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
Towards understanding breakage and flow in sublevel caving (SLC): Development of new measurement techniques and results from full-scale tests
Luleå University of Technology, Department of Civil, Environmental and Natural Resources Engineering, Mining and Geotechnical Engineering.
2012 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)Alternative title
Ökad förståelse av sönderbrytning och malmflöde i skivrasbrytning : Utveckling av nya mätmetoder och resultat från fullskaleförsök (Swedish)
Abstract [en]

Blast function, fragmentation and gravity flow are core elements for sublevel caving (SLC). For the ore recovery to be as high and the waste rock dilution as low as possible all three elements have to work as planned. In the past some boundary conditions were changed: The scale and layout of SLC changed tremendously and production advanced to greater depths. As a consequence, blast performance and material flow are believed to have changed. The difficulties in simulating SLC relate to the physical scale as well as the broad range of time-scales involved, which results in a large number of unknowns and uncertainties. The present thesis contributes with the development of new measuring techniques, full-scale tests and analysis of results in all the above three core elements. Based upon that a better understanding of breakage and flow is obtained and this supports future process improvements.A remotely operated 3D photogrammetry system was designed and used to study the blast results from SLC rings in opening and hang-up situations. Various blasting situations were observed and this allowed a deeper study of the i) geometry of blasted cavity, ii) over- and underbreak and its effect on subsequently blasted rings, iii) interaction effects between adjacent holes/rings, iv) mapping of geological structures and its influence on the blast result and v) drilling accuracy based on identified boreholes. An attempt to identify malfunctions and categorize breakage problems was made. Some of the identified problems for initiation were unexpected and require a closer examination to increase blasting efficiency and to mitigate nitrate leakages. Potential improvements for blasting initial openings and scaling-up of rings are presented.Confined drift wall blasting tests in which the blasted burden was instrumented with various sensors to study movement and breakage were carried out. The main focus was the development of measuring equipment that could be scaled-up to full-scale SLC blasting and installed behind the rings. Results from an unconfined and confined blast situation are presented. A new measurement system to measure burden movement was developed, which combined the initial movement recorded by an accelerometer designed to minimize zero-shift with the later slower movement recorded by a photoelectric sensor (“fibre-optic zebra gauge”). In addition, time domain reflectometry (TDR) proved to be a reliable method for the verification of burden breakage (over- and underbreak).Fragmentation characteristics for blasted ore loaded from a specific ring were studied by sieving. For comparison lab-scale data from crushing, grinding and blasting, and also historical full-scale data from the mine, were analyzed. This data confirms that the material follows the NBC criteria (NBC = “natural breakage characteristics”) in the fines region (0 – 10 mm). However, a relative flattening of the sieving curves due to “selective” breakage in the mid-range (25 - 75 mm) and increased amount of fines was observed. The main conclusion is that magnetite behaves like normal hard rock from a fragmentation point of view despite this flattening deviation from Swebrec distribution behaviour as this is likely to be caused by the internal flow mechanisms in the SLC process.Gravity flow and the effects from confined blasting in hang-up situations were studied with the 3D imaging system and allowed the extension of conceptual models for breakage and flow. Evidence is given that gravity flow was disturbed and occurred in shallow, crescent-shaped flow zones. The front part of the burden was fractured, but immobilized. For the subsequent blast this meant that swell and compaction was limited to that zone with only marginal dilation and disaggregation of the burden at the sides. The operating figures for the blasted rings with observed flow zones indicated a disturbance-free extraction. Inflow of caving debris might occur either from above or in front when the loader penetrates into the flow zone of the previous ring. As a result of flow disruption in this narrow channel a temporary hang-up might evolve and the flow scheme be altered so that material is then loaded from previous blasts. With continued extraction, the cavity enlarges and finally becomes unstable, collapses and both previously “frozen ore” and waste rock enters the draw point.At the end a pivotal question remains: Are the recent observations of disturbed flow an inherent part of blasting SLC rings? This raises also the follow up question: Can we expect an undisturbed gravity flow if all borehole charges and rings detonate and break as planned? With continued investigations an answer seems to be obtainable in the near future. It is also recommended that the methods developed in this thesis be used in instrumented confined blasting tests in full-scale rings and be combined with gravity flow measurements.

