SUPERVISOR
راحب باقرپور (استاد راهنما) تودشکی حسین (استاد مشاور)
STUDENT
Amir Khademian
امیر خادمیان
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده معدن
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390
TITLE
Influence of explosive type on blasting induced microcracking and fragments grindability
Operations chain of mineral supply in a mine starts with blasting in most cases. Therefore, blasting optimization is a prerequisite for optimization of the whole mining complex. Blasting operation is mainly carried out for breaking rock masses into small fragments. There are two important results in operational blasting. The first is the rock fragmentation and the size distribution of fragments which is referred as the seen result of blasting. The second result is related to the inner damage exerted on the fragments which is known as the unseen effect of blasting. In fact, blasting can reduce the rock fragments strength by generating microcracks inside them. This reduction in strength, facilitates the crushing and grinding of the materials and in other words prepares the materials further for the comminution processes. This phenomenon is known as the conditioning or preconditioning effect of blasting. In mining projects, it is desired to reduce the strength of fragments as much as possible by changing the blasting design. Changing the explosive type is one of the possible blasting design changing options. It is assumed that proper selection of explosives may conduct the microcrack generation and strength reduction processes in the desired direction. In other words, to use an explosive which can reduce the strength as much as possible. The objective of this study is to characterize and compare the performance of different types of explosive in generating microcracks in rock fragments and reducing their strength, as well as the subsequent influences on the behavior of fragments in comminution processes. In order to implement this study, first 10 homogenous granite blocks were provided from a quarry. Then, three types of explosives, namely ANFO, emulite and pentolite, which have totally different detonation velocities, were selected for blasting. Applying each explosive, 3 granite blocks have been blasted in a blast chamber with the same blasting parameters and one block was kept unblasted. After each blast, the resulting rock fragments have been collected and their size distribution were assessed by sieve analysis. In the next step, some rock fragments from each batch were prepared and their strengths were determined by point load index and P-wave velocity experiments. Then, by preparing several thin sections of each blast, microcrack network of rock fragments has been studied in two separate stages. In the first stage, the microcrack density of rock fragments were quantified by fluorescent microscopic examinations. In the next stage, the number of each type of microcrack (intragranular, boundary and intergranular) were determined by polarized light microscopy. As the next phase of the study, the performance of fragments were examined in comminution processes. For this purpose, by preparing the same size distribution from each blast, the crushing experiments were performed on a representative sample of each blast and the performance of each batch of fragments in crushing operation was examined. The ball mill Bond work index of each sample was determined by conducting separate standard experiments. Then, by feeding the same size distribution of each batch to a ball mill, the milling throughput for each sample was studied, as well. The results showed that rock fragments strength is totally influenced by explosive types, so that blasting with pentolite causes a 16.5 % reduction in rock strength. Besides, it was found that the rock fragments strength is highly correlated with explosives detonation velocity (VOD). Furthermore, microcracks studies results showed that different types of explosive have dissimilar influences on rock microcrack network, so that the use of pentolite instead of ANFO increases the microcracks density more than 300%. It also was found that microcracks density is correlated with explosives’ VOD. Comminution studies concluded that the blasting process can reduce the Bond work index of fragments as much as 18% and enhances their crushability by 9.5%. Moreover, using different explosives brought about sensible changes in results, so that substituting ANFO with pentolite or emulite decreased the Bond index by 9.2% and 6.7% respectively, and increased the crushability index by 6.3% and 4.9% respectively. Besides, all results indicated that any increase in velocity of detonation (VOD) is followed by reduction of Bond work index and increase of crushability and milling throughput. Also some analysis regarding to energy consumption showed that alteration of fragments performance in comminution circuits can bring some saving benefits in total mining energy consumption as much as 4.5, 6.4 and 7.1 percent, in case of using ANFO, emulite and pentolite.
