Folosirea explozivilor pentru extragerea rocilor tari
Data: 1-15 aprilie 2009
Omenirea foloseste anual aproape 10 milioane tone de diverse sorturi de explozivi industriali pentru a extrage peste 30 miliarde tone de substante minerale si roci de tarie mare si foarte mare.
*
Exploatarea industriala a rocilor si substantelor minerale utile tari si foarte tari se executa astazi aproape exclusiv cu ajutorul explozivilor, recurgându-se la alte metode de extragere si detasare din masiv numai atunci când folosirea explozivilor cauzeaza fisurarea masivului si in felul acesta are loc degradarea rocii.
Extragerea rocilor tari cu ajutorul explozivilor isi are originea in inventarea si folosirea in scopuri utile a pulberii negre. In urma cu peste 150 de ani, când a fost introdusa perforarea mecanica a rocilor, extragerea acestora cu ajutorul explozivilor devine o metoda de lucru eficienta care s-a dezvoltat si perfectionat in mod continuu, paralel cu inventarea si punerea la punct a noi substante explozive si mijloace de amorsare.
In ultimii ani s-au inregistrat progrese semnificative in calitatea si performantele produselor de impuscare intrebuintate, in dezvoltarea tehnologiilor de impuscare, precum si in ceea ce priveste rezultatele obtinute in urma efectuarii impuscarilor la suprafata sau in subteran. Au fost atinse performante deosebite in fabricarea explozivilor si a mijloacelor de amorsare, ceea ce a dus la asigurarea realizarii exploziilor secventiale si la controlul atent al energiilor eliberate la declansarea exploziilor.
Principalii pasi necesari de parcurs in ingineria impuscarilor constau in planificarea si proiectarea impuscarii, realizarea efectiva a acesteia pe teren si in final analiza la frontul de lucru a rezultatelor obtinute.
Planificarea si proiectarea impuscarii reprezinta o etapa deosebit de importanta, in cadrul careia prezentarea si descrierea masivului de roci precum si a caracteristicilor fizico-mecanice ale rocilor din front si a frontului de lucru in ansamblu sunt elemente de baza care trebuie luate in considerare.
Este o necesitate fundamentala de a cunoaste bine masivul de roci care vor fi extrase cu ajutorul explozivilor pentru a gasi cea mai buna varianta de cuplare roca-exploziv sau exploziv-roca.
Distributia explozivului in masiv si nivelul energetic al exploziilor trebuie sa corespunda cu conditiile geologice ale masivului si cu caracteristicile fizico-mecanice ale rocilor.
Initierea si timpii de intârziere intre declansarea exploziilor diferitelor incarcaturi, trebuie sa fie compatibile cu masa rocii si cu incarcaturile de explozivi intrebuintate.
O corecta proiectare a impuscarii necesita informatii detaliate asupra proprietatilor si comportamentului explozivilor, a secventelor temporale ale impuscarii si a caracteristicilor si comportarii rocilor la impuscare.
Exista si dispunem de multe date despre primele doua aspecte. Din pacate informatiile despre caracteristicile rocilor sunt de multe ori incredibil de sarace. Acest lucru se datoreaza faptului ca intr-o serie de cariere si mine, proprietatile masivului de roca si ale rocilor luate individual se modifica nu numai intre treptele adiacente sau fronturile de lucru, ci si intre gaurile de mina sau de sonda apropiate (vezi fig. 1).
In mod evident, o solutie ar putea fi aceea a realizarii unor analize ale caracteristicilor rocilor in fiecare gaura de mina sau de sonda executata in masiv. Astazi nu se face acest lucru, dar se spera ca intr-un viitor apropiat aceste analize vor deveni determinari de rutina in cadrul programului de foraj. Exista deja producatori de instalatii de forat care pun la dispozitia industriei foreze care culeg, stocheaza si transmit o serie de informatii cum ar fi: viteza de foraj, efortul de torsiune, efortul de impingere, deviatia gaurii de sonda etc.
Realizarea forajelor de productie constituie o operatie dificila si costisitoare. Datele culese in timpul forarii duc la o crestere relativ mica a costurilor, in schimb asigura: modificarea retelei de amplasare a gaurilor, daca roca o impune, modificarea adâncimii sau lungimii gaurii in functie de taria si continuitatea sau discontinuitatea formatiunii care se impusca si calculul cantitatii de exploziv pentru fiecare gaura in functie de roca de dislocat (fig. 2).
