Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Effects of confinement and initiation delay on fragmentation and waste rock compaction: Results from small scale tests
Luleå University of Technology, Department of Civil, Environmental and Natural Resources Engineering, Mining and Geotechnical Engineering.
2011 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)Alternative title
Sprängning mot kompakterade massor - effekter av dess egenskaper och inititeringstid : Resultat från modellförsök (Swedish)
Abstract [en]

Sub-level caving (SLC) is classified as a mass mining method and there is an increasing interest in its application worldwide and in a very wide range of geotechnical environments. Design of sub-level blasting rounds and optimization has become more important now when the sizes of the blasting rings have become larger. Sufficient fragmentation is one of the key factors and in confined blasting, as in sub-level-caving, this influences the mobilization of the blasted ring. The caved rock or debris at the interface first acts as a wave trap i.e. the 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.Small-scale blasting has been carried out to investigate and clarify this phenomenon. To minimize geometrical and geological effects, tests were made on Ø140 mm cylinders of magnetic mortar, which fractures like magnetite but is a less variable material. The cylinders were placed inside a Ø300 mm steel cylinder and confined by packed aggregate. The explosive source was decoupled PETN cord with different strengths in a center hole, which gave a specific charge between 0.2 and 2.6 kg/m3. The magnetic mortar and the nonmagnetic aggregate allowed for post-blast magnetic separation. The setup provides very repeatable results. The fragmentation of the blasted mortar and the aggregate plus the swelling of the confined mortar cylinders have been measured. As a reference, free mortar cylinders without radial confinement were used. More than 160 tests have been made with the cylindrical set-up.The results show that the confinement results in fragmentation being coarser when compared to that from free cylinders, and that the properties of the debris have a strong influence on the fragmentation and the swelling of the blasted materiel/compaction of the confining material. For the latter, a freezing-slicing method has been developed. The cylinders could thus be sliced perpendicular to the charged hole and then photographed to measure the radial expansion at different heights. The acoustic impedance between blasting material and confining debris has been applied to give a material description in a simple and physical form. This, in combination with the specific charge, has been shown to influence the fragmentation and compaction to a great extent. For the compaction, the porosity of the confining debris is also an influencing factor. Two prediction equations have been presented with high coefficients of determination, both for fragmentation and compaction. The tests have also been shown to be a good input for numerical modelling of blast compaction and reliable input for future numerical modelling of blast fragmentation. Further, a series of detailed small-scale tests have been made to investigate the use of short delays to promote better fragmentation caused by shock wave interactions. The block design had a size of 650/660×205×300 mm (L× W× H) and two rows with five Ø 10 mm blastholes in each row. The spacing and burden were 110 mm and 70 mm respectively, giving an S/B ratio of 1.6. The results showed no distinct differences or high improvements of the fragmentation when the delays were in the time range of interactions compared to no shock wave interactions. The decrease of x50 was around 20 % at a delay time ~1.1 ms/m burden compared with longer delays like 2 ms/m. A statistical analysis of the results has been made to evaluate the minimum at short delays and it is not significant.

Abstract [sv]