در زنجیره عملیات تأمین مواد معدنی در یک معدن، آتشباری یکی از حلقههای اولیه محسوب میشود. در نتیجه بهینه سازی آتشباری لازمه بهینهسازی اقتصاد مجموعه معدنی است. آتشباری تودههای سنگی علاوه بر خرد کردن سنگ (نتیجه ملموس آتشباری)، سبب کاهش مقاومت داخلی قطعات سنگی حاصل از آتشباری (نتیجه ناملموس آتشباری) نیز میشود. این کاهش مقاومت معلول ایجاد ریزترکها در بدنه قطعات سنگی در حین عملیات آتشباری است. هر چه این ریزترکها بیشتر ایجاد شوند، مقاومت قطعات سنگی نیز بیشتر کاهش خواهد یافت. در پروژههای معدنی، کاهش مقاومت قطعات سنگی سبب کاهش مصرف انرژی و هزینههای متناظر آن در فرآیندهای پاییندستی مانند سنگشکنی و آسیا میشود. این پدیده با عنوان پیشآمادهسازی ناشی از آتشباری شناخته میشود. در نتیجه حالت مطلوب در پروژههای معدنی آن است که آتشباری تا حد ممکن مقاومت قطعات سنگی را بیشتر کاهش دهد. با انتخاب درست ماده منفجره میتوان فرآیند ایجاد ریزترکها و کاهش مقاومت قطعات سنگی را در جهت دلخواه کنترل کرد. به عبارت دیگر، میتوان مواد منفجرهای را به کار گرفت که مقاومت قطعات سنگی را تا حد ممکن کاهش دهد. هدف این رساله آن است که با مطالعه بر روی مواد منفجره موجود، عملکرد آنها را از جهت قابلیت ایجاد ریزترکها در سنگ و همچنین کاهش مقاومت قطعات سنگی بررسی و مقایسه کرده و سپس تأثیر این کاهش مقاومت را بر فرآیندهای پاییندستی معدنی مخصوصا خردایش مکانیکی مورد ارزیابی قرار دهد. به منظور اجرای این مطالعه 10 بلوک سنگی گرانیتی از یک محدوده زمینشناسی یکسان انتخاب شدند و عملیات آتشباری بر روی آنها تحت شرایط یکسان با سه ماده منفجره آنفو، امولایت و پنتولیت در داخل یک اتاقک آتشباری صورت گرفت. سپس تمامی قطعات سنگی حاصل از آتشباری جمعآوری شدند و توزیع دانهبندی آنها از طریق تحلیل سرندی تعیین شد. به منظور تعیین مقاومت باقیمانده قطعات سنگی، آزمایشهای اندیس بارنقطهای و سرعت امواج P بر روی بخشی از قطعات سنگی هر آتشباری صورت گرفت. مطالعات شبکه ریزترک قطعات سنگی نیز در دو فاز جداگانه صورت گرفت. در فاز اول، با مطالعات میکروسکوپیک فلورسنت بر روی مقاطع نازک فلورسنت، چگالی ریزترک قطعات سنگی هر آتشباری بدست آمد. در فاز دوم نیز با مطالعات میکروسکوپیک مرئی و شمارش دستی، تعداد انواع ریزترک به تفکیک تعیین گردید. در مرحله بعدی مطالعات، عملکرد قطعات سنگی در مدارهای خردایش مکانیکی مورد ارزیابی قرار گرفت. به این منظور آزمایشهای جداگانه سنگشکنی و آسیا بر روی همه نمونهها انجام شد و پارامترهایی مانند اندیس سنگشکنی، شاخص کار باند و خروجی آسیا برای همه نمونهها اندازهگیری شد. نتایج مطالعات نشان دادند که مقاومت قطعات سنگی کاملا متأثر از نوع مواد منفجره هستند به طوری که آتشباری با پنتولیت مقاومت سنگ را تا 16.5 % کاهش داده است. علاوه بر این مشخص شد که مقاومت قطعات سنگی همبستگی بالایی با سرعت ماده منفجره دارد. همچنین، نتایج مطالعات ریزترکها نشان دادند که انواع مواد منفجره تأثیرات متفاوتی بر شبکه ریزترکهای سنگ دارند. به طوری که استفاده از پنتولیت به جای آنفو چگالی ترکها را تا 300 % افزایش میدهد. علاوه بر این، چگالی ریزترکها همبستگی بالایی با سرعت انفجار ماده منفجره دارد. همچنین نتایج مطالعات در بخش خردایش نشان دادند که عملیات آتشباری به طور متوسط 18 % اندیس باند را کاهش میدهد و قابلیت سنگ شکنی مواد را نیز به طور متوسط 9.5 % بهبود میدهد. علاوه بر این تغییر نوع ماده منفجره نیز تغییرات محسوسی را به دنبال داشته است به طوری که جایگزینی پنتولیت یا امولایت به جای آنفو در یک آتشباری میتواند اندیس باند را به ترتیب 9.2 و 6.7 درصد کاهش داده و اندیس سنگشکنی را نیز به ترتیب 6.3 و 4.9 درصد افزایش دهد. همچنین، همه آزمایشها نشان دادند که با افزایش سرعت انفجار مواد منفجره، چگالی ریزترک قطعات سنگی افزایش ، اندیس باند آنها کاهش و قابلیت سنگشکنی و خروجی آسیا افزایش مییابد. تحلیلهای مربوط به مصرف انرژی نیز نشان دادند که تأثیرات تغییر عملکرد قطعات سنگی در مدارهای خردایش میتواند به گونهای باشد که استفاده از هریک از مواد منفجره آنفو، امولایت یا پنتولیت به ترتیب4.5، 6.4 و 7.1 درصد مزیت نسبی در کاهش مصرف انرژی کل معدنکاری ایجاد میکنند.