طرح طراحی انفجار سنگ در معادن زیرزمینی
مقدمه طراحی انفجار سنگ برای حفاری رانشی معادن زیرزمینی بخش مهمی از فرآیند استخراج است. منطقی بودن طراحی مستقیماً بر راندمان حفاری، هزینه، ایمنی و تأثیر آن بر سنگ‌های اطراف تأثیر می‌گذارد. یک طرح انفجار سنگ بهینه می‌تواند نرخ پیشروی را افزایش دهد، ارتعاش انفجار را کنترل کند، از پایداری سنگ‌های اطراف محافظت کند و شرایط مطلوبی را برای استخراج بعدی ایجاد کند. این مقاله، بر اساس منابع متعدد، عناصر کلیدی و روش‌های عملی برای طراحی انفجار سنگ برای حفاری رانشی معادن زیرزمینی را تشریح می‌کند.
آماده‌سازی‌های اولیه برای طراحی انفجار تجزیه و تحلیل شرایط زمین‌شناسی: درک دقیقی از زمین‌شناسی معدن، از جمله انواع سنگ، سختی و توزیع درزه‌ها و شکستگی‌ها به دست آورید. به عنوان مثال، درزه‌دار شدن و شکستگی می‌تواند بر انتشار موج تنش و شکستگی سنگ تأثیر بگذارد. اطلاعات دقیق زمین‌شناسی باید از طریق بررسی‌های میدانی، داده‌های گمانه و تحقیقات ژئوفیزیکی جمع‌آوری شود. انواع مختلف سنگ و سختی آنها نیاز به پارامترهای مختلف انفجار دارد؛ سنگ سخت معمولاً به هزینه‌های بالاتر و چیدمان مناسب سوراخ نیاز دارد.
الزامات مهندسی را تعریف کنید: ابعاد رانش، شکل مقطع و جهت حفاری را مشخص کنید. به عنوان مثال، رانش‌های دایره‌ای و مستطیلی به طرح‌های انفجاری متفاوتی نیاز دارند؛ گوشه‌ها در رانش‌های مستطیلی ممکن است به چیدمان‌های ویژه‌ای برای سوراخ‌ها برای کنترل پروفیل نیاز داشته باشند. نرخ پیشروی مورد نیاز را در نظر بگیرید - حفاری سریع‌تر ممکن است به تکنیک‌های انفجاری کارآمدتر و ترکیب پارامترها نیاز داشته باشد.
طراحی چیدمان چال انفجاری طراحی شیار-چال:
انتخاب روش شکاف‌زنی: روش‌های رایج شکاف‌زنی شامل شکاف‌زنی گوه‌ای شکل و شکاف‌زنی سوراخ مستقیم است. شکاف‌زنی گوه‌ای شکل برای سنگ‌های نرم تا نرم مناسب است: سوراخ‌های شکاف زاویه‌دار، یک سطح آزاد گوه‌ای شکل برای انفجار بعدی ایجاد می‌کنند. شکاف‌زنی سوراخ مستقیم برای سنگ سخت استفاده می‌شود، که در آن سوراخ‌های خالی موازی یک سطح آزاد و فضای جبرانی ایجاد می‌کنند در حالی که سوراخ‌های باردار اطراف، شکست را انجام می‌دهند. تکنیک‌های نوآورانه شکاف‌زنی، مانند شکاف‌زنی حفره‌ای و انفجار شکاف‌زنی با پرتاب قطعه (سی سی اف تی)، مورد مطالعه و استفاده قرار گرفته‌اند. به عنوان مثال، یک طرح شکاف‌زنی موازی با سوراخ‌های پرتاب دوگانه (P-دی اف اچ) بارهای کف را تقویت می‌کند و یک انفجار دو مرحله‌ای ایجاد می‌کند که یک حفره شکاف کامل‌تر تشکیل می‌دهد و بر محدودیت‌های حفاری متراکم سنتی غلبه می‌کند.
تعیین پارامتر سوراخ شکاف: عمق، فاصله و زاویه سوراخ شکاف را مشخص کنید. عمق سوراخ شکاف معمولاً 15 تا 20 درصد بیشتر از سایر سوراخ‌های انفجاری است تا شکافتگی مؤثر تضمین شود. برای سنگ‌های با سختی متوسط، زاویه شکاف گوه‌ای شکل می‌تواند 60 تا 75 درجه باشد و فاصله آن بسته به خواص سنگ 0.5 تا 1.0 متر است. برای شکافتگی سوراخ مستقیم، فاصله بین سوراخ‌های خالی و سوراخ‌های باردار معمولاً 0.2 تا 0.5 متر است.
