6. Miniranje stijene 6.1. Minerski radovi Miniranje obuhvaća postupak razaranja neke razmjerno krute tvari pomoću neke druge eksplozivne tvari (eksploziva). Miniranje stijene u užem smislu 1 obuhvaća postupak izvedbe bušotina u stijeni koje se pune s određenom vrstom eksploziva čije aktiviranje i djelovanje razara (lomi, drobi, usitnjava) stijenu pretvarajući je u sipki materijal pogodan u logističkom i tehnološkom smislu za daljnje građenje ili za proizvodnji mineralnih gradiva. Radovi miniranja stijene pri građenju, u pogledu područja (prostora) njihove izvedbe na/u terenu, bili bi slijedeći: nadzemni (površinski) građevinski minerski radovi koji se izvode s površine terena gdje se minira u manjoj ili većoj dubinu stijenskog masiva, podzemni (tunelski) građevinski minerski radovi koji se izvodi unutar stijenskog masiva, te podvodni građevinski minerski radovi koji se izvode u stijenskom masivu pod vodom ili u stijeni neki način zasićenoj vodom. Miniranjem stijene za potrebe nekog građenja omogućava se, između ostalog izvedba iskopa u stijenskom masivu (tj. stvaranje iskopanog prostora - primjerice usjeka, zasjeka, rovova, temelja, tunela, galerija ili podzemnih prostorija, itd.) za potrebe daljnje izvedbe građevinskih radova u okviru neke gradnje, kao i za dobivanje usitnjenog (sipkog ili komadnog) tehničkog kamena za nasipavanje. Služi također na iskopima pri pridobivanje mineralne sirovine za proizvodnju gradiva (tucanika, kamene sitneži), prerađevina i betona. Pri građenju miniranje se također koristi za iskop u nekim vrstama tla (osobito za iskop u smrznutom tlu), za iskop panjeva te rušenje stabala, za rušenje betonskih i zidani građevina kao i njihovih dijelova. Ukupni minerski radovi, bez obzira gdje se i zašto odvijaju, obuhvaćaju njihovu (1) pripremu, zatim (2) glavne minerske radove na bušenju i glavnom (primarnom) miniranje stijene te na kraju možebitne (3) radove na naknadnom (dopunskom, sekundarnom) miniranju onih dijelova stijene koje se nije uspjelo minirati na željeni načinu okviru glavnog miniranja. Neposredni, bilo glavni bilo dopunski, minerski radovi obuhvaćaju pripremu neposrednog miniranja, izvedbu bušotina, njihovo punjenje eksplozivom, aktiviranje minskog polja te kontrolu učinka eksplozije odnosno miniranja. Priprema miniranja obuhvaća određene organizacijske i logističke aktivnosti prije, uoči te poslije miniranja. Najvažnije aktivnosti prije miniranja obuhvaćaju logistiku dobave eksploziva odnosno nabavu, dopremu i uskladištenje eksploziva te inicijalnih sredstava (slika 6.1.1) .
Slika 6.1.1: Primjer gradilišnog kontejnerskog privremenog skladišta eksxploziva (sličica lijevo) i suvremenog transportnog sredstva za prijevoz i mehanizirano punjenje bušotina eksplozivom (sličica desno)
1
-
Pri promišljanu samog miniranja stijene susreću slijedeći osnovni pojmov:ibušotina: šupljina u stijeni određenog promjera, duljine, nagiba te prostornog rasporeda u koju se smješta ekspoziv, eksploziv: kemijska smjesa tvari koja pod djelovanjem vanjskog impulsa u vrlo kratkom vremenu prelazi (eksplodira) u plinovito stanje (eksplozija) oslobađajući pri tome ogromnu po okolinu razornu energiju, sredstva za paljenje mina (inicijalna sredstva): na neki način složene posebne eksplozivne tvari koje toplinskim ili udarnim impulsom (tj. inicijalnom eksplozijom) aktiviraju eksplozivno punjene mine, mina: bušotina napunjena eksplozivom i opskrbljena incijalnim sredstvima, uz napomenu da ponekad eksploziv može biti samo površinski učvršćen na stijenu koja se minira, eksplozija: aktiviranje, detonacija i djelovanje eksplozivnog punjenja mine, minsko polje: određeni broj mina smješten po nekom pravilu u stijenskoj masi čiji raspored omogućava željeno (učinkovito) razaranje stijene u pogledu njezine razdrobljenosti (usitnjenosti) i odbacivanja.
67
Tu pripadaju također aktivnosti vezane uz obavještavanje javnosti koja je pod možebitnim utjecajem radava na miniranju (škola, stanovnika i sl.) te lokalne samouprave o miniranju i načinu provedbe miniranja a osobito u pogledu obavještavanja i uzbunjivanja prilikom samog miniranja (otpucavanja minskog polja) kao i o načinu zaštite okoliša od mogućeg štetnog utjecaja od miniranja. Važan dio ove pripreme je detaljni pregled i pismeno utvrđivanje stanja svih građevina u području mogućeg utjecaja minerskih radova kako bi se izbjegli nesporazumi oko možebitnih šteta nastalih za vrijeme miniranja odnosno nastalih kao posljedica miniranja. Sastavni dio svih navedenih priprema također je izrada te primjena prethodno elaboriranog projekta odnosno plana miniranja. Priprema minerskih radova odvija se jednim dijelom unutar pripreme građenja i gradilišta općenito, zatim dijelom u pripremi samih zemljanih radova odnosno pripremi radova u tlu i stijeni a zatim nadalje obuhvaća u okviru pripreme neposrednog miniranja, kao zasebne dijelove, pripremu radova na bušenja te pripremu samog miniranja. Neposredni pripremni radovi za bušenje obuhvaćaju samu pripremu opreme i pribora za bušenje, zatim izradu pristupnih puteva području miniranja te iskolčenje bušotina odnosno mina. Minerske radove neposredno pripremaju i provode, osim za miniranje odgovornih djelatnika, određeni stručni radnici. To su, kao prvo, strojari bušilica i kompresora ili bušaći (koji mogu također raditi kao pomoćno osoblje pri miniranju), zatim (pomoćni) mineri (a koji mogu biti također bušaći osobito pri radu ručnim bušaćim čekićima) kao stručno pomoćno osoblje pri pripremi miniranja, punjenju bušotina eksplozivom, postavljanje sredstava za aktiviranje (slika 6.1.2) itd, te osobito palitelji mina («fogini») kao školovani ovlašteni mineri za poslove organizacije i provedbe radova miniranja, za rukovanje ekspozivnim tvarima te za paljenja mina odnosno oni su zakonski odgovorni za pripremu, provedbu i kontrolu uspješnosti miniranja. Pomoćno osoblje pri miniranju (bušaći, mineri) obavljaju poslove zaštite minskog polja, obavještavanja okoline miniranja itd.
Slika 6.1.2: Prikaz punjenja minskog polja eksploziva u patronama (sličica lijevo, vidi se pomoćni miner kako drži motku za nabijanje patrona eksploziva u bušotinu) i (sličica desno) povezivanja mina detonirajućim štapinom kao umreženim inicijalnim sredstvom za aktiviranje pojedinih mina i ukupnog minskog polja.
Palitelji mina («fogini») zadužuju eksploziv i inicijalna sredstva u pogledu njihove količine i potrošnje. Odgovorni su za punjenje bušotina eksplozivom i povezivanje mina u svrhu aktiviranja njihova eksplozivnog punjenja te nadziru i ispituju mrežu inicijalnih sredstava za aktiviranje minskog polja (slika 6.1.2). Daju konačni znak za aktiviranje mina, aktiviraju minsko polje, daju zanak o završetku miniranja. Vrše obilazak minskog polja nakon otpucavanja odnosno obilazak i pregled izminirane stijenske mase. Provode daljnje aktiviranje neotpucanih mina na isti način kao i kod glavnog miniranja. Rade završni pisani izvještaj činjenicama provedbe miniranja, o utrošku eksploziva i ostalih eksplozivnih sredstava te u skladu s propisima i organizacijom logistike eksploziva razdužuju eksploziv. Stoga su najvažniji poslovi palitelja mina provedbe miniranja u skladu s planom miniranja.
68
Kako se vidi dva su osnovna skupa organizacijskih i tehnoloških aktivnosti pri minerskim radovima: izveba minskih bušotina u stijeni tj. radovi na bušenju stijene te neposredno miniranje stijene. Radovi bušenja obuhvaćaju izvedbu minskih bušotina te njihovo privremeno čepljenje ili neke druge oblike njihove zaštite od zapunjavanja prije punjenja eksplozivom. Nakon izvedbe bušotina i kontrole njihova smjera, nagiba i duljine izvodi se njihovo punjenje eksplozivom. Time započinju radovi neposrednog miniranja stijene. Punjenje bušotina eksplozivom obuhvaća dopremu eksploziva na područje miniranja, raspoređivanje eksploziva uz bušotine, postavu inicijalnih sredstava, punjenje bušotina eksplozivom (uz provjeru količine i rasporeda eksploziva) te povezivanje inicijalnih sredstva. Istovremeno ili neposredno nakon povezivanja mina inicijalnim sredstvima provodi se zaštita minskog polja odnosno okloliša od utjecaja miniranja, primjerice pokrivanje mina metalnim mrežama, fašinama (desno slika 6.1.3), granjem i sl. Provodi se također zaštita okolice od miniranja odnosno zaštita okolnih građevina (primjerice pokrivanje daskama, otvaranjem prozora itd), zatim obavještavanje javnosti zvučnim i vidljivim znakovima opasnosti, obustava prometa na bezopasnoj udaljenosti, te davanje konačnog zvučnog znaka za otpucavanje. Otpucavanje mina obuhvaća aktiviranje minskog polja (paljenja mina) i eksploziju. Uz to je moguće slušno provjeravanje odnosno procjenjivanje redosljeda otpucavanja (paljenja) mina. Slika 6.1.3: Prikaz zaštite minskog polja odnosno okoliša od odbacivanja izminiranog materijala mrežama fašinama25od i univerzalnog pletiva preko fašina Fašina je snop povezanog pruća i šiblja promjera 35-40 cm duljine oko 4 m. Debljina šiblja je do 5 cm. Povezana je žicom najmanje na dva mjesta, kako šiblje ne bi bilo jeko zbijeno zbog amortizacije udara. Poslije svakog miniranja fašine treba pregledati i ponovno povezati one koje su se prilikom miniranja razvezale. Preko mreže od univerzalnog pletiva postavlja se čelično uže na razmaku od 0,5 m do najviše 1,0 m a na krajeve čeličnog užeta mogu se kao «sidra» pričvrstiti primjerice stare autogume.
Pregled izvršenog miniranja obuhvaća obilazak i pregled minskog polja, pregled pojedinačnog djelovanja mina, naknadno paljenje neotpucanih mina ili dijelova minskog polja te ocjenu rezultata miniranja u pogledu dobijene veličine lomljenjaka odnosno izminiranog materijala. Naknadno (dopunsko, sekundarno) miniranje obuhvaća razbijanje većih komada ili dijelova stijenskog masiva koji nisu razoreni (usitnjeni) na planirani način, a provodi se sa istim redoslijedom aktivnosti kao glavno miniranje. Miniranje se obvezno završava pismenim izvještajem o činjenicama, odnosno ostvarenim rezultatima, njegova izvršenja i pohranjivanjem zapisnika zbog riješavanja moguće kasnije bilo koje problematike nastala kao posljedica miniranja. Prije glavnog miniranja obveznose provode manja miniranja zbog provjere, odnosno mjerenja seizmičkog efekta na okolinu radi ispravke parametara miniranja prethodno dobivenih proračunom punjenja minskih bušotina u planu miniranja. Također je potrebno provoditi seizmička mjerenja za svako izvedeno miniranje, ukoliko postoje građevine u blizini minskog polja, kako bi se moglo ispraviti punjenja slijedećih miniranja radi izbjegavanja daljnjih većih oštećenja.
69
Na ukupne minerske radove, tj. radova bušenja i miniranja zajedno, u tehničko-tehnološkom i tehničko-minerskom pogled prvenstveno imaju utjecaj prostorni položaj (morfologija terena, odnos s okolinom, reljef) i strukturna obilježja stijenskog masiva koji se minira kao i neka fizičkomehanička obilježja kamena u okviru tog masiva osobito njegova tvrdoća, čvrstoća i žilavost. Tvrdoću obilježava otpor stijene na prodiranje bušaćeg pribora ili alata za bušenje, čvrstoću obilježava otpor stijene na statičko djelovanje alata a žilavost obilježava otpor na dinamičko djelovanje alata. Više na bušenje osobito trošenje alata za bušenje, a manje na samo miniranje, ima utjecaj mikrostruktura stijene, kao primjerice vrsta (sastav), veličina i oblik zrna minerala te uzajamna veza i odnos minerala. Veličina zrna minerala (zrnatost) može biti gusta (veličina zrna oko 0,05 mm), fina (veličina zrna od 0,5 do 1,00 mm), srednja (veličina zrna od 1,00 do 5,00 mm) i gruba (veličina zrna iznad 5,00 mm). Na trošenje alata kod bušenja najveći utjecaj ima sadržaj silicija u kamenu, jer je vrlo tvrd te brzo troši (haba, brusi) bušači pribor i time čini stijenu teškom za bušenje. Također gusta ili fina zrnatost izaziva veće trošenje bušaćeg pribora nego gruba zrnatost stijene. U tehničkom smislu, obziroma na neposredno djelovanje samog alata na stijenu, bušenje može biti udarno sa zakretanjem (perkusivno) i kružno (rotacijsko). Udarno bušenje obuhvaća povremeni (ciklički) udar na alat za bušenje uz uporedno (istovremeno) zakretanje alata. Prevelik tlak udara izaziva teško okretanje alata a premali tlak dovodi do odskakanja alata za bušenje. Odnos broja okretaja i broja udara je primjerice oko 1/9 do 1/10. Kružno bušenje se sastoji od stalnog pritiska na alat za bušenje uz uporedno (istovremeno) okretanje alata. Pri miniranju odnosno bušenju mina za potrebe građenja najčešće primjenjuje oprema za udarno bušenje stijene koju čine razne vrste bušilica i pribor za bušenje. Pogon tih bušilica je (sve manje) zračni ili uglavnom (trenutno preovladavajući) hidraulični. Bušilice se dijele na samostalne pretežito lake ručne bušače čekiće na pogon stlačenim zrakom2 (mase do 30 kg, promjeri bušenja 25 do 45 mm, dubine bušenja do najviše oko 4 m, brzina prodiranja u stijenu oko 35 cm/min, utrošak zraka od 1,5 do 4,5 m3/min) gdje pribor za bušenje čine monoblok svrdla s jednobridnim, trobridnim ili križnim sječivom, zatim na srednje teške i teške lafetirane bušače čekiće na nepokretnom ili polupokretnom postolju, te samohodne bušilice (slika 6.142) koje uz teške bušaće čekiće obuhvaćaju ostalu opremu za njihov pogon i kretanje.
Slika 6.1.4: Samohodna lafetirana bušilica na gusjenicama sa vanjskim teškim bušaćim čekićem (sličica lijevo); na sličici desno vide se brdavičaste krunice kao trenutno uobičajeni pribor za bušenje u svim vrstama stijena (redom odozgo: tvrde abrazivne stijene, tvrde stijene, prosječne stijene, meke stijene). 2
Za zračni pogon bušaćih čekiča i bušilica potreban je tlačeni (komprimirani) zrak koji proizvode kompresori. Normalni radni tlakovi opreme za bušenje su 7 bara (najviše 10 bara). Kompresori se dijele, obzirom na način rada, na stalne (stabilne) klipne kompresore na električni pogon (tlačenje zraka postižu klipom unutar kružne komore) i pokretne (vučene) vijčane kompresore na diesel-pogon (tlačenje zraka postižu u međuprostoru dvaju tzv. helikoidnih vijaka).
70
Lafetirani udarni bušači čekići mogu biti vanjski ili dubinski. Kod vanjskih se udar i zakretanje izvodi u lafetiranom čekiću izvan bušotine dok se kod unutarnjih zakretanje izvodi uređajem izvan bušotine a udar u čekiću unutar bušotine (engl. down the hole →DTH). Pri građevinskim minerskim radovima najčešće se rabe lafetirani vanjski udarni bušaći čekići odnosno samohodne bušilice sa teškim bušaćim čekićima na hidraulični pogon (prethodna slika 6.1.4 sličica desno). Kao pribor za bušenje rabe se uglavnom šipke s krunicama (usadnik, šipke i krunice se sastavljaju spojnicama, slika 6.1.5). Krunice mogu biti križne ili bradavičaste. Bradavičaste krunice su se do danas uglavnom koristile za bušenje vrlo abrazivnih stijena međutim sve se više koriste kao pribor za bušenje svih vrsta stijena (slika 6.1.4 sličica lijevo).
slika 6.1.5: Pribor za bušenje samohodnih lafetiranih bušilca sa teškim bušaćim čekićima: šipke s krunicama (usadnik, šipke i krunice se sastavljaju spojnicama).
Najveći utjecaj na radove bušenja i miniranja zajedno imaju makrostrukturna obilježja stijene: slojevitost (sedimentnih stijena), škriljavost (metamorfinih stijena), masivnost i lučenje (eruptivnih stijena) te raspucalost (svih vrsta stijena). Slojevitost u nekim slučajevima otežava a ponekad olakšava minerske radove ovisno o pružanju i debljini slojeva. Slojevitost osobito utječe na pravac bušenja, raspored mina (ali i eksploziva unutar mina) te utrošak eksploziva. Škriljavnost, kao obilježje različitog ponašanja stijene u jednom smjeru prostornog pružanja od drugog, olakšava ukupne minerske radove. Masivnost i lučenje, kao obilježje ravnomjernosti pružanja odnosno jednolikosti (homogenosti) strukture stijena, olakšava minerske radove u smislu uspješnosti ostvarenja planiranog djelovanja mina (oblik iskopa, razdrobljenost stijene, smjer odbacivanja mina), međutim povećava troškove radova zbog povećanog utroška eksploziva i pribora za bušenje. Raspucalost ima nepovoljni utjecaj na bušenje i miniranje ovisno o stupnju raspucalosti a osobito na brzinu pridiranja pribora za bušenje kao i u pogledu utroška eksploziva. Osim navedenih obilježja stijene na uspješnost bušenja utječu parametri bušenja (promjer, duljina, nagib, razmak i raspored bušotina), zatim tehničke osobine opreme i pribora za bušenje te uvježbanost bušaća. Sva navedena obilježja daju dva osnovna skupa utjecaja na ukupne minerske radove koji se općenito utvrđuju kao otpor stijenskog masiva na miniranje, a to su: otpor stijene na bušenje koji osobito ovisi o tvrdoći, čvrstoći, žilavosti i zrnatosti kamena stijene te slojevitosti stijenskog masiva, otpor stijene na miniranje koji uz prije navedeno ovisi još o veličini prostora i uklještenosti stijenskog masiva koji se minira. Osobito je glavana zadaća i ključna uloga eksploziva u pogledu savladavanja navedenih otpora stijenskog masiva. Stoga se stijene u pogledu samog miniranja (i na to vezanih obilježja bušenja kao što su primjerice navedeni parametri bušenja), odnosno mogućeg djelovanja eksploziva, dijele u načelu na pet “težinskih” kategorija odnosno na stijene koje se (1) vrlo lako miniraju, (2) lako miniraju, (3) srednje teško, (4) teško odnosno (5) vrlo teško miniraju. Ovoj okvirnoj podjeli stijene u pogledu njihova miniranja prilagođava se primjena pojedine vrste eksploziva i pripadnih inicijalnih sredstava zavisno o ostalim parametrima miniranja.
71
6.2. Eksploziv, eksplozivna punjenjai i sredstva za paljenje eksploziva Ključnu ulogu u minerskim radovima, samo je po sebi razumljivo, imaju eksplozivi i sredstva njihova aktiviranja odnosno inicijalna sredstva. Trenutni razvoj tehnike, tehnologije, logistike te uz to općenite sigurnosti pri proizvodnji, distribuciji, rukovanju i korištenju eksploziva dao je dodatnih zamah sve većoj primjeni miniranja u rudarstvu i građevinarstvu, osobito u slučaju masovnog iskopa stijene. Povoljna tehničko-tehnološka, tehničko-minerska, kao i u najvećoj mjeri moguća tehničkosigurnosna obilježja suvremenih eksploziva omogućavaju u potpunosti kontrolirano miniranje stijene. To znači da je takvim miniranjem moguće ostvariti željenu granulaciju i razmještaj izminirane mase u području iskopa stijenskog masiva tj. moguće je usmjeriti odbacivanje, ograničiti daljinu odbacivanja te ostvariti planirani prostorni oblik izminirane mase. Moguće je u potpunosti takođe ostvariti željeni (projektirani) obris iskopa. Također je moguće u najvećoj mjeri zaštiti od nepoželjne dezintegracije ostali dio stijenskog masiva koji se ne minira i na taj način očuvati njegova, za daljnje građenje, povoljna inžinjersko-geološka, fizičko-mehnička odnosno geotehnička obilježja. Eksplozivi su kemijski spojevi ili smjese koje pod djelovanjem vanjskog impulsa u dijeliću vremenu (oko 0,002 sekunde) prelaze u plinovito stanje (razvijaju se velike količine plinova koji naglo povećavaju svoj obujam) pri čemu se razvija visoki tlak (do 20.000 Mpa) i toplota (do oko 6.0000C) koji kao takovi snažno razaraju okolinu eksploziva. Impuls može biti mehanički, toplinski ili njihova kombinacija (primjerice eksplozivni impuls). Sama eksplozija je vrsta kemijske eksplozije gdje se kemijsko razlaganje eksploziva dešava ili gorenjem (za razlaganje služi kisik iz eksploziva) ili deflagracijom (mala brzina razlaganja eksploziva od sloja do sloja prenošenjem topline) ili detonacijom (razlaganje eksploziva od sloja do sloja vrlo brzim udarnim valom). Velika količina oslobođene energije eksplozije (od oko 4 MJ/kg do oko 8 MJ/kg eksploziva) “troši” se najviše na drobljenje (gnječenje, raspucavanje i odbacivanje) okolne stijene, manje na razvijanje elastičnih valova koji se rasprostiru na veću ili manju udaljenost od središta eksplozije kroz stijenu, primjerice u vidu akustičnih i potresnih odnosno seizmičkih valova a što je tzv. seizmički efekt miniranja, te dobrim dijelom na zagrijavanje okoline eksplozije tj. izminirane stijene. Eksplozivi3 se dijele (vidi tablicu 6.2.1), kao prvo u smislu kemijskog razlaganja, na potisne (deflagrantne) eksplozive i brizantne eksplozive. Podvrste su inicijalni eksplozivi i neki posebni eksplozivi namijenjeni za posebne vrste minerskih radova. U deflagrantne eksplozive pripadaju baruti i eksplozivna salitra. Izazivaju eksploziju prvog reda kod koje je brzinu detonacije manja od oko 1000 m/sek. Imaju potiskujuće djelovanje. Brizantni eksplozivi izazivaju eksploziju drugog reda čija je brzina detonacije veća od 1000 m/sek. Djeluju razarajuće na okolinu eksplozije. Dijele se, kao drugo, prema kemijskom sastavu, na proste (jednostavne) brizantne eksplozive (to su čisti kemijski spojevi koji daju eksplozive s jednostavnim molekulama) i složene brizantne eksplozive (to su pretežito mehaničke smjese prostih eksploziva). Osnovu prostih (jednostavnih) brizantnih eksploziva pretežito čine kemijski spojevi dušika (nitrogena)4 primjerice esteri dušične kiseline (nitroglicerin, nitroglikol) odnosno ostali nitrati 3 Oko 200. godina prije Krista stari Kinezi pronašli su i počeli rabiti crni barut. Krajem srednjeg vijeka crni barut se koristi u vojne svrhe a tek u XVII. stoljeću kao korisni eksploziv. Na prijelazu XIX. stoljeća pronalaze se kao eksplozivi kalijski klorat, srebrni i živin fulminat te smišlja sporogoreći štapin. Sredinom XIX. pronalazi se nitroglicerin. Tada A. Nobel gardi prve tvornice eksploziva i proizvodi redom sve sigurnije eksplozive - prvo gurdinamit a zatim dinamit. Krajem toga stoljeća proizvode se metanski sigurnosni eksplozivi i detonirajući štapin. Sredinom XX. stoljeća počinje primjena električnog aktiviranja mina te razvoj AN-FO eksploziva.. 4 prema http://dk4.pbf.hr Dušik ili nitrogen, bezbojan plin bez mirisa i okusa, nešto lakši od zraka, slabo topljiv u vodi. U prirodi se pojavljuje pretežno (99%) u elementarnom stanju, kao sastojina zraka (kojeg sačinjava 4/5 po volumenu), u vulkanskim ekshalacijama, u mnogim mineralnim vodama i dr. Vezan dolazi u prirodi u obliku nitrata (npr. u čilskoj salitri) i nitrita, u amonijaku i amonijskim solima, a najčešće u mnogim organskim spojevima, osobito u životinjskim i biljnim bjelančevinama. D. se dosta teško spaja s drugim elementima; ne gori niti podržava gorenje iako se pod pogodnim okolnostima može spojiti s kisikom u dušik-oksid (NO), s vodikom u amonijak i s nekim metalima u nitrid. Sinteza amonijaka ima veliko tehničko značenje kao najvažniji način za dobivanje dušičnih spojeva iz slobodnog dušika u atmosferi. D. se najviše upotrebljava za proizvodnju umjetnih gnojiva za što se troši 85% svjetske proizvodnje. Ostatak se koristi u raznim granama industrije. Među najznačajniji spojevi d. pripada dušična kiselina (HNO3) jedan je od najvažnijih anorganskih spojeva, upotrebljava se u proizvodnji lijekova, boja, eksploziva te za nitriranje organskih tvari. Dobiva se najčešće oksidacijom (izgaranