Projeto de projeto de escavação de deriva em mina subterrânea com detonação de rochas
Introdução O projeto de detonação de rochas para escavação de galerias subterrâneas em minas é uma parte crítica do processo de mineração. A razoabilidade do projeto afeta diretamente a eficiência da escavação, o custo, a segurança e o impacto na rocha circundante. Um plano otimizado de detonação de rochas pode aumentar as taxas de avanço, controlar a vibração da detonação, proteger a estabilidade da rocha circundante e criar condições favoráveis para a mineração subsequente. Este artigo, baseado em diversas referências, descreve os principais elementos e métodos práticos para o projeto de detonação de rochas para escavação de galerias subterrâneas.
Preparativos Preliminares para o Projeto de Desmonte Análise das Condições Geológicas: Obtenha uma compreensão detalhada da geologia da mina, incluindo tipos de rochas, dureza e distribuição de juntas e fraturas. Por exemplo, juntas e fraturas podem influenciar a propagação de ondas de tensão e a quebra da rocha. Informações geológicas precisas devem ser coletadas por meio de levantamentos de campo, dados de sondagens e investigação geofísica. Diferentes tipos de rochas e durezas exigem diferentes parâmetros de detonação; rochas duras normalmente requerem cargas mais elevadas e layouts de perfuração adequados.
Defina os requisitos de engenharia: Esclareça as dimensões do galeria, o formato da seção transversal e a direção da escavação. Por exemplo, galerias circulares e retangulares exigem projetos de detonação diferentes; cantos em galerias retangulares podem exigir arranjos especiais de furos para controlar o perfil. Considere as velocidades de avanço necessárias — uma escavação mais rápida pode exigir técnicas de detonação e combinações de parâmetros mais eficientes.
Projeto de layout de furo de explosão Projeto de furo de fenda:
Escolha do método de abertura de ranhuras: Os métodos comuns de abertura de ranhuras incluem abertura de ranhuras em forma de cunha e abertura de ranhuras em furos retos. A abertura de ranhuras em forma de cunha é adequada para rochas médias a macias: ranhuras em ângulo criam uma face livre em forma de cunha para posterior detonação. A abertura de ranhuras em furos retos é usada para rochas duras, onde furos vazios paralelos criam uma face livre e um espaço de compensação, enquanto furos carregados circundantes realizam a quebra. Técnicas inovadoras de abertura de ranhuras, como abertura de ranhuras em cavidades e detonação por ejeção de fragmentos (CCFT), têm sido estudadas e aplicadas; por exemplo, um projeto de abertura de ranhuras paralelas com furos de lançamento duplo (P-DFH) reforça as cargas de fundo e produz uma detonação em dois estágios que forma uma cavidade de ranhura mais completa, superando as limitações da perfuração densa tradicional.
Determinação dos parâmetros da perfuração: especifique a profundidade, o espaçamento e o ângulo da perfuração. A profundidade da perfuração é normalmente 15% a 20% maior do que a de outros furos de detonação para garantir uma perfuração eficaz. Para rochas de dureza média, os ângulos das ranhuras em forma de cunha podem ser de 60° a 75°, com espaçamento de 0,5 a 1,0 m, dependendo das propriedades da rocha. Para perfuração de furos retos, o espaçamento entre furos vazios e furos carregados é geralmente de 0,2 a 0,5 m.
Furos auxiliares (de alívio): Posicionados entre os furos de ranhura e os furos perimetrais para aumentar o volume do furo e criar uma superfície livre melhor para as cargas perimetrais. O espaçamento entre os furos auxiliares é geralmente um pouco maior do que o dos furos perimetrais, e as cargas explosivas podem ser relativamente maiores. Para rochas semiduras, o espaçamento entre os furos auxiliares pode ser de 0,6 a 0,8 m, com as quantidades de carga ajustadas às características da rocha.
Furos perimetrais (de contorno): Utilizados para controlar o perfil do furo e garantir que a seção transversal atenda às dimensões de projeto. O espaçamento dos furos perimetrais e a quantidade de carga são essenciais para o controle do perfil. Simulações numéricas e testes de campo indicam que, sob certas condições — por exemplo, em furos profundos da mina de fosfato de Kaiyang — um espaçamento de furo perimetral S = 0,70 m, densidade de carga linear β = 0,9 kg/m e um coeficiente de desacoplamento ζ = 2,5 produziram bons resultados de detonação de contorno com sobre-escavação/sub-escavação mínimas. O uso de compactação de areia em furos perimetrais reduz os danos à rocha circundante e melhora o aproveitamento da energia explosiva.