سوراخ‌های کمکی (برجسته): بین سوراخ‌های شکاف و سوراخ‌های محیطی قرار می‌گیرند تا حجم شکاف را بزرگتر کرده و سطح آزاد بهتری برای خرج‌های محیطی ایجاد کنند. فاصله سوراخ‌های کمکی معمولاً تا حدودی بزرگتر از سوراخ‌های محیطی است و خرج‌های انفجاری ممکن است نسبتاً بزرگتر باشند. برای سنگ‌های با سختی متوسط، فاصله سوراخ‌های کمکی می‌تواند 0.6 تا 0.8 متر باشد و میزان خرج با توجه به ویژگی‌های سنگ تنظیم می‌شود.
سوراخ‌های محیطی (کانتور): برای کنترل پروفیل رانش و اطمینان از مطابقت سطح مقطع با ابعاد طراحی استفاده می‌شوند. فاصله سوراخ‌های محیطی و مقدار بار برای کنترل پروفیل بسیار مهم هستند. شبیه‌سازی عددی و آزمایش‌های میدانی نشان می‌دهد که تحت شرایط خاص - به عنوان مثال، در رانش‌های عمیق معدن فسفات کایانگ - فاصله سوراخ‌های محیطی S = 0.70 متر، چگالی بار خطی β = 0.9 کیلوگرم بر متر مکعب و ضریب جداسازی ζ = 2.5 نتایج انفجار کانتور خوبی با حداقل شکست بیش از حد/شکست زیر سطح ایجاد می‌کند. استفاده از کوبیدن ماسه در سوراخ‌های محیطی، آسیب به سنگ اطراف را کاهش داده و استفاده از انرژی انفجار را بهبود می‌بخشد.
محاسبه مقدار خرج طراحی پارامتر انفجار: مقدار خرج یک عامل کلیدی مؤثر بر نتیجه انفجار است و معمولاً توسط خواص سنگ، قطر چال، عمق چال و فاصله چال تعیین می‌شود. فرمول‌های تجربی رایج شامل فرمول حجم و فرمول مصرف به ازای واحد است. به عنوان مثال، فرمول حجم Q = کیو وی، که در آن Q خرج، q مصرف مواد منفجره به ازای واحد حجم سنگ و V حجم سنگی است که باید انفجار شود. مصرف واحد q به مقاومت سنگ بستگی دارد و عموماً در محدوده 0.3 تا 1.5 کیلوگرم بر متر مکعب است.
توالی آتش و زمان‌های تأخیر: یک توالی آتش منطقی و زمان‌بندی تأخیر می‌تواند ارتعاش انفجار را کنترل کرده و شکست را بهبود بخشد. معمولاً ابتدا سوراخ‌های شکافی، سپس سوراخ‌های کمکی و در نهایت سوراخ‌های محیطی ایجاد می‌شوند. زمان‌های تأخیر باید زمان‌های شکست و پرتاب سنگ و همچنین کاهش ارتعاش را در نظر بگیرند. به عنوان مثال، تأخیر بین سوراخ‌های شکافی و سوراخ‌های کمکی می‌تواند 25 تا 50 میلی‌ثانیه و تأخیر بین سوراخ‌های کمکی و محیطی 50 تا 100 میلی‌ثانیه باشد. شبیه‌سازی عددی و آزمایش‌های میدانی می‌توانند برای بهینه‌سازی زمان‌های تأخیر به منظور بهبود خردایش و کاهش ارتعاش استفاده شوند.
انتخاب مواد و تجهیزات انفجاری انتخاب مواد منفجره: نوع ماده منفجره مناسب برای شرایط معدن را انتخاب کنید. برای حفاری زیرزمینی، مواد منفجره با ایمنی خوب و قدرت متوسط - مانند مواد منفجره امولسیونی - معمولاً استفاده می‌شوند. مواد منفجره امولسیونی مقاومت خوبی در برابر آب و عملکرد پایدار دارند و آنها را برای اکثر عملیات انفجاری زیرزمینی مناسب می‌کنند. در معادن زغال سنگ مستعد گاز، فقط مواد منفجره تأیید شده برای استفاده در معدن باید مطابق با مقررات ایمنی استفاده شوند.
