Prognozowanie zasięgu strefy rozrzutu odłamków skalnych dla robót strzałowych w kopalniach odkrywkowych

• Autorzy: Pyra J. , Dworzak M. , Biessikirski A. , Twardosz M. , Kłósko P.

Warianty tytułu

EN

Predicting the flyrock zone radius for blasting works in open cast mines

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Prowadzenie eksploatacji z wykorzystaniem materiałów wybuchowych w odkrywkowych zakładach górniczych wiąże się z szeregiem zagrożeń, które należy uwzględnić w trakcie prowadzenia robót strzałowych oraz na etapie ich projektowania. Odpowiednio zaprojektowane i starannie wykonane roboty zapewniają kontrolę nad tymi zagrożeniami oraz pozwalają na przewidzenie zasięgu i intensywności ich oddziaływania na otoczenie. Jednym z zagrożeń jest rozrzut odłamków skalnych, niebezpieczny dla załogi i maszyn pracujących w zakładzie górniczym, a także otoczenia kopalni. Jest to zagrożenie niezwykle istotne, lecz trudne do jednoznacznego oszacowania. Na przestrzeni lat opracowano wiele sposobów analitycznego wyznaczenia poziomu tego zagrożenia. Część opracowanych zależności opiera się na wynikach badań terenowych, zaś część na teoriach z zakresu fizyki i balistyki. Na wielkość strefy rozrzutu ma wpływ szereg czynników geologiczno-górniczych. Część z nich na chwilę obecną, dzięki coraz szerzej rozpowszechnianym narzędziom geodezyjnym, tj. skaner laserowy, czy urządzenie typu Boretrak, możemy bardzo precyzyjnie zmierzyć (geometria ociosu, dewiacja otworów strzałowych, rzeczywisty zabiór), a niektóre tylko oszacować (m.in. występowanie ukrytych przerostów gliny lub krasów na podstawie raportów z pracy wiertnicy lub zwiercin). W artykule zaprezentowano wybrane czynniki, które wpływają na zasięg strefy oraz sposoby ich minimalizacji. Ponadto opisano wybrane metody i wzory empiryczne do szacowania zasięgu strefy oraz zaprezentowano zmienność wartości szacowanych w zależności od zmiany parametrów siatki otworów strzałowych oraz użytych środków strzałowych. W artykule dokonano również przedstawienia wybranych rozwiązań numerycznych w zakresie szacowania zasięgu rozrzutu odłamków skalnych. Algorytmy te pozwalają na wstępną ocenę dynamiki rozrzutu odłamków dla zadanych warunków brzegowych, co może stanowić perspektywiczny kierunek rozwoju aktualnie stosowanej metodologii.

EN

Conducting exploitation using explosives in open pit mines involves a number of risks that have to be addressed during the designing of blasting operations. Thoroughly designed and carefully executed blasting works provide a control over these hazards and allow for proper assessment of their impact on the nearby environment. One of those dangers is the flyrock dispersion, dangerous for the crew and machines working in the open cast mines, as well as the nearby surroundings. This is an extremely important threat but difficult to unequivocally estimate. Over the years many analytical methods have been developed to determine the level of this threat. Several developed dependence relations are based on the results of field tests, and some are based on the theories of physics and ballistics science. The size of the flyrock zone is affected by a number of geological-mining factors. At the present time, some of these risks, thanks to increasingly popular geodetic instruments such as a laser scanner or a borehole-deviation measurement system (eg Boretrak®), can be measured very precisely (the geometry of the free face, the deviation of the blast hole, the actual burden), and some only estimate (including the occurrence of hidden clay or karst overgrowth on the basis of drilling reports or bore dust). The article presents selected factors influencing the range of the flyrock zone and ways of minimizing them. In addition, selected methods and empirical models have been described for estimating the range of the flyrock zone and the variability of the estimated values based on the variation of the blast-pattern parameters and used blasting units. The article also presents selected numerical solutions for estimating the flyrock range. These algorithms allow for an initial evaluation of shear scatter dynamics for given boundary conditions, which may be a prospective development direction of the currently applied methodology.

