Firing Explosive Charges with Millisecond Delay in Surface Mining – Historical Outline

• Autorzy: Sołtys A.

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2018-02-23

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Blasting works conducted in surface mines with large explosive charges are associated with the problem of unfavourable influence of vibrations, induced by detonating the charges, on structures in the vicinity of the mines. Applying explosives to mine deposits also influences effectiveness of blasting works, associated with fragmentation of rocks. Since the beginning of the 1950s, explosive charges are most often fired with millisecond delays. The article presents the historical outline of research into millisecond firing with electric, non-electric and electronic systems, conducted in surface mines in Poland and around the world. As a result of the works, it was concluded that the interval and precision of set millisecond delays signifi-cantly influence intensity of vibrations induced by detonating explosive charges, and fragmen-tation of rocks. In electrical systems the actual firing times of detonators may significantly differ from their nominal times, hence there is a risk of overlapping delay times and, as a re-sult, a risk of increasing intensity of vibrations. Researchers indicate that maintaining specified time interval between detonations of consecutive explosive charges may successfully limit the seismic effect. It was the reason behind introducing “8 millisecond criterion” into the practice of blasting works in 1960s, as the minimal delay time between consecutively fired charges. With technical progress in initiation systems, precision of set delays significantly improved, as electronic initiation systems show it. The research conducted with the system clearly shows that the commonly assumed minimal 8 ms time does not have to be a binding rule any more. Precision of state-of-art electronic detonators successfully enables designing multiple row fir-ing patterns, with minimal delay time shorter than 8 ms between consecutively fired charges.

PL

Wykonywanie w kopalniach odkrywkowych robót strzałowych z zastosowaniem dużych mas materiałów wybuchowych wiąże się z problemem niekorzystnego oddziaływania drgań, wzbudzanych detonacją ładunków, na zabudowania w otoczeniu kopalń. Stosowanie materiałów wybuchowych w procesie urabiania złóż wpływa również na efektywność robót strzałowych, związaną z granulacją urobku. Od początku lat 50., ładunki materiałów wybuchowych odpalane są najczęściej milisekundowo. W artykule przedstawiono rys historyczny badań w zakresie odpalania milisekundowego z zastosowaniem systemów elektrycznych, nieelektrycznych i elektronicznych, prowadzonych w kopalniach odkrywkowych zarówno w Polsce jak i na świecie. W efekcie tych prac stwierdzono, że interwał i precyzja zadawanych opóźnień milisekundowych mają istotny wpływ na intensywność drgań indukowanych detonacją ładunków MW, jak i na stopień rozdrobnienia urobku. W przypadku elektrycznego systemu inicjowania rzeczywiste czasy detonacji zapalników mogą się znacznie różnić o czasów nominalnych, stąd istnieje ryzyko nakładania się czasów opóźnień a tym samym może nastąpić wzmocnienie intensywności drgań. Autorzy badań wskazują, że zachowanie określonego odstępu czasowego między detonacją kolejnych ładunków materiałów wybuchowych może skutecznie ograniczać efekt sejsmiczny. To było przyczyną wprowadzenia w latach 60. ubiegłego wieku do praktyki wykonywania robót strzałowych „kryterium 8 milisekund”, jako minimalnego czasu opóźnienia pomiędzy kolejno odpalanymi ładunkami. W miarę postępu technicznego systemów inicjowania, precyzja zadawanych opóźnień uległa znacznej poprawie, czego dowodem jest elektroniczny system inicjowania. Jednocześnie badania z zastosowaniem tego systemu wyraźnie wskazują, że powszechnie przyjęty w praktyce minimalny czas 8 ms nie musi już być obowiązującą regułą. Precyzja nowoczesnych zapalników elektronicznych z powodzeniem umożliwia projektowanie wieloszeregowych siatek strzałowych, z minimalnym czasem opóźnienia mniejszym niż 8 ms pomiędzy kolejno odpalanymi ładunkami.

Słowa kluczowe

EN

blasting works; millisecond blasting technique; ground-borne vibration

PL

roboty strzałowe; odpalanie milisekundowe; oddziaływanie drgań; systemy inicjowania w robotach strzałowych

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 20, nr 2
• Strony: 177--190
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Sołtys A.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, Cracow, Poland