انتخاب چاشنی و چاشنی: دستگاه‌های چاشنی رایج شامل چاشنی‌های الکتریکی و چاشنی‌های لوله شوک (غیر الکتریکی) هستند. چاشنی‌های الکتریکی ساده و قابل اعتماد هستند اما در محیط‌هایی با جریان‌های سرگردان می‌توانند خطرناک باشند. چاشنی‌های لوله شوک در برابر جریان‌های ساکن و سرگردان مقاوم هستند و به طور گسترده در انفجارهای زیرزمینی استفاده می‌شوند. در محیط‌های انفجار پیچیده، می‌توان از چاشنی‌های الکترونیکی استفاده کرد. آنها امکان کنترل دقیق زمان‌بندی را فراهم می‌کنند و اثربخشی و ایمنی انفجار را بهبود می‌بخشند.
پیش‌بینی و ارزیابی اثر انفجار پیش‌بینی شبیه‌سازی عددی: از نرم‌افزار شبیه‌سازی عددی (مثلاً انسیس/ال اس-دینا) برای ساخت یک مدل عددی از انفجار رانشی استفاده کنید. با وارد کردن پارامترهای مکانیکی سنگ، چیدمان چال و پارامترهای انفجار، شکستگی سنگ، پرتاب و ارتعاش را در حین انفجار شبیه‌سازی کنید. به عنوان مثال، شبیه‌سازی‌ها می‌توانند اثرات روش‌های مختلف شکافت و پارامترهای انفجار را بر نتایج حفاری ارزیابی کرده و مبنایی برای بهینه‌سازی طراحی فراهم کنند.
ارزیابی آزمایش میدانی: قبل از حفاری در مقیاس کامل، آزمایش‌های میدانی در مقیاس کوچک انجام دهید. اثربخشی انفجار را با مشاهده خرد شدن سنگ، تشکیل پروفیل رانش و اندازه‌گیری ارتعاش انفجار ارزیابی کنید. طرح را بر اساس نتایج آزمایش تنظیم و بهینه کنید تا عملکرد رضایت‌بخش در ساخت و سازهای بزرگ تضمین شود.
اقدامات ایمنی تعیین فواصل ایمنی: فواصل ایمنی انفجار را بر اساس مقدار مواد منفجره و خواص سنگ تعیین کنید. مناطق ممنوعه را در فاصله ایمنی علامت گذاری و ایمن کنید تا از دسترسی غیرمجاز جلوگیری شود. برای انفجار رانشی زیرزمینی، فواصل ایمنی معمولاً در محدوده ۱۰۰ تا ۳۰۰ متر هستند و مقادیر خاص به صورت موردی محاسبه می‌شوند.
تهویه و کنترل گرد و غبار: انفجار گازها و گرد و غباری تولید می‌کند که باید به سرعت حذف شوند. از فن‌های تهویه موضعی، کانال‌ها و سایر تجهیزات تهویه استفاده کنید تا کیفیت هوا مطابق با استانداردهای ایمنی باشد. علاوه بر این، از اسپری آب و مه پاش برای کاهش مواجهه کارگران با گرد و غبار استفاده کنید.
کنترل ارتعاش انفجار: با بهینه‌سازی پارامترهای انفجار - کنترل اندازه خرج و استفاده از توالی‌ها و تأخیرهای مناسب برای شلیک - می‌توان اثرات ارتعاش انفجار بر سنگ‌ها و سازه‌های اطراف را کاهش داد. در مناطق حساس به ارتعاش، پیش شکافتن، انفجار نرم و سایر تکنیک‌های کنترل‌شده می‌توانند ارتعاش را بیشتر محدود کنند.
نتیجه‌گیری طراحی یک طرح انفجار سنگ برای حفاری رانشی معادن زیرزمینی یک کار پیچیده و سیستماتیک است که نیاز به در نظر گرفتن شرایط زمین‌شناسی، الزامات مهندسی، مواد انفجاری و اقدامات ایمنی دارد. از طریق چیدمان منطقی چال، طراحی دقیق پارامترهای انفجار، انتخاب مناسب مواد منفجره و سیستم‌های آغازگر و رویه‌های ایمنی دقیق، می‌توان به حفاری رانشی کارآمد، ایمن و اقتصادی دست یافت. شبیه‌سازی عددی و آزمایش‌های میدانی باید برای پیش‌بینی و ارزیابی عملکرد انفجار و بهینه‌سازی مداوم طرح‌ها برای برآورده کردن شرایط خاص معادن مختلف و بهبود بهره‌وری استخراج و بازده اقتصادی مورد استفاده قرار گیرند.