Słowa kluczowe

PL

rozrzut odłamków skalnych; zagrożenia; roboty strzałowe; górnictwo odkrywkowe

EN

flyrock; hazards; blasting works; open pit mining

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2017
• Tom: nr 101
• Strony: 247--264
• Opis fizyczny: Bibliogr., 27 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Pyra J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Kraków

autor

Dworzak M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Kraków

autor

Biessikirski A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Kraków

autor

Twardosz M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Kraków

autor

Kłósko P.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Kraków

Bibliografia

• 1. Amini i in. 2012 – Amini, H., Gholami, R., Monjezi, M., Rahman, Torabi, S. i Zadhesh, J. 2012. Evaluation of flyrock phenomenon due to blasting operation by suport vector machine. Neural Computing and Applications Vol. 21, Issue 8, s. 2077–2085.
• 2. Barański, K. i Morawa, R. 2015. Technologiczne możliwości zmniejszenia zasięgu strefy rozrzutu w górnictwie odkrywkowym. Górnictwo Odkrywkowe R. 56, nr 3, Wrocław, s. 19–26.
• 3. Bhandari, S. 1997. Engineering Rock Blasting Operations. A.A. Balkema, Rotterdam, Brookfield.
• 4. Darling, P. red. 2011. SME Mining Engineering Handbook, 3rd Edition. Society for Mining, Metallurgy and Exploration, Inc. USA.
• 5. Duch i in. 2000 – Duch, W., Korbicz, J., Rutkowski, L. i Tadeusiewicz, R. 2000. Sieci neuronowe. Tom 6. Biocybernetyka i Inżynieria Biomedyczna 2000 – pod redakcją M. Nałęcza. PAN, Warszawa: Akademicka Oficyna Wydawnicza Exit.
• 6. Grześkowiak, A. i Patla, S. 2016. Przyczynek do wyznaczania zasięgów oddziaływań i dopuszczalnych wielkości ładunków materiałów wybuchowych w górnictwie skalnym. Mining Science Vol. 23(1), s. 47–58.
• 7. Gustafsson, R. 1973. Swedish Blasting Technique. Nora Boktryckeri AB, Nora, Szwecja.
• 8. Hałat, W. i Morawa, R. 2007. Metoda prognozowania zasięgu strefy rozrzutu przy prowadzonych robotach strzałowych. Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie, Miesięcznik WUG, 9(157), s. 28–31.
• 9. Jahed Armaghani i in. 2014 – Jahed Armaghani, D., Hajihassani, M., Tonnizam Mohamad, E., Marto, A. i Noorani, S.A. 2014. Blasting-induced flyrock and ground vibration prediction through and expert artificial neural network based on particle swarm optimization. Arabian Journal of Geosciences Vol. 7, Issue 12, s. 5383–5396.
• 10. Jimeno i in. 1995 – Jimeno, L.C., Jimeno, L.E. i Carcedo, F.J. 1995. Drilling and Blasting of Rocks. A.A. Balkema, Rotterdam, Brookfield.
• 11. Khandelwal, M. i Monjezi, M. 2013. Prediction of flyrock in open pit blasting operation using machine learning method. International Journal of Mining Science and Technology Vol. 23, Issue 3, s. 313–316.
• 12. Lewicki, J. 2004. Prognozowanie wielkości zagrożeń powstałych przy prowadzeniu robót strzałowych w budownictwie. Górnictwo i Geoinżynieria R. 28, z. 3/1, s. 251–267.
• 13. Marto i in. 2014 – Marto, A., Hajihassani, M., Jahed Armaghani, D., Tonnizam Mohamad, E. i Mahir Makhtar, A. 2014. A novel approach for blast-induced flyrock prediction based on imperialist competitive algorithm and artificial neural network. The Scientific World Journal, s. 1–11.