Abstract [sv]

Sprängsalvors funktion, fragmentering och rasflöde är viktiga delprocesser i skivrasbrytning. För att malmutbytet skall bli så stort som möjligt och gråbergsinblandningen så låg som möjligt måste alla tre delprocesser fungera enligt plan. Förutsättningarna har ändrats med tiden. Brytningsskalan har ökat betydligt under årens lopp, utformningen av raskransarna har ändrats och brytningen sker på allt större djup. Svårigheten att modellera skivrasbytningen beror både på den fysiska skalan och på de olika tidsskalor som ingår i förloppet, vilket medför stora osäkerheter och även okända storheter. Denna avhandling bidrar med utveckling av nya mätmetoder, fullskaleförsök och analys av resultat från alla tre delprocesserna. Detta leder till en bättre förståelse av sönderbrytningen och rasflödet vilket möjliggör en framtida förbättring av hela processen.Ett fjärrstyrt system för 3D-fotogrammetri har konstruerats, byggts och använts för att studera kaviteter vid såväl öppningar som ”häng” (stopp i rasflödet) i skivrasbrytningen. En kvantifiering och kartläggning har gjorts av i) den utsprängda kavitetens geometri, ii) bakåtbrytning och ofullständig lossbrytning, iii) hur brytningen samverkar mellan närliggande spränghål och skivraskransar, iv) hur strukturerna påverkar sprängningsresultatet och 5) felborrningen baserad på identifierade kvarstående borrhål. En ansats att identifiera felfunktioner i lossbrytningen och kategorisera problem har gjorts. Problemen med initiering av laddningarna var oväntade och de behöver undersökas närmare för att öka salvornas effektivitet och att minska kväveförluster. Förslag ges till förbättringar av sprängning av de första hålen och efterföljande kransar i en skivrasöppning där kransarnas höjd ökar snabbt.Sprängning av ortväggar mot mothåll från inlastade rasmassor har utförts. I och bakom försättningen har olika instrument installerats för att mäta rörelser och sönderbrytning. En viktig utgångspunkt har varit att instrumenten skall kunna användas i fullstora skivraskransar där de installeras från baksidan. Resultat från måttligt och stort mothåll presenteras. För att kunna mäta försättningens rörelse under fältförhållanden har ett nytt mätsystem utvecklats. Det kombinerar en accelerometer med minimal nollpunkts-förskjutning för registrering av det transienta initialförloppet med en fotoelektrisk givare (s.k. fiberoptisk zebragivare) som mäter det långsammare efterföljande förloppet. Dessutom används s.k. TDR-teknik, dvs. ingjutna koaxialkablar genom vilka pulser skickas och där reflektioner från olika störningar längs kabeln registreras. Denna teknik ger en god uppfattning om var gränsen för försättningens lossbrytning går.Styckefallet hos sprängd magnetitmalm från en utlastad skivraskrans har studerats genom siktning. Som jämförelse har data från malm som krossats och malts i labbskala samt historiska data från raskransar analyserats. Data styrker att malmen i finområdet 0 - 10 mm har s.k. NBC-egenskaper (NBC = ”natural breakage characteristics”). I mellanområdet 25 - 75 mm uppstår en relativ avflackning i siktkurvan jämfört med en s.k Swebrec-funktion, förmodligen pga selektiv neddelning under rasflödet, och en större andel finmaterial bildas. Trots avvikelsen från ”Swebrec-beteendet” hos siktkurvan är ändå slutsatsen att magnetiten uppträder som gråberget ur fragmenteringssynpunkt.Rasflödet och effekterna av sprängning mot mothåll (rasmassor) har studerats med 3D-fotogrammetri under hängsituationer. Detta har gjort det möjligt att förbättra befintliga sönderbrytnings- och flödesmodeller. Resultaten visade att flödet varit ”stört” (lokaliserat) och skett inom smala månskäreformade kanaler. Försättningens främre del hade spruckit sönder men inte brutits upp, dvs kunde inte börja rasa. För efterföljande raskransar blir svällningen av försättningen och åtföljande kompaktering av mothållsmaterialet i rasmassorna begränsad med mycket liten dilatation och uppluckring av sidodelarna av försättningen. Produktionsuppföljningen (lastade bergmängd mm) för kransarna med stört flöde visade inte något onormalt innan hängen uppträde. Inflöde av gråberg från rasmassorna sker normalt uppifrån eller framifrån om lastmaskinen kan penetrera rasmassorna tillräckligt långt in. I en hängsituation har flödet uppifrån genom kanalen upphört. Hänget kan vara tillfälligt och när lastaren börjar lasta i rasmassorna från föregående krans kan det kollapsa och tidigare ”frusen” malm och gråberg rasa ner i lastorten.En viktig fråga kvarstår: Är det störda flödet som observerats en integrerad del av rasflödet efter sprängning av skivraskransar? Och följdfrågan: Kan vi förvänta oss ett ostört rasflöde om alla spränghålen i en skivraskrans detonerar och bryter upp försättningen som planerat? Svar på dessa frågor kan fås inom en nära framtid om undersökningar fortsätter. Det rekommenderas också att mätmetoderna som utvecklats i denna avhandling används i instrumenterade sprängförsök i storskaliga skivraskransar (under mothåll) och kombineras med mätningar av gravitationsflöde.