Skivrasbrytning som används av bland annat LKAB är en så kallad storskaligbrytningsmetod och intresset för denna metod ökar nu internationellt genom dess flexibilitet att verka under olika geologiska förhållanden. Nu har designen av skivraskransar och dess optimering blivit viktigare eftersom dessa kransar ökar i storlek. 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 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. För en framgångsrik skivrasbrytning krävs det att malmen är nog fragmenterad och att dess rörlighet är tillfredsställande när lastningen påbörjas. Rörligheten alternativt svällutrymmet beror på hur mycket kransen klarat att kompaktera rasmassorna framför sig, vars effekt är dubbel eftersom ju mer massorna kompakteras desto stabilare kan man förvänta att de blir mot att rasa ner i malmen och ge s.k. gråbergsinblandning. Vid för hög kompaktering kan man dock förvänta sig att malmen skjuts fast i rasmassor vilket leder till malmförluster. Att studera detta fenomen under storskaliga förhållanden är mycket svårt, nästintill omöjligt på grund av brytningsmetoden själv.Modellförsök har utförts för att få bättre förståelse av vilken påverkan inspänningen har på fragmenteringen samt för att få en bättre kunskap om kompakteringen som sker under dessa förhållanden. Genom att använda cylindriska provkroppar av magnetitbruk med diametern 140 mm, dvs utav ett väldefinierat material har de geologiska och geometriska effekterna kunnat minimeras, testförsök visade att dess fragmentering liknar magnetits dock med mycket lägre spridning. Provkropparna placerades i en stålcylinder med diametern 309 mm för fragmenteringsförsöken och för kompakteringsförsöken användes en plastcylinder med diametern 293 mm. I hålrummet mellan provkropp och cylindrar packades omgivande massor med olika fysikaliska egenskaper. En ny metod att mäta och utvärdera kompakteringen har utvecklats, vilken innebär att man fryser ner de sprängda proven för att sedan såga upp dem diametralt. Sprängämnet som användes var frikopplad pentylstubin som placerades i ett centrumhål i cylindern. Genom att använde sig av olika styrkor på pentylstubinen, kunde den specifika laddningen varieras mellan 0.2 and 2.6 kg/m3.Magnetseparering användes därefter för att särskilja det sprängda materialet från det omgivande materialet. Detta förfarande har visat sig vara högst repeterbart och för att ha en materialkontroll mellan olika gjutningar, utfördes referensskott med fria cylindrar. Totalt har det gjorts mer än 160 sprängförsök med de cylindriska provkropparna. Den akustiska impedansen för provmaterial och omgivande massor har tillämpats för att ge en kompakt och fysikalisk beskrivning av materialberoendet. Detta i kombination med specifik laddning har visat sig påverka fragmentering och kompaktering till en stor grad. För kompakteringen gäller även de omgivande massorna porositet. Genom statistisk analys har prediktionsekvationer tagits fram för de två fallen med hög förklaringsgrad. Därutöver har dessa resultat visat sig vara bra och tillförlitliga resultat för numeriska modeller för kompaktering samt med stor sannolikhet även för framtida fragmenteringsmodeller.Utöver detta har även en serie av försök utförts för att undersöka effekten av korta tidsintervall vid initiering vid flerhålssprängningar likt en pallsalva. Syftet var att se om det fanns ett sätt att använda sig av stötvågsinteraktioner mellan spränghålen för att förbättra fragmenteringen. Provkropparna var block med måtten 650/660×205×300 mm (L× B× H) med två rader à 5 spränghål med diametrarna 10 mm. Hålavstånden (S) var 110 mm och försättningen (B) var 70 mm, vilket gav en S/B kvot på 1.6. Totalt testades 15 block i denna försöksserie och resultaten visade inga stora förbättringar gällande fragmentering vid jämförelser mellan fördröjningstider där stötvågssamverkan fanns och tider då inga stötvågsinteraktioner fanns mellan de olika hålen. Minskningen av medelstyckefallet x50 visade sig vara ca 20 % bättre vid fördröjningstid på 1.1 ms/m försättning jämfört med den längsta testade tiden på 2 ms/m försättning. Minimumet har även analyserats och utvärderats genom statiska analyser utan att visa sig vara signifikant.

Place, publisher, year, edition, pages
Luleå: Luleå tekniska universitet, 2011.
Series
Doctoral thesis / Luleå University of Technology 1 jan 1997 → …, ISSN 1402-1544
Research subject
Mining and Rock Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ltu:diva-17633Local ID: 465003c3-5026-42ca-83ae-54103aa6029aISBN: 978-91-7439-289-0OAI: oai:DiVA.org:ltu-17633DiVA: diva2:990638
Note
Godkänd; 2011; 20110615 (dan930); DISPUTATION Ämnesområde: Berganläggningsteknik/Rock Mechanics and Rock Engineering Opponent: Professor Gideon Chitombo, University of Queensland/WH Bryan Mining and Geology Research Centre, Australia Ordförande: Professor Finn Ouchterlony, Department of Civil, Environmental and Natural Resources Engineering, Luleå University of Technology. Tid: Måndag den 19 september 2011, kl 10.00 Plats: F1031, Luleå tekniska universitetAvailable from: 2016-09-29 Created: 2016-09-29Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(13971 kB)11 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 13971 kBChecksum SHA-512
5e78f7342a62be3e98359fea2b0dcdfcae84889635a2484c365bf823282b6637e10ca9c8e57f7dd8bee2e4c27cfd8967c39657027f54c6c0db7a2e3da0b213c4
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

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

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 11 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

Total: 32 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link