• 14. Mohamad i in. 2013 – Mohamad, E.T., Armaghani, D.J., Hajihassani, M., Faizi, K. i Marto, A. 2013: A simulation approach to predict blasting-induced flyrock and size of thrown rocks. Electronic Journal of Geotechnical Engineering Vol. 18, s. 365–374.
• 15. Monjezi i in. 2012 – Monjezi, M., Amini Khoshalan, H. i Yazdian Varjani, A. 2012. Prediction of flyrock and backbreak in open pit blasting operations: a neuro-genetic approach. Arabian Journal of Geosciences Vol. 5, No. 3, s. 441–448.
• 16. Monjezi i in. 2011 – Monjezi, M., Bahrami, A., Yazdian Varjani, A. i Reza Sayadi, A. 2011: Prediction and controlling of flyrock in blasting operation using artificial neural network. Arabian Journal of Geosciences Vol. 4, Issue 3, s. 421–425.
• 17. Morawa, R. i Zawadziński, W. 2013. Technologia wykonywania strzelań długimi otworami dla znacznego ograniczenia strefy rozrzutu na przykładzie kopalni „Łagów II”. Konferencja Technika Strzelnicza w Górnictwie i Budownictwie, Kraków: Wyd. ART-Tekst.
• 18. Olofsson, S. 1990. Applied Explosives Technology for Construction and Mining. APPLEX, Nora Boktryckeri, Szwecja.
• 19. Onderka i in. 2003 – Onderka, Z., Sieradzki, J. i Winzer, J. 2003. Technika strzelnicza 2: Wpływ robót strzelniczych na otoczenie kopalń odkrywkowych. Kraków: Wyd. AGH.
• 20. Persson i in. 1994 – Persson, A., Holmberg, R. i Lee, J. 1994. Rock Blasting and Explosives Engineering. CRC Press, Boca Raton, Stockholm.
• 21. Rezaei i in. 2011 – Rezaei, M., Monjezi, M. i Yazdian Varjani, A. 2011. Development of a fuzzy model to predict flyrock in surface mining. Safety Science Vol. 49, No. 2, s. 298–305.
• 22. Rozporządzenia Ministra Energii z dnia 9 listopada 2016 r. w sprawie szczegółowych wymagań dotyczących przechowywania i używania środków strzałowych i sprzętu strzałowego w ruchu zakładu górniczego (Dz.U. z 2017, poz. 321 – data wejścia w życie: 01.07.2017).
• 23. Roth, J. 1979. A Model for the Determination of Flyrock Range as a Function of Shot Conditions. United States Department of the Interior Bureau of Mines, Pittsburgh, USA.
• 24. Saghatforoush i in. 2016 – Saghatforoush, A., Monjezi, M., Shirani Faradonbeh, R. i Jahed Armaghani, D. 2016. Combination of neural network and ant colony optimization algorithms for prediction and oprimization of flyrock and back-break induced blasting. Engineering with Computers Vol. 32, Issue 2, s. 255–266.
• 25. Trivedi i in. 2014 – Trivedi, R., Singh, T.N. i Raina, A.K. 2014. Prediction of blast-induced flyrock in Indian limestone mines using neural networks. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering Vol. 6, Issue 5, s. 447–454.
• 26. Trivedi i in. 2016 – Trivedi, R., Singh, T.N. i Raina, A.K. 2016. Simultaneous prediction of blast-induced flyrock and fragmentation in opencast limestone mines using back propagation neural network. International Journal of Mining and Mineral Engineering Vol. 7, No. 3, s. 237–252.
• 27. Winzer i in. 2016 – Winzer, J., Sołtys, A. i Pyra, J. 2016. Oddziaływanie na otoczenie robót z użyciem materiałów wybuchowych. Kraków: Wyd. naukowe AGH.

Uwagi

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