05-curso ulo 2011 fragmentacion

FRAGMENTACION

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Mechanisms of breakage

• The main mechanisms of breakage

are:

– Shock and stress drive

• Failure in compression and shear

• Radial fracturing

• Reflection

– Gas driven

• Gas expansion

– Heave

(G. Chitombo & I. Oñederra)

¿Como se rompe la roca?

Crushing/pulverising of the rock

Rapid expansion of the borehole wall

Rapid generation of gaseous products

at high temperatures and pressures

Radial crack formation and extension

Circumferential crack formation from

pressure drop (unloading)

Formation of dynamic stress waves

Undamaged zone

1. High Dynamic Pressure – Shock Wave

Gas penetration and extension of cracks

and discontinuities

(G. Chitombo & I. Oñederra)

Compression and shear

• Level of stresses exceed both the static and dynamic strength of the rock material in both shear and compression

• Rock is pulverised as the borehole expands (Udy and Lownds, 1990; Whittaker et al, 1992 and Szuladzinski, 1993)

rcro

(G. Chitombo & I. Oñederra)

¿Cómo se rompe la roca?

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1. High Dynamic Pressure – Shock Wave

(G. Chitombo & I. Oñederra)

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1. High Dynamic Pressure – Shock Wave

(G. Chitombo & I. Oñederra)

Ondas de choque

(ondas de choque inertes o no reactivas ≠ ondas de detonación)

¿Cómo se rompe la roca?1. High Dynamic Pressure – Shock Wave

¿Cómo se rompe la roca?

En la región elástica, las velocidades de propagación de las ondas P y S son constantes y

dependen de la densidad y de los módulos de Young y de Cizalle. La velocidad del sónido (Cp) está

dado por: C=dP/dr. La presión y la densidad son linealmente relacionadas.

En la zona (elasto-) plástica, la velocidad crece con la presión o la densidad. La relación P/r ya no

es lineal.

Propagación del frente

1. High Dynamic Pressure – Shock Wave

¿Cómo se rompe la roca?

Ondas de rarefracciónLa velocidad de la frente aumenta porque aumenta la presión ¿Qué pasa detrás de la frente?

El material entre la frente y el fin de la onda está sometido a cambio brusco de densidad.

• El punto A viaja más rápido que la frente

• El punto B viaja a la misma velocidad que la frente

• El punto C viaja más lento que la frente

1. High Dynamic Pressure – Shock Wave

¿Cómo se rompe la roca?

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(Prof. J.A. Sanchidrían, Pichidangui 2011)

1. High Dynamic Pressure – Shock Wave

¿Cómo se rompe la roca?

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1. High Dynamic Pressure – Shock Wave

(Prof. J.A. Sanchidrían, Pichidangui 2011)

¿Cómo se rompe la roca?

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1. High Dynamic Pressure – Shock Wave

(Prof. J.A. Sanchidrían, Pichidangui 2011)

¿Cómo se rompe la roca?

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2. Esfuerzos tangenciales – fracturas radiales

¿Cómo se rompe la roca?

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2. Esfuerzos tangenciales – fracturas radiales

(Prof. J.A. Sanchidrían, Pichidangui 2011)

¿Cómo se rompe la roca?

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(Prof. J.A. Sanchidrían, Pichidangui 2011)

2. Esfuerzos tangenciales – fracturas radiales

¿Cómo se rompe la roca?

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2. Esfuerzos tangenciales – fracturas radiales

(Prof. J.A. Sanchidrían, Pichidangui 2011)

¿Cómo se rompe la roca?

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2. Esfuerzos tangenciales – fracturas radiales

(Prof. J.A. Sanchidrían, Pichidangui 2011)

¿Cómo se rompe la roca?

18W. Hustrulid (1999), “Blasting Principles for Open Pit mining”, T.2

2. Esfuerzos tangenciales – fracturas radiales

¿Cómo se rompe la roca

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(Prof. J.A. Sanchidrían, Pichidangui 2011)

3. Expansión de los gases

¿Cómo se rompe la roca?

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(G. Chitombo & I. Oñederra)

3. Expansión de los gases

¿Cómo se rompe la roca?

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3. Expansión de los gases

(Marc Ruest, HSBM Gas Flow, HSBM meeting, Vancouver 2004)

• The propagation of fractures due to gas was

demonstrated in laboratory scale conditions by

Kutter and Fairhurst (1971), Dally et al (1975)

and McHugh (1983)

• It is almost impossible with current methods to

independently measure the processes of shock

and gas in full scale conditions.