In viitor, pentru caracterizarea exacta a masivului, instalatiile de forat vor fi prevazute atât cu senzori mecanici cât si geofizici. Acestia vor furniza informatii despre masa de roca in timp util. In mod deosebit vor permite evaluarea unor parametri, cum ar fi: rezistenta rocilor, localizarea si orientarea discontinuitatilor din masiv, afluxul de apa, limitele zonelor mineralizate si variatia continutului componentilor utili, prezenta si natura intercalatiilor sterile in corpurile mineralizate etc. Toate aceste informatii vor fi utilizate ca intrari imediate intr-un model matematic al impuscarii ce va permite modificarea retelei de amplasare a gaurilor in fronturile de lucru. De asemenea, datele culese vor permite inginerului sa calculeze incarcatura de exploziv pentru fiecare gaura individual si sa se recalculeze secventele temporale ale impuscarii, astfel incât sa se ajunga la optimizarea procesului de impuscare si mai departe sa se ajunga pâna la urma la optimizarea procesului de lucru in ansamblu. Ca urmare se va realiza o amplasare judicioasa a gaurilor in fronturile de lucru in functie de caracteristicile rocilor, incarcarea corespunzatoare a acestora cu explozivi, efectul maxim si controlul sigur al detonatiei asupra masivului.
Rezultatul unei impuscari depinde in mare parte de calitatea gaurilor executate, deci de tipul si caracteristicile instalatiilor destinate a realiza gauri pentru a fi incarcate cu explozivi.
Astazi in marea majoritate a cazurilor gaurile de mina sau de sonda, in cariere sau subteran, se realizeaza cu instalatii de perforat, respectiv forat, care lucreaza dupa sistemul rotativ sau roto-percutant (fig. 3).
Cercetarea si urmarirea calitatii activitatii de forare trebuie sa ramâna un obiectiv prioritar al personalului tehnic de conducere si control din mina sau cariera, pentru care este necesar sa cunoasca exigentele in domeniu si sa le urmareasca realizate pe santier in mod continuu.
In plan economic trebuie retinut faptul ca forarea este destul de scumpa si reprezinta aproximativ o treime din costul extragerii cu explozivi.
In legatura cu materialele folosite, trebuie aratat ca distingem doua categorii de produse utilizate pentru realizarea lucrarilor de derocare cu ajutorul explozivilor, si anume: explozivi si mijloacele de amorsare.
Explozivii furnizeaza energia pentru ruperea rocilor. Aici putem nominaliza dinamitele si explozivii pe baza de azotat de amoniu care constau din amestecuri simple de tipul azotat de amoniu plus motorina, geluri explozive si explozivi sub forma de emulsii.
De obicei se utilizeaza explozivi care asigura simplitate si siguranta in folosire, afectarea minima a mediului inconjurator, ruperea exacta a frontului de lucru si costuri minime.
Produsele de amorsare au rolul de a initia detonatia incarcaturilor de explozivi si de a controla modul de eliberare a energiei explozive in decursul timpului: capse detonante pirotehnice, capse detonante electrice, capse electronice, sisteme nonelectrice, incarcaturi de initiere, fitile etc.
Aceste doua categorii de produse, dupa o lunga perioada de stagnare, cunosc de câtva timp o evolutie foarte rapida. Dupa preocuparile si realizarile obtinute pâna in prezent in domeniu, se poate afirma ca in cel mai scurt timp se va ajunge la perfectionarea si diversificarea sorturilor de explozivi cu putere detonanta marita, cu pret redus si siguranta maxima la transport si manipulare.
Initierea exploziilor se va realiza cu precizie absoluta, intrucât in prezent dispunem de material adecvat acestui scop. Capsele electronice usureaza controlul secvential al detonarii, care este un parametru critic cu efect direct asupra performantelor impuscarii.
Tehnicile de lucru cu ajutorul explozivilor aplicate in cariere sunt cu totul si cu totul diferite fata de cele folosite in subteran. Pentru prezentarea, discutarea si folosirea tehnicilor de lucru cu explozivi trebuie cunoscute: mecanismul de rupere a rocilor prin explozie; scheme de amplasare a gaurilor in fronturile de lucru; calculul parametrilor gaurilor, a incarcarii si concentrarii explozivului in gaurile din front; modalitati de amorsare care sa permita initierea detonatiei si desfasurarea acesteia in timp, cu intârzieri precise intre gauri si grupuri de gauri etc.
Dispunerea gaurilor in rânduri si a acestora in zona de impuscare are o importanta vitala, intrucât prin impuscare trebuie sa se evite: o fragmentare inadecvata a masivului; o distributie slaba si necorespunzatoare in masiv a energiei exploziei; aruncarea la o mare distanta fata de front a rocilor impuscate; fisurarea avansata a masivului din spatele frontului etc. (fig.4).
Incarcarea gaurilor cu explozivi trebuie sa se faca mecanizat si cât mai ingrijit posibil.
Este important sa se noteze ca un plan de impuscare preconizat nu va fi aplicat de o maniera rigida si definitiva: daca este cazul, el trebuie modificat pentru ca sa se apropie cât mai mult posibil de rezultatele preconizate sau dorite.
In domeniul constructiilor rutiere si al cailor ferate, unde fiecare debleu ce se extrage prin impuscare nu reprezinta totdeauna un volum foarte important, trebuie urmarite cu atentie rezultatele primelor impuscari si actionat cu rapiditate daca se impun modificari in schema de impuscare si in sistemul de lucru.
Tehnica impuscarii cunoaste astazi noi domenii de aplicabilitate, printre care mentionam: demolarea constructiilor civile si industriale; adâncirea si largirea senalelor navigabile; scoaterea cioatelor si radacinilor arborilor, distrugerea ghetii etc.
Din categoria lucrarilor mai sus mentionate sunt de reliefat in mod special lucrarile de demolare, care in etapa actuala de modernizare si extindere a vechilor capacitati productive, precum si de urbanizare a localitatilor, ocupa o pondere din ce in ce mai mare (fig. 5).
In principiu, in functie de necesitati, trebuie demolate partial sau in intregime constructii civile sau industriale, iar in unele cazuri trebuie distruse numai anumite elemente constructive din zidarie, beton sau beton armat.
Datorita consumului redus de timp si forta de munca, precum si cheltuielilor reduse, demolarea si largirea senalelor navigabile prin lucrari de impuscare au devenit cele mai competitive metode de lucru, asigurând in acelasi timp si un grad ridicat de securitate.
Introducerea tehnicii impuscarii in aceste domenii a devenit in ultimul timp tot mai des aplicata si in acelasi timp tot mai complicata. Desimea constructiilor si apararea lor impotriva fragmentelor rezultate de la impuscare, mentinerea in functiune a proceselor de productie, mentinerea deschisa a circulatiei imediat dupa impuscare, protejarea seismica a obiectivelor invecinate sunt doar câteva exemple de probleme si situatii ce se pun si se cer a fi rezolvate in domeniul impuscarilor speciale.
Incarcatura necesara pentru impuscarea anumitor parti constructive este dependenta de tipul explozivului utilizat, de materialul ce se impusca, de felul constructiei care trebuie demolata si de geometria plasarii gaurilor. Eficacitatea impuscarii este la rândul ei dependenta de raportul dintre parametrii geometrici: anticipanta, distanta intre gaurile aceluiasi rând, raportul dintre distanta dintre gaurile aceluiasi rând si distanta dintre rândurile de gauri, numarul si marimea incarcaturilor explozive, precum si de felul burajului si al initierii.
Urmarirea si controlul lucrarilor constituie pentru cadrele tehnice o sarcina la fel de importanta ca si intocmirea monografiilor de impuscare.
Evaluarea rezultatelor impuscarilor se face astazi prin filmari rapide, care permit inregistrarea modului de rupere si de aruncare a rocilor de la front; zonele slabe din masiv de unde rocile sunt proiectate la distante foarte mari datorita suflului exploziei si in faza finala asezarea materialului sub forma de gramada in fata frontului (fig. 6).
Fotoanaliza este una din cele mai recente metode, prin care imaginile fotografice ale rocilor impuscate sunt analizate pe calculator prin tehnici de procesare a imaginilor.
Filmarile si fotografiile pot fi utilizate pentru evaluarea rezultatelor exploziilor si pentru compararea exploziilor intre ele.
Evaluarea generala a rezultatelor impuscarii poate fi facuta si prin monitorizarea performantelor incarcarii, transportului si sfarâmarii mecanice a rocilor extrase.
(Continuare in numarul viitor)