Cálculo da quantidade de carga para projeto de parâmetros de detonação: A quantidade de carga é um fator-chave que afeta o resultado da detonação e geralmente é determinada pelas propriedades da rocha, diâmetro do furo, profundidade do furo e espaçamento dos furos. Fórmulas empíricas comuns incluem a fórmula do volume e a fórmula do consumo por unidade. Por exemplo, a fórmula do volume Q = qV, onde Q é a carga, q é o consumo de explosivo por unidade de volume de rocha e V é o volume de rocha a ser detonada. O consumo unitário q depende da resistência da rocha e geralmente está na faixa de 0,3 a 1,5 kg/m³.
Sequência de disparo e tempos de atraso: Uma sequência de disparo racional e tempos de atraso podem controlar a vibração da detonação e melhorar a quebra. Normalmente, os furos de ranhura são disparados primeiro, depois os furos auxiliares e, por fim, os furos de perímetro. Os tempos de atraso devem considerar a quebra da rocha e os tempos de lançamento, bem como a redução da vibração. Por exemplo, os atrasos entre furos de ranhura e furos auxiliares podem ser de 25 a 50 ms, e os atrasos entre furos auxiliares e de perímetro, de 50 a 100 ms. Simulações numéricas e testes de campo podem ser usados para otimizar os tempos de atraso, melhorando a fragmentação e reduzindo a vibração.
Seleção de Materiais e Equipamentos de Detonação: Escolha um tipo de explosivo adequado às condições da mina. Para escavações subterrâneas, são comumente utilizados explosivos com boa segurança e potência moderada, como explosivos de emulsão. Os explosivos de emulsão apresentam boa resistência à água e desempenho estável, tornando-os adequados para a maioria das operações de detonação subterrânea. Em minas de carvão propensas a gás, somente explosivos aprovados para uso em minas devem ser utilizados de acordo com as normas de segurança.
Iniciação e seleção do detonador: Dispositivos de iniciação comuns incluem detonadores elétricos e detonadores de tubo de choque (não elétricos). Detonadores elétricos são simples e confiáveis de operar, mas podem ser perigosos em ambientes com correntes parasitas. Detonadores de tubo de choque são resistentes a correntes estáticas e parasitas e são amplamente utilizados em detonações subterrâneas. Em ambientes de detonação complexos, detonadores eletrônicos podem ser usados; eles permitem um controle preciso do tempo, melhorando a eficácia e a segurança da detonação.
Previsão e Avaliação do Efeito de Detonação Previsão por simulação numérica: Utilize software de simulação numérica (p. ex., ANSYS/LS-DYNA) para construir um modelo numérico de detonação por deriva. Ao inserir parâmetros mecânicos da rocha, layout do furo e parâmetros de detonação, simule a quebra, o lançamento e a vibração da rocha durante a detonação. Por exemplo, as simulações podem avaliar os efeitos de diferentes métodos de abertura de ranhuras e parâmetros de detonação nos resultados da escavação e fornecer uma base para otimizar o projeto.
Avaliação de ensaios de campo: Realize ensaios de campo em pequena escala antes da escavação em larga escala. Avalie a eficácia da detonação observando a fragmentação da rocha, a formação do perfil de deriva e medindo a vibração da detonação. Ajuste e otimize o projeto com base nos resultados dos ensaios para garantir um desempenho satisfatório em construções de grande porte.
Medidas de Segurança: Determinação das distâncias de segurança: Estabelecer distâncias de segurança para detonação com base na quantidade de explosivos e nas propriedades da rocha. Marcar e proteger zonas de exclusão dentro da distância de segurança para impedir o acesso não autorizado. Para detonação subterrânea, as distâncias de segurança geralmente variam de 100 a 300 m, com valores específicos calculados caso a caso.
Ventilação e controle de poeira: O jateamento gera gases e poeira que devem ser removidos imediatamente. Use ventiladores, dutos e outros equipamentos de ventilação localizados para garantir que a qualidade do ar atenda aos padrões de segurança. Além disso, aplique jatos de água e nebulização para reduzir a exposição dos trabalhadores à poeira.
Controle de vibração de detonação: reduza os impactos da vibração de detonação em rochas e estruturas circundantes, otimizando os parâmetros de detonação — controlando o tamanho da carga e utilizando sequências de disparo e atrasos adequados. Em áreas sensíveis à vibração, pré-divisão, detonação suave e outras técnicas controladas podem limitar ainda mais a vibração.
Conclusão: Projetar um plano de detonação de rochas para escavação de galerias subterrâneas é uma tarefa complexa e sistemática que exige a consideração de condições geológicas, requisitos de engenharia, materiais de detonação e medidas de segurança. Por meio do layout racional da perfuração, projeto preciso dos parâmetros de detonação, seleção adequada de explosivos e sistemas de iniciação, além de procedimentos de segurança rigorosos, é possível alcançar uma escavação de galerias eficiente, segura e econômica. Simulações numéricas e ensaios de campo devem ser utilizados para prever e avaliar o desempenho da detonação e otimizar continuamente os projetos para atender às condições específicas de diferentes minas e melhorar a eficiência da mineração e o retorno econômico.
