NO762410L - - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår utsprengning av stenpartier, og mer bestemt angår den anvendelsen av kratersprengningsteknikker (explosive cratering techniaues) ved undergrunnminering av

•harde bergmalmer.

Ved den konvensjonelle fremgangsmåte for utvinning

av malmkropper i gruver under jorden er det vanlig praksis å ut-grave malmen ved å sprenge ut suksessive seksjoner av malmkrdppen og å fjerne det utsprengte fragmenterte materiale fra gruvestedet for videre behandling. Ettersom malmen fjernes dannes underjordiske rom eller kammere som senere fylles med sand eller avfalls-sten og sement for å stabilisere de geologiske formasjoner. Søy-ler av malm eller sten etterlates også i kammerene for understøt-telse, hvilke søyler deretter fjernes og malmen utvinnes etter-hvert som tilbakefyllingen med sand skrider frem Denne fremgangsmåte ved gruvedrift kalles vanligvis "rom og søyle"-drift eller "strossebg søyle"-drift.

Anvendelse av denne konvensjonelle gruvedriftmetode nødvendiggjør gjentatt boring av et stort antall borehull med liten diameter i mønsterordhede grupper på forsiden av malmkroppen, fylling av sprengstoffladninger i hullene og deretter detonering av ladningene for å løsne-eller fraskille malm og sten. Den således brutte malm, som ofte er dårlig oppstykket eller fragmentert, blir deretter fjernet og bore- og sprengningsoperasjonene gjentatt. Ettersom boring og lading av borehullene enklere lar seg utføre i et horisontalt plan, faller de ved sprengningen fragmenterte malm-stykker ikke alltid fullstendig klar av den vertikale arbeidsflate og må fjernes på mekanisk vis. Dessuten er mønsterordnet boring og lading av sprengstoff i et stort antall borehull med liten diameter tidskrevende og kostbart, særlig der arbeidsflaten ligger noe høyere enn gulvet i rommet. For å skaffe adgang til alle deler av malmkroppen er det videre ofte nødvendig å lage sti- gesjakter, -åpninger og lignende, dvs. konstruksjoner som bidrar lité til rnalmproduksjonen.

En har nå funnet at store besparelser i tid og ar-. beidskraft og følgelig reduserte kostnader kan oppnås under fjerning av underjordiske malmpartier ved rom- og-søyle-drift ved å benytte kratersprengningsteknikker under anvendelse av sprengstoffladninger med sfærisk eller tilnærmet sfærisk form. Oppfinnelsen tilveiebringer således en fremgangsmåte ved gruvedrift hvor en malmkropp fraskilles og fragmenteres ved hjelp av en sprengstoffladning fra taket i et undergrunnsrom omfattende føl-gende trinn: a) frembringelse av ett eller flere borehull med .■stor diameter i malmkroppen, hvilke borehull strekker seg tilnærmet vertikalt på taket i malmkroppen over rommet, b) plasering av en sfærisk eller sfærisk virkende sprengstoffladning i hvert av borehullene i en dybde som gir optimal kratervirkning ved detonering av sprengstoffladningene, c) detonering av hver sprengstoffladning.for å frembringe et krater i malmkroppen, og d) fjerning fra kammeret av den fragmenterte malm som er fraskilt fra krateret.

Prinsippene for optimal kratersprengning er velkjent og er omfattende dokumentert. (Se f.eks. US patent nr. 3 735 704). Fortalt i korte trekk kan den maksimale eller optimale grad av kraterdannelse eller oppstykking av materiale ved hjelp av et sprengstoff oppnås ved å plasere og detonere en sprengstoffladning i et borehull under materialets overflate ved en foretruk-ket eller optimal posisjon bestemt ut fra kjennskap til egenska-pene ved både sprengstoffet og materialet som skal brytes. Den mest praktiske metode for- å bestemme den optimale posisjon til sprengstoffladningen samt for å forutsi kraterstørrelse og -geometri., er å benytte en empirisk skalaberegning ut fra prøvekrate-re som er dannet i samme eller lignende materiale.

Betydningen av formen på sprengstoffladningen ved sprengning er også velkjent. Den grunnleggende geometri og opp-brytingsprosess f.eks. for en sfærisk og en sylindrisk ladning er helt forskjellige, og følgelig vil også de oppnådde spreng-ningsresultater være forskjellige. Ved detonering av en sylindrisk ladning vil nesten all energien som frembringes av trykket i den utviklede gass virke i sideretningen, dvs. vinkelrett på borehullaksen, og bare en liten del av energien utnyttes ved de to endene av den sylindriske sprengstoffsøyle. Ved detonering av en sfærisk eller kuleformet ladning vil på den annen side den energi .som frembringes på grunn av de utviklede gasser rettes radielt utover fra ladningens midtpunkt i alle plan som løper gjennom dens midtpunkt, og med en ensartet, sfærisk divergerende virkning.

En har funnet at sålenge avviket fra sann sfærisk ladningsform (diameter = lengde) ikke er større enn et forhold på 1:6 for ladningens diameter i forhold til dens lengde, vil bryte-mekanismen og sprengningsresultatene være omtrent de samme som oppnås ved bruk av sanne sfæriske ladninger. Energifordelingsef-..fekten for ladningsform (sfærisk i forhold til sylindrisk) kan illustreres ved hjelp av resultatene fra et kraterformingsekspe-riment. I et forsøk ved to ladninger med 4,5 kg slurry-sprengstoff benyttet i vertikale borehull i sandsten. Ett hull var 11,4 cm i diameter, det andre bare 6,7 cm, men begge hull ble boret til samme dybde på 1,2 meter.

Resultatene er sammenfattet i tabellen nedenfor.

Som det fremgår av tabellen innvirket forskjellen i ladningsform på spenningsfordelingen. Således minsket energi-utnyttelsen og sandstenens oppførsel det kratervolum som ble ut-sprengt ved den sylindriske ladning i krater nr. 2, sammenlignet med den tilnærmet sfæriske eller sfærisk virkende ladning i krater nr . 1 .

Sfæriske ladninger har tidligere blitt anvendt for kraterutsprengning bare i retning oppover mot en horisontalt fri flate og har funnet visse anvendelser i overflate- og stenbrudd-sprengning. Avhengig hvor dypt ladningen er plasert kan resultatet bli et krater som består av tre nesten konsentriske soner. Disse soner har blitt benevnte som det synlige krater, det sanne krater, og bruddsonen.Bruddsonen kan igjen deles i den fullstendige og den ,ytre bruddsone. innenfor denne bruddsone har rna-, terialet blitt forskjøvet noe oppover og utover og stenen har flere brudd enn slik den foreligger i naturlig eller uforstyrret tilstand. Grenseflaten mellom bruddsonen og det uforstyrrede materiale på stedet er vanskelig å lokalisere fordi materialet i .bruddsonen kan ikke graves ut i de fleste tilfeller. Når en sfærisk ladning detoneres ved optimal dybde slik denne bestemmes ved prøvesprengninger for en gitt kombinasjon av bergart og sprengstoff, blir resultatet et positivt krater som benevnes "RETARC". Ved dannelse av et RETARC-krater foregår ingen avlufting av deto-neringsgasser ved overflaten. Det brutte materialet løftes opp og danner en halvkule, fremragende oppstykking oppnås, og et stort materialvolum vises pr. vektenhet av anvendt sprengstoff.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen drar man ved undergrunnsoperasjoner fordel av resultatene ved et positivt eller RETARC-krater ved å frembringe krateret i taket til gruvekam-meret og utnytte tyngdekraften for utgraving av det brutte materiale i krateret. Anvendelsen av fremgangsmåten driver den brutte malm mot gulvet i kammeret og fremskaffer et godt oppstykket materiale som faller helt bort fra malmkroppen og etterlater lite eller intet fasthengende materiale. Ettersom dessuten flere kratere samtidig kan utsprenges i et noe overlappende innbyrdes forhold kan malmkroppen frigjøres -i' et forutbestemt og nøyaktig mønster uten behovet for.hjelpeåpninger såsom stiges jakter eller lignende eller annet' forberedende arbeid.

Ved en typisk anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan en tunnel eller underskjæring ved hjelp av konvensjonelle midler drives fra en gruvesjakt i horisontal retning inn i en malmkropp slik at det dannes et forholdsvis lavt langt rom under deler av malmkroppen. En annen tunnel eller underkutt drives parallelt med og direkte over (eller under) den første tunnel slik at det dannes to overliggende rom eller kammere med lav profil på en øvre og nedre flate i malmkroppen. Disse lavere kam mere kan være innbyrdes adskilt med en avstand på 30 meter eller mer. Ett eller flere borehull bores gjennom malmkroppen fra det øvre kammer til det nedre kammer. Ved denne boring kan man dra fordel av det nylig utviklede "i hullet"-boreutstyr som er istand til å bore hull opp til 16,5 cm diameter ved undergrunnsarbeid. Alternativt kan borehullene bores oppover fra det nedre kammer, men dette er mindre hensiktsmessig enn boring nedover. Etter at boret er fjernet plugges bunnen i borehullet, deretter plaseres sfærisk virkende' sprengstoffladninger i ett eller i hvert borehull i en stilling nær den nedre kammerflate til malmkroppen. Den nøyaktige eller optimale plasering av ladningen bestemmes på grunn-lag av små ladningsprøver med samme sprengstoff detonert i forskjellige dybder i lignende malm. Etter at ladningen er plasert i ett eller flere av borehullene plaseres for-ladingsmateriale i borehullene over ladningen. Ved inisiering av sprengstoffladningen eller -ladningene, frembringes ett eller flere kratere i taket til det nedre kammer og materialet fra kraterets bruddsone samt fra spenningssonen i pipen over kraterets bruddsone faller bort og avsettes på gulvet i det nedre kammer hvorfra det lett kan fjernes med mekanisk utstyr.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse vil lettere forståes ved henvisning til tegningen, hvor: Fig. 1 i tverrsnitt viser de forskjellige bruddso-ner i et RETARC-krater som er sprengt ut i oppover-retningen og, Fig. 2 viser i tverrsnitt en typisk gruvedrift hvor deler av malmkroppen er fjernet ved hjelp av fremgangsmåten iføl-ge oppfinnelsen.

På figur 1 er vist en flate eller overflate av jord eller sten 1 med en sfærisk eller kuleformet sprengstoffladning 2 i en stilling som gir maksimal stenbrudd ved detonering. Etter detonering av kuleladningen 2 vises bruddsonene ved de forskjellige avmerkinger i figuren. Det positive krater (RETARC) og det sanne krater omfatter fullstendig oppsprukket og godt oppstykket materiale som lett kan utgraves* Den fullstendige bruddsone omfatter materiale som er oppdelt i stykker større enn stykkene i det sanne krater og noe vanskeligere å grave ut. Den ytre bruddsone omfatter materialer som er blitt noe forskjøvet og som har flere brudd enn i naturlig tilstand. Dette materiale, som holdes sammen av tyngdekraften og friksjonskrefter, er vanskelig å grave ut. Graden av oppsprekning og forstyrrelse av materialet i spen ningssonen avhenger av bergartens egenskaper og strukturmessige geologi.

Det fremgår at der hvor et krater som vist i fig. 1 er sprengt ut i retning nedover på den øvre flate eller taket i en gruveåpning, vil alt materialet i RETARC-krateret og i det san-

ne krater og i den fullstendige bruddsonen falle bort. Fordi materialet i den ytre bruddsonen ikke ugunstig påvirkes av friksjon og tyngdekraft vil dessuten stort sett hele denne del også fraskilles. Avhengig av bergarttype og geologi vil likeledes vari-erende mengder av materialet i spenningssonen eller pipeområdet også fraskilles. Denne fraskilling forsterkes av den avspennende virkning idet berget kommer til ro etter støtet fra detonasjons-_kreftene.

På fig. 2 er i tverrsnitt vist en gruvedrift med en trakt 3 fra hvilken fører en øvre horisontal tunnel eller skjæring 4 og en nedre skjæring 5 på to sider av en malmkropp 6. En rekke borehull 7 trenger gjennom malmkroppen 6 mellom skjæringene' 4 og 5. For klarhetens skyld er bare to borehull 7A og 7B vist i snitt. En sfærisk eller kuleformet sprengstoffladning 8 er vist i optimal stilling for å danne et RETARC-kråter i hvert av borehullene 7A og 7B, over skjæringen 5. Ladningene 8 er hensiktsmessig plasert ved å senkes fra den overliggende skjæring 4. Etter at for-lading er plasert detoneres ladningene 8 og malmpartiet som angitt ved 9 brytes opp og faller ned på gulvet i skjæringen 5 hvorfra det fjernes. Påfølgende kuleladninger 10 plaseres i

borehull 7A og 7B og detoneres for fraskilling av malmpartiet angitt ved 11. Malmpartiene 12, 13 og 14 fjernes suksessivt på

samme måte. En hylle av sten eller malm 15 etterlates for å gi en sikker arbeidsflate over det kammer som dannes ved fjerning av malmkroppen 6. Hele malmkroppen 6 kan likeldes fjernes på den beskrevne" måte .

Ved en virkelig anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i en gruve ble en søyle av høyverdig metallåre hensiktsmessig og økonomisk fjernet. Søylen var 50 meter lang, 5,5 m bred og 20 m høy med en fylling av sand/sement på begge sider. Etter utgraving av en underskjæring ved bunnen av søylen ble den ovenfor beskrevne fremgangsmåte benyttet for å fjerne søylen i horisontale blokkseksjoner som hver var omtrent 4 til 5 meter. Ypperlig oppstykking av malmmaterialet ble oppnådd uten å forstyr-re fyllmaterialet som var helt frilagt. Man oppnådde økonomiske besparelser både med hensyn til arbeidskraft, boretid og spreng-stof forbruk.

Det vil forståes at fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan benyttes for fordelaktig å minske eller eliminere boring av hull i oppoverretningen, stigesjaktboring og utsprengning forbundet med konvensjonelle gruvedriftmetoder. Dessuten kan man oppnå fordeler i form av bedre malmfragmentering, mindre blanding av malm og fyllmateriale og besparelser i arbeidskraft, tid og sprengstofforbruk.

En har også funnet at den ovenfor beskrevne fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen ikke er begrenset til bruk ved strosse-og-søyle-drift for utvinning av malmkropper. Fremgangsmåten kan anvendes for fragmentering og fraskilling av hvilket som helst mineral- eller stenmateriale ved utgraving av under-grunnshulrom eller -kammere, som f.eks. kan benyttes som lagrings-rom for olje, vann, avfall etc., tilfluktsrom, garasjer og lignende. Konvensjonelt er slike undergrunnsrom tilveiebragt ved hjelp av vanlig fjellsprengningsteknikk innebærende boring av et stort antall mønsterordnede borehull med liten diameter i overflaten eller taket i stenrommet, ladning av eksplosiver i hullene og detonering av ladningene for å fraskille stenen. En har nå funnet at besparelser i tid, arbeid og sprengstoffkostander kan oppnås ved å fremstille et slikt undergrunnsrom ved å anvende kratersprengningsteknikker under anvendelse av sfæriske eller tilnærmet sfæriske sprengstoffladninger. Det er således tilveiebragt en fremgangsmåte for utgravning hvorved et stort volum av mineral- eller stenmateriale fragmenteres eller fraskilles fra taket i et undergrunnsrom, hvilken fremgangsmåte omfatter følgende trinn: a) frembringelse av ett eller flere borehull med stor diameter i taket i et undergrunnsrom, hvilke borehull strekker seg tilnærmet vinkelrett på taket, b) plasering av en sfærisk eller sfærisk virkende sprengstoffladning i hvert av boréhullene i en slik stilling at

optimal kratereffekt oppnås ved detonering,

c) detonering av hver av de eksplosive ladninger for dannelse av et krater i sten- eller mineralmaterialet omfattende taket i kammeret, og d) fjerning fra kammeret av det fragmenterte sten-eller mineralmateriale som er fraskilt fra krateret.

Ved en typisk anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, f.eks. ved utgraving av sten under overflaten for anlegg av et oljelager-reservoar, frembringes en innledende sjakt eller tunnel ved hjelp av konvensjonelle fremgangsmåter for å nå frem til en valgt posisjon under jordens overflate.. Ved enden av sjakten kan et utvidet rom utvides ved igjen å anvende konvensjonelle gruvedriftmetoder. Når kammeret i enden av sjakten er til-strekkelig stort til å kunne oppta boreutstyr som kan bore borehull med stor diameter, bores ett eller flere store borehull i rommets tak. Dersom rommet ikke er for dypt under jordens overflate kan alternativt borehull med stor diameter bores nedover fra overflaten inntil de skjærer rommet. En sfærisk sprengstoffladning plaseres i hvert borehull i optimal posisjon for ved detone-_ring å frembringe et maksimalt krater i rommets tak. Den utsprengte sten som faller til gulvet i kammeret fjernes og bore-og sprengningsoperasjonen gjentas på samme måte inntil et rom av ønsket størrelse er utgravet.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved gruvedrift hvor en malmkropp fraskilles og fragmenteres fra stenen i et undergrunnsrom ved hjelp av en sprengstoffladning, karakterisert ved følgen-de trinn:

   a) frembringelse av ett eller flere borehull med stor diameter i malmkroppen, hvilke borehull strekker seg tilnærmet vinkelrett på malmkroppens tak over rommet,

   b) plasering av en sfærisk eller sfærisk virkende sprengstoffladning i hvert av borehullene i en dybde som er valgt for å oppnå en maksimal kratereffekt ved detonering av sprengstoffladningene,

   c) detonering av hver sprengstoffladning for dannelse av et krater eller overlappende kratere i malmkroppen , og

   d) fjerning fra kammeret av den fragmenterte malm som er fraskilt fra kammeret.
2. 2. Fremgangsmåte ved gruvedrift som angitt i krav 1, karakterisert ved at de vinkelrette borehull bores nedover i malmkroppen fra et rom over malmkroppen.
3. 3. Fremgangsmåte for utgraving av et undergrunnsrom i et parti av sten- eller mineralmateriale hvor sten- eller mineralmaterialet fragmenteres og fraskilles fra taket i rommet ved hjelp av en sprengstoffladning, karakterisert ved følgende trekk:

   a) frembringelse av ett eller flere borehull med stor diameter i taket i et undergrunnsrom, hvilke borehull strekker seg tilnærmet vinkelrett på taket,

   b) plasering av en sfærisk eller sfærisk virkende sprengstoffladning i hvert av borehullene i en slik stilling at optimal kratereffekt oppnås ved detonering,

   c) detonering av hver av sprengstoffladningene for dannelse av ét krater eller overlappende kratere i materialet omfattende taket i kammeret, og

   d) fjerning fra kammeret av det fragmenterte sten-eller mineralmateriale som er fraskilt fra krateret .
4. 4. Fremgangsmåte for utgraving som angitt i krav 3, karakterisert ved at de vinkelrette borehull bores nedover fra jordens overflate ned i sten- eller mineralmaterialet for å skjære taket i rommet.