Place, publisher, year, edition, pages
Luleå: Luleå tekniska universitet, 2012. , 214 p.
Series
Doctoral thesis / Luleå University of Technology 1 jan 1997 → …, ISSN 1402-1544
National Category
Other Civil Engineering
Research subject
Mining and Rock Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-17300Local ID: 2b25a69d-9926-4291-9466-d443ad8b38bfISBN: 978-91-7439-509-9 (print)OAI: oai:DiVA.org:ltu-17300DiVA: diva2:990302
Note
Godkänd; 2012; 20121029 (matwim); DISPUTATION Ämne: Berganläggningsteknik/Rock Mechanics and Rock Engineering Opponent: Professor Emeritus Pekka Särkkä, Helsinki University of Technology, Helsinki, Finland Ordförande: Professor Finn Ouchterlony, Montanuniversität Leoben, Austria and Luleå University of Technology Tid: Tisdag den 18 december 2012, kl 10.00 Plats: F531, Luleå tekniska universitetAvailable from: 2016-09-29 Created: 2016-09-29 Last updated: 2017-11-24Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(3628 kB)86 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3628 kBChecksum SHA-512
534890dde61aac51af201f7227b262a3a8a0707ed6885e037bcef25b19222e8096e30a3e3090931a8c24077ffb3a7435231c554432080b136f5e2a462771f5fe
Type fulltextMimetype application/pdf
fulltext(2537 kB)51 downloads
File information
File name FULLTEXT02.pdfFile size 2537 kBChecksum SHA-512
b6038720e636ba228aaac591a53dd8105ea1c3269ab128708627c88619fa43044c1031ce326b3f547dd8edf66c2941999eec42da113fb29a923ec8a8dd83a2d4
Type fulltextMimetype application/pdf
fulltext(2464 kB)20 downloads
File information
File name FULLTEXT03.pdfFile size 2464 kBChecksum SHA-512
ba6a59df1da2146e264a724ef382f872e16edf5759443188a2fc60089e240b90dcaa78faa3dfccf57de1a837abee35fa9296310ba3f89e57a60be1e95c6df9f3
Type fulltextMimetype application/pdf
fulltext(9564 kB)84 downloads
File information
File name FULLTEXT04.pdfFile size 9564 kBChecksum SHA-512
8ef47d8dc0c213617e4448e9d3e0901218974228bf6b61db8b389f51b521189e7e162f45732546b7b24bc19eefd74283b34236f38f06aca054974340e8d26fd8
Type fulltextMimetype application/pdf
fulltext(3644 kB)227 downloads
File information
File name FULLTEXT05.pdfFile size 3644 kBChecksum SHA-512
15fa36258373d2a018f1d5bb6572d417bec51fda8ae3fe8ab1ac3b98020ceb91fe737d41e27b3d2ef1ca452b44fd3fdf18b0fb999e061ea417ee3ec383ff175e
Type fulltextMimetype application/pdf
fulltext(38203 kB)91 downloads
File information
File name FULLTEXT06.pdfFile size 38203 kBChecksum SHA-512
eccb0a5f14a4be9b96924f26b720fb0d0d734f65bde62b9ed481097f5b6a7e10b638b9c09a07d3975a88c8790c7f04ac3e6dd262e0bbb2539adb31694d5d851e
Type fulltextMimetype application/pdf
fulltext(21365 kB)31 downloads
File information
File name FULLTEXT07.pdfFile size 21365 kBChecksum SHA-512
bfef32be0bb4850c87a8ed87a17d3b0ed47a2f0e28583fb6eec037165215d9ded583bd93173255749dbf427da2a4881474a317a09d937e45bd35211a26cd4a7f
Type fulltextMimetype application/pdf
fulltext(22315 kB)21 downloads
File information
File name FULLTEXT08.pdfFile size 22315 kBChecksum SHA-512
cfba54082c79a0dbb6abfaba66e10e88f875cc9cfac74b614fdda07ddd400c9e2a7f5c7f80e9ffc7d50b4f4ebe46158de61ecee42ed5ea068a9505f5d971b38e
Type fulltextMimetype application/pdf
fulltext(12515 kB)72 downloads
File information
File name FULLTEXT09.pdfFile size 12515 kBChecksum SHA-512
5978dd1c8c00567a31dd812d0c9a42bd26e0662461d90e74113c67c5ad2678b211b0694451b6c16912a8628a71e67ae4868cef5a87ad85d62b80c6f51558c29b
Type fulltextMimetype application/pdf

Authority records BETA

Wimmer, Matthias

Search in DiVA

By author/editor
Wimmer, Matthias
By organisation
Mining and Geotechnical Engineering
Other Civil Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 683 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

isbn
urn-nbn

Altmetric score

isbn
urn-nbn
Total: 558 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