¿Cómo se rompe la roca?

3. Expansión de los gases

(G. Chitombo & I. Oñederra)

¿Cómo se rompe la roca?

• Mosinets (1966) argued that fracturing due to stress waves is dominant, contributing approximately 75-88% of the total volume broken with a contribution of 12-25% by the action of gaseous explosion products. This is also supported by experiments with blasthole liners reported by Brinkmann (1990)

– Shock and stresses condition the rock mass (crushing, radial and circumferential fractures)

– Explosive gases enlarge the primary radial cracks together with the sudden release of energy contained in the rock mass

– As compressive stresses are reduced through rock mass displacement, additional tensile fracturing occurs

3. Expansión de los gases

(G. Chitombo & I. Oñederra)

¿Cómo se rompe la roca?

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4. Stress waves

¿Cómo se rompe la roca?

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4. Stress waves

¿Cómo se rompe la roca?

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Se puede aumentar la fragmentación:

- acercando los pozos

- aumentando el efecto dinámico:

- explosivo mayor VOD

- interacción de ondas

4. Stress waves

¿Cómo se rompe la roca?

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0 m5 m10 m15 m4. Stress waves

¿Cómo se rompe la roca?

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retardo

P+

P-

4. Stress waves

¿Cómo se rompe la roca?

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5. Reflexión de las ondas en las caras libres

(Prof. J.A. Sanchidrían, Pichidangui 2011)

¿Cómo se rompe la roca?

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5. Reflexión de las ondas en las caras libres

(Prof. J.A. Sanchidrían, Pichidangui 2011)

¿Cómo se rompe la roca?

5. Reflexión de las ondas en las caras libres

Spalling

W. Hustrulid (1999), “Blasting Principles for Open Pit mining”, T.2

¿Cómo se rompe la roca?

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5. Reflexión de las ondas en las caras libres

¿Cómo se rompe la roca?

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5. Reflexión de las ondas en las caras libres

¿Cómo se rompe la roca

6. Heave

¿Cómo se rompe la roca?

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6. Heave

W. Hustrulid (1999), “Blasting Principles for Open Pit mining”, T.2

Modelos de fragmentación

36Finn Ouchtrlony (2003), “Influence of blasting on the size distribution and properties of muckpile fragments, a

state-of-the-art review”

Modelo Rosin-Rammler (1933)

Modelos de fragmentación

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1. Modelo general (Ouchterlony, 2003)

El tamaño medio es dado por el área de influencia de un pozo (B*S) dividido por le numero de fracturas

radiales (B=burden , S= espaciamiento )

Según Ouchterlony (1997),

h = diametro (m), r = densidad de la roca(kg/m3), la taza de deformación del pozo, Cp = velocidad de

propagación de la onda P (m/s) y la tenacidad

Ph = presión de barreno (Pa) = 0,25 re D2 re = densidad explosivo (kg/m3) y D = VOD (m/s)

= carga específica (kg explosivo/m3)

Modelos de fragmentación

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Modelos de fragmentación

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Modelos de fragmentación

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4.4 Kuz-Ram

(cm)

Modelos de fragmentación

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Modelos de fragmentación

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Modelos de fragmentación

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Lilly (1986, 1992)

(Blastability Index)

FC (gr/t)=400*BI

Bibliografía

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Blair D., Minchinton A. (1997), “On the damage zone surrounding a single blasthole”, International Journal of

Blasting and Fragmentation (1): 59-72.

Daehnke A., Rossmanith H.P., Schatz J.F., “On dynamic gas pressure induced fracturing”, International

Journal of Blasting and Fragmentation (1): 73-97.

Esen S, Onederra I, Bilgin H.A. (2003), “Modelling the size of the crushed zone around a blasthole”,

International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 40 (2003) 485–495

Hustrulid W. (1999), “Blasting principles for open pit mining”, Balkema, 2 vol.

Lilly P.(1986), “An empirical Method of Assessing Rock Mass Blastability”, Proceedings of the Large Open

Pit Mining Conference, The AusIMM/IE Aust Newman Combined Group

Lilly P. (1992), “The use of the Blastability Index in the design of blasts for open pit mines”, Proceedings of

the Western Australian Conference on Mining Geomechanics

Lopez Jimeno, “Manual de Perforación y Voladura de Roca”, Instituto Tecnológico Geominero de España

Persson P.A. , Holmberg R. (1994), “Rock blasting and explosives engineering”, CRC Press

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