Bibliografia

• 1. Anderson, D.A. (1993): Blast Monitoring: Regulations, Methods and Control Techniques. Ed.-in-Chief John A. Hudson, Comprehensive Rock Engineering: principles, practice & pro-jects. Vol. 4, Excavation, support and monitoring (p. 95–110). Oxford: Pergamon Press Ltd.
• 2. Andrews, A.B. (1975): Airblast and Ground Vibration in Open Pit Mining. Mining Congress Journal, 61(5), p. 20–25.
• 3. Andrews, A.B. (1981): Design Criteria for Sequential Blasting. Paper in Proceedings of the Seventh Conference on Explosives and Blasting Technique (Phoenix, AZ, Jan. 12–23, 1981). Society of Explosives Engineers, p. 173–192.
• 4. Bajpayee, T.S., Mainiero, R.J., & Hay, J.E. (1985): Overlap Probability for Short-Period-Delay Detonators Used in Underground Coal Mining. United States Bureau of Mines RI 8888.
• 5. Bergmann, O.R, Wu, F.C., & Edl, J.W. (1974): Model Rock Blasting Measures Effect of Delays and Hole Patterns on Rock Fragmentation. Engineering and Mining Journal, 175(6), p. 124–127.
• 6. Biessikirski, R. (1991): Wybrane informacje na temat konstrukcji i testowania zapalarki milisekundowej [Selected information about the construction and testing of the millisecond blasting machine]. Konferencja: Problemy techniki strzelniczej w górnictwie – perspektywy rozwoju (p. 61–64). Kraków: Wydawnictwo ZG AGH, 347/91.
• 7. Biessikirski, R. (1996): Zapalarka milisekundowa Explo-201 [Explo-201 millisecond blasting machine]. Konferencja: Technika strzelnicza w górnictwie, Jaszowiec (47-67). Kraków: Wydawnictwo IGSMiE PAN.
• 8. Biessikirski, R., Sieradzki, J., Winzer, J. (2001): Uwagi praktyczne do nieelektrycznego odpalania długich otworów na przykładzie systemu Nonel Unidet [Practical remarks to non-electricblasting long boreholes considering the Nonel Unidet system as an example]. Konferencja Technika Strzelnicza w Górnictwie, Jaszowiec (p. 241–251). Kraków: Agencja Wydawniczo-Poligraficzna ART-TEKST.
• 9. Duvall, W.I., Johnson, C.F., Mayer, A.V.C., Devine, J.E. (1963): Vibrations from Instantane-ousand Millisecond-Delayed Quarry Blast, United States Bureau of Mines RI 6151, Pitts-burgh.
• 10. Dworok, R. (1993): System zapalarki typu “BARBARA-30” z regulowanymi elektronicznieopóźnieniami międzystrzałowymi. Materiały Wybuchowe i Technika Strzelnicza: Aktualny Stan i Perspektywy Rozwoju, 1, p. 222–236. Kraków: AGAT-PRINT.
• 11. Ireland, K. (2000): Initiation and timing of blasts. Surface Mining Explosives Engineering Training Course. Modderfontein, Johannesburg: AEL Pty Ltd, (Chapter 4).
• 12. Kopp, J.W., Siskind, D.E. (1986): Effects of Millisecond-Delay Intervals on Vibration and Airblast From Surface Coal Mine Blasting. United States Bureau of Mines RI 9026.
• 13. Landman, G.V.R. (2010): How electronics can release the imagination. The Journal of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 109, p. 491–499.
• 14. Nicholson, H.R., Johnson, C.F., Duvall, W.I. (1971): Blasting Vibration and Their Effects on Structures. United States Bureau of Mines Bulletin, 656.
• 15. Olofsson, S.O. (1990): Applied Explosives Technology for Construction and Mining. Sweden: Applex, Ärla.
• 16. Pal Roy, P. (2005): Rock Blasting Effects and Operations. Leiden: A.A. Balkema Publishers.
• 17. Persson, P., Holmberg, R., & Lee, J. (1994). Rock Blasting and Explosives Engineering. Boca Raton: CRC Press.
• 18. Prędki, S. (2011): Krótkie porównanie wiodących w górnictwie odkrywkowym systemów in-icjowania materiałów wybuchowych [The short comparison of the most popular explosive’s initiation systems]. Instytut Przemysłu Organicznego, Materiały Wysokoenergetyczne, 3, p. 25–31.
• 19. Reisz, W., McClure, R., Bartley, D. (2006): Why the 8ms Rule Doesn’t work. Proceedings of the 32 MacClure R.nd Annual Conference on Explosives and Blasting Technique, Journal of Explosives Engineering, 2, p. 14–22.
• 20. Sołtys, A. (2017)a: Dobór opóźnienia milisekundowego z zastosowaniem symulacji komputerowej - weryfikacja efektu sejsmicznego w oparciu o pomiary terenowe [Delay time optimization based on computer simulation – verification of ground borne vibration effect according to field measurements]. Przegląd Górniczy, 3, p. 98–106.
• 21. Sołtys, A. (2017)b: Odpalanie pojedynczych ładunków MW jako baza do wyznaczania optymalnego opóźnienia milisekundowego [Firing of singular explosive charges as the basis fordetermining the optimal millisecond delay]. Przegląd Górniczy, 7, p. 52–62.
• 22. Winzer, S.R. (1978): The Firing Times of Millisecond Delay Blasting Caps and Their Effect on Blasting Performance. National Science Foundation, contract DAR-77-05171, Martin-Marietta Laboratories (pp. 36).
• 23. Winzer, S.R., Anderson, D.A., & Ritter, A.D. (1981): Application of Fragmentation Research to Blast Design for Optimum Frgamentation and Frequency of Resultant Ground Vibration. Symposium on Rock Mechanics, MIT Press, p. 237–242.
• 24. Winzer, S.R., Furth, W., & Ritter, A.P. (1979): Initiator Firing Times and Their Relationship to Blasting Performance. Paper in 20th U.S. Symposium on Rock Mechanics, University of Texas at Austin, p. 461–470.
• 25. Winzer, J., Biessikirski, R. (1996): Uwagi o doborze opóźnienia milisekundowego ze względu na ograniczenie wielkości drgań parasejsmicznych [Remarks on the choice of millisecond delay due to limiting the size of paraseismic vibrations]. Konferencja: Technika strzelnicza w górnictwie, Jaszowiec (297-308). Kraków: Wydawnictwo IGSMiE PAN.
• 26. Winzer, J., Biessikirski, R., Sieradzki, J. (1997): Minimalizacja szkodliwego oddziaływania robót strzałowych na otoczenie, jako kierunek prac badawczych prowadzonych w Katedrze Górnictwa Odkrywkowego AGH [Minimizing the harmful impact of blasting on the environment as the direction of research work conducted at the Department of Surface Mining AGH]. Górnictwo Odkrywkowe a Ochrona Środowiska – Fakty i mity, p. 367–378.
• 27. https://www.worthpoint.com/worthopedia/sequential-blasting-machine-bm125-10b

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).