakteringen av rasmassorna/svällningen av det spränga materialet. I spalten mellan dessa cylindrar, så fylldes rasmassor med varierade egenskaper. Egenskaper som beskrev rasmassorna var beroende på deras hållfasthet, packningsgrad och styvhet. Det sprängämne som användes till majoriteten av försöken var pentylstubin, som placerades i ett centrerat hål inne i provcylindern. Pentylstubin finns med flera olika styrkor, vilket gav för dessa försök ett spann på den specifika laddningen från 0,2 till 2,6 kg/m3. Eftersom magnetitbruk användes, så kunde kompletta fragmenteringskurvor från provcylindrar och uppkrossningskurvor hos rasmassorna fås genom magnetseparering.Resultaten visar att inspänningen till stor grad ökar styckefallet jämfört med fria förhållanden med samma laddningsmängd dvs. ingen inspänning alls. Egenskaperna hos rasmassorna hade likaså stor inverkan på styckefallet. Dagens malmproduktion i bl.a. LKAB går ytterligare mot djupet, vilket i sin tur ökar på trycket på rasmassorna. För att simulera hur ett ökat tryck påverka fragmenteringen, så modifierades stålcylindern till att kunna utföra ett tryck på rasmassorna och därtill den cylinder som skulle sprängas. Denna effekt visades sig dock vara marginell med avseende på medelstyckefall och skillnaderna kunde relateras till rasmassorna egenskaper (porositetsminskning i detta fall). Dock visade det sig att trycket påverkade formen på det fragmenterade materialet, vilket kan vara av vikt för rasflödesmodellerTills dags datum har mer än 160 cylindrar sprängts och utvärderats i avseende på fragmentering eller kompaktering. Försöksupplägget har visat sig vara robust och gett repeterbara resultat. Genom att sedan använda sig av impedansskillnader mellan det sprängda materialet och rasmassorna, så har ett samband visats beroende på provmaterial, specifik laddning och fysikaliska egenskaper hos de omgivande massorna. Regressionsanalyser har gjorts för båda utvärderingarna och de två statistiska hypoteserna som testats har visat sig har bra överenskommelse med uppmätta data.Resultaten kan bli jämförbara med storskaliga förhållanden, både eftersom designen av försöken till stor del är likvärdiga, speciellt för en testad egenskap hos rasmassorna där skallagarna har tagit i beaktande. Ytterligare en sak som talar för att man kan jämföra resultaten med storskaliga förhållanden, är att redovisade data i denna avhandling har anknytning till tidigare försök där likheter mellan storskaliga försök och modellförsök kunnat visas.Denna avhandling kan vara till hjälp likaså vid validering av de numeriska modeller som just har fokus på sprängning under inspända förhållanden.

Place, publisher, year, edition, pages
Luleå: Luleå tekniska universitet, 2008. , 117 p.
Series
Licentiate thesis / Luleå University of Technology, ISSN 1402-1757 ; 2008:30
Keyword [en]
Civil engineering and architecture - Geoengineering and mining engineering
Keyword [sv]
Samhällsbyggnadsteknik och arkitektur - Geoteknik och gruvteknik
National Category
Other Civil Engineering
Research subject
Mining and Rock Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-17100Local ID: 19e856c0-7b50-11dd-b356-000ea68e967bOAI: oai:DiVA.org:ltu-17100DiVA: diva2:990096
Note
Godkänd; 2008; 20080905 (ysko)Available from: 2016-09-29 Created: 2016-09-29 Last updated: 2017-11-24Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(29744 kB)101 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 29744 kBChecksum SHA-512
90ee6a9a1318f9c35f4b18746eb377d0ebf1b0940c2a43e88a3afb6cbf5cd82fded141aae864434099e59621fcd3755b84837dbee5268dec2231b08815942558
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Johansson, Daniel
By organisation
Mining and Geotechnical Engineering
Other Civil Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 101 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 71 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf