Optimizing rock fragmentation in open pit mining: Blasting plan refinement using WipFrag and Kuz-Ram method

• Autorzy: Batouche Toufik , Tabet Abdelhak , Zerzour Oussama , Hadji Riheb , Benyoucef Ali Ahmed , Moueri Abdeldjalil , Dinar Haythem

Identyfikatory

DOI

10.15576/GLL/193744

Warianty tytułu

PL

Optymalizacja fragmentacji skał w górnictwie odkrywkowym: udoskonalenie planu strzałów przy użyciu metody WipFrag i Kuz-Ram

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In open-pit mining, optimizing blasting techniques is essential for enhancing both operational efficiency and achieving desired rock fragmentation, which directly impacts subsequent processes such as loading, hauling, and crushing. A well-designed drilling pattern and precise blasting plan are crucial for ensuring the effective distribution of block sizes. The technical and geometrical characterization of rock fragments plays a key role in improving blasting performance. This study focuses on enhancing fragmentation quality in the ENG Ain Touta limestone quarry, NE of Algeria, through the application of numerical modeling techniques. Current blasting outcomes were evaluated using WipFrag software to create particle size distribution curves, which revealed a significant proportion of oversized blocks, ranging between 21% and 25%. This highlights a critical need for modifications to the blasting plan. To address this, a revised plan was developed, incorporating an additional 20 kg of explosives per borehole. The predicted effects of this adjustment were modeled using the Kuz-Ram method, showing a 40% reduction in oversized blocks and a substantial improvement in rock fragmentation quality. The results underscore the effectiveness of integrating image analysis software and predictive modeling in refining blasting strategies. By improving fragmentation, this approach can significantly boost mining operations’ efficiency, reduce the handling of oversized materials, and optimize the overall quarrying process. This study demonstrates the potential of numerical models and targeted adjustments in blasting plans to enhance productivity and cost-effectiveness in open-pit mining operations.

PL

W górnictwie odkrywkowym optymalizacja technik strzałowych jest niezbędna do zwiększenia zarówno wydajności operacyjnej, jak i osiągnięcia pożądanego rozdrobnienia skał, co bezpośrednio wpływa na późniejsze procesy, takie jak ładowanie, transport i kruszenie. Dobrze zaprojektowany schemat wiercenia i precyzyjny plan strzałów są kluczowe dla zapewnienia efektywnego rozkładu rozmiarów bloków. Charakterystyka techniczna i geometryczna fragmentów skał odgrywa kluczową rolę w poprawie wydajności strzałów. Niniejsze badanie koncentruje się na poprawie jakości rozdrobnienia w kamieniołomie wapienia ENG Ain Touta, w północno-wschodniej Algierii, poprzez zastosowanie technik modelowania numerycznego. Obecne wyniki strzałów zostały ocenione przy użyciu oprogramowania WipFrag w celu utworzenia krzywych rozkładu wielkości cząstek, które ujawniły znaczną część bloków o dużych rozmiarach, w zakresie od 21% do 25%. Podkreśla to krytyczną potrzebę modyfikacji planu strzałów. Aby to rozwiązać, opracowano zmieniony plan, obejmujący dodatkowe 20 kg materiałów wybuchowych na otwór wiertniczy. Przewidywane skutki tej korekty zostały zmodelowane przy użyciu metody Kuz-Ram, wykazując 40% redukcję bloków o dużych rozmiarach i znaczną poprawę jakości fragmentacji skał. Wyniki podkreślają skuteczność integracji oprogramowania do analizy obrazu i modelowania predykcyjnego w udoskonalaniu strategii strzałowych. Poprzez poprawę fragmentacji podejście to może znacznie zwiększyć wydajność operacji górniczych, zmniejszyć obsługę materiałów o dużych rozmiarach i zoptymalizować cały proces eksploatacji kamieniołomu. Niniejsze badanie pokazuje potencjał modeli numerycznych i ukierunkowanych korekt w planach strzałowych w celu zwiększenia produktywności i opłacalności w operacjach górnictwa odkrywkowego.

Słowa kluczowe

EN

optimization; blasting plan design; blasting; drilling pattern; oversized block

PL

optymalizacja; parojekt planu detonacji; strzałowy; wzór wiercenia; blok wielkogabarytowy

• Wydawca: Wydawnictwo Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie
• Czasopismo: Geomatics, Landmanagement and Landscape
• Rocznik: 2024
• Tom: no. 4
• Strony: 77--89
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Batouche Toufik

• Department of Mining Engineering, Metallurgy and Materials, Laboratory of Mines, Metallurgy and Materials (L3M), National Higher School of Technology and Engineering, Annaba, Algeria

• https://orcid.org/0000-0002-1813-5590

autor

Tabet Abdelhak

• Mining Department, Faculty of Earth Sciences, Badji Mokhtar University, Algeria

• https://orcid.org/0009-0008-0198-6023

autor

Zerzour Oussama

• Department of Mines and Geotechnology, Echahid Echeikh Larbi Tébessi University, Tebessa, Algeria

• https://orcid.org/0009-0004-2845-6496

autor

Hadji Riheb

• Department of Earth Sciences, Institute of Architecture and Earth Sciences, Laboratory of Applied Research in Engineering Geology, Geotechnics, Water Sciences, and Environment, Ferhat Abbas University, Setif, Algeria

• https://orcid.org/0000-0002-9632-0812

autor

Benyoucef Ali Ahmed

• Department of Mines and Geotechnology, Echahid Echeikh Larbi Tébessi University, Tebessa, Algeria

• https://orcid.org/0009-0005-7219-5622

autor

Moueri Abdeldjalil

• Department of Mines and Geotechnology, Echahid Echeikh Larbi Tébessi University, Tebessa, Algeria

autor

Dinar Haythem

• Territory Planning Research Center, Algeria

• https://orcid.org/0000-0002-4504-2963

Bibliografia

• Babaeian M., Ataei M., Sereshki F., Sotoudeh F., Mohammadi S. 2019. A new framework for evaluation of rock fragmentation in open pit mines. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 11(2), 325–336.
• Bakhtaoui Y. 2024. Transformation of the Equivalent Linear Method for solving soil-structure interaction problems in the time domain. Journal of Geomechanics and Geoengineering, 2, 7–14.
• Batouche T. 2019. Caractérisation et traitement du minerai Barytique d’Ain Mimoun pour l’obtention d’un concentre de haute qualité, Doctoral thesis. Echahid Cheikh Larbi Tébessi University Tébessa, Algeria.
• Brahmi S., Fehdi C., Hadji R., Brahmi S., Hamad A., Hamed Y. 2023. Karst-induced sinkhole detection using a tomography imaging survey. Case of Setifian high plain, NE Algeria. Geotechnical and Geological Engineering, 41(3), 1961–1976.
• Charrak H., Smail N., Rouissat B., Basri H., Alsamawi A.B. 2024. Analysis of upstream slope stability during rapid drawdown-Sidi Abdelli dam as a case study. Journal of Geomechanics and Geoengineering, 2, 1–6.
• Driss A.A.E., Harichan K., Ghrici M. 2023. Effect of lime on the stabilization of an expansive clay soil in Algeria. Journal of Geomechanics and Geoengineering, 1, 1–10.
• Ellouze S., Mezni N., Bouassida M. 2023. Ground Improvement – Selected Tunisian Case Histories. Journal of Geomechanics and Geoengineering, 1, 27–37.
• Eloranta J. 1995. Selection of powder factor in large diameter blastholes. EXPLO 95 Conference, AusIMM, Brisbane, September, 25–28.
• Fredj M., Hafsaoui A., Riheb H., Boukarm R., Saadoun A. 2020. Back-analysis study on slope instability in an open pit mine (Algeria). Natsional’nyi Hirnychyi Universytet. Naukovyi Visnyk, 2, 24–29.
• Hüdaverdi T., Akyildiz Ö. 2020. Investigation of blast fragmentation models in a sandstone quarry. Bilimsel Madencilik Dergisi, 59(3), 145–156.
• Jacque M. 2018. La consommation mondiale de matières premières va doubler d’ici à quarante ans. Les Echos. https://www.lesechos.fr/2018/10/la-consommation-mondiale-de-matierespremieres-va-doubler-dici-a-quarante-ans-979959.
• Kanchibotla S.S., Valery W., Morrell S. 1999. Modelling fines in blast fragmentation and its impact on crushing and grinding, Explo-99, Kalgoorlie.
• Maerz N.H., Palangio T.C., Franklin J.A. 2018. WipFrag image based granulometry system. In: Measurement of Blast Fragmentation. Routledge, 91–99. https://doi.org/10.1201/9780203747919-15.
• Mahleb A., Hadji R., Zahri F., Boudjellal R., Chibani A., Hamed Y. 2022. Water-borne erosion estimation using the revised universal soil loss equation (RUSLE) model over a semiarid watershed: Case study of Meskiana Catchment, Algerian-Tunisian border. Geotechnical and Geological Engineering, 40(8), 4217–4230.
• Maksym K., Oleh K. 2021. New theory for the rock mass destruction by blasting. Mining of Mineral Deposits, 15, 2, 111–123. https://doi.org/10.33271/mining15.02.111.
• Monjezi M., Dehghani M., Dehghani H. 2008. Optimization of blast pattern using neural networks in Chandermoul iron ore mine. Proceedings of the 26th International Geosciences Congress (in Persian).
• Moueri A., Hadji R., Zahri F., Hamed Y., Serhane B. 2024. Multidisciplinary evaluation of geological, geotechnical, geomechanical, and hydrogeological parameters for assessing slope stability in the Aures Mountain Quarry. Geomatics, Landmanagement and Landscape, 2, 195–216. https://doi.org/10.15576/GLL/2024.2.14
• Mouloud N. 2017. Etude d’un modèle de mesure de la fragmentation par le tir. Doctoral dissertation. University of Badji Mokhtar Annaba, Algeria.
• Nanda S., Pal B.K. 2020. Analysis of blast fragmentation using WipFrag. J. Image, 5(6).
• Saadoun A., Fredj M., Boukarm R., Hadji R. 2022. Fragmentation analysis using digital image processing and empirical model (KuzRam): A comparative study. J. Min. Inst., 257, 822–832. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.84.
• Shehu S.A., Hashim M.H.M. 2020. Evaluation of blast fragmentation and its benefits: a review of the paradigm and ambiguity’, Int. J. Mining and Mineral Engineering, Vol. 11, No. 4, pp.338–358.
• Shehu S.A., Yusuf K., Hashim M. 2022. Comparative study of WipFrag image analysis and KuzRam empirical model in granite aggregate quarry and their application for blast fragmentation rating. Geomech. Geoeng., 17, 197–205.
• Siddiqui F.I., Ali Shah S.M., Behan M.Y. 2009. Measurement of size distribution of blasted rock using digital image processing. Eng. Sci., 20(2), 81–93.
• Simkus R., Dance A. 1998. Tracking hardness and size: Measuring and monitoring ROM ore properties at Highland valley copper. Proc. Mine to Mill Conf., Brisbane. Fourney W.L., Dick R.D. (eds.), 521–530.
• Škrlec V., Dobrilović M., Bohanek V. 2014. Theories of rock breakage with explosives. Rudarskogeološko-naftni zbornik, 29(1), 57–68.
• Tabet A., Benyoucef A.A., Zerzour O., Batouche T., Achour Z.E. 2024. Analysis and improvement of the fragmentation quality of blasted rock using digital image processing: the case of the Kef Lahmer quarry, N-E Algeria. Geomatics, Landmanagement and Landscape, 1, 87–99. http://dx.doi.org/10.15576/GLL/2024.1.06
• Tabet A., Nouioua I., Fehdi C., Zerzour O., Mehidi Y. 2019. Contribution to the analysis of the stability of an open pit mine: Case of the Kef Essnoun phosphate mine, Tebessa north-east Algeria. Journal of Fundamental and Applied Sciences, 11(3), 1344–1353.
• Taib H., Hadji R., Hamed Y. 2023. Erosion patterns, drainage dynamics, and their environmental implications: a case study of the hammamet basin using advanced geospatial and morphometric analysis. Journal of Umm Al-Qura University for Applied Sciences, 1–16.
• Tosun A. 2018. A modified WipFrag program for determining muckpile fragmentation. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 118, 10, 1113–1199. http://dx.doi.org/10.17159/2411-9717/2018/v118n10a13
• Yang R., Ding C., Yang L., Lei Z., Zhang Z., Wang Y. 2018. Visualizing the blast-induced stress wave and blasting gas action effects using digital image correlation. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 112, 47–54.
• Zeqiri R.R., Riheb H., Karim Z., Younes G., Rania B., Aniss M. 2019. Analysis of safety factor of security plates in the mine ‘Trepça’ Stantërg. Mining Science, 26, 21.
• Zerzour O., Gadri L., Hadji R., Mebrouk F., Hamed Y. 2020. Semi-variograms and kriging techniques in iron ore reserve categorization: application at Jebel Wenza deposit. Arabian Journal of Geosciences, 13(16), 820.
• Zerzour O., Gadri L., Hadji R., Mebrouk F., Hamed Y. 2021. Geostatistics-based method for irregular mineral resource estimation, in Ouenza iron mine, Northeastern Algeria. Geotechnical and Geological Engineering, 39(5), 3337–3346.
• Zhang Z.X., Chi L.Y., Yi C. 2021. An empirical approach for predicting burden velocities in rock blasting. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 13, 4, 767–773. http:// dx.doi.org/10.1016/j.jrmge.2021.04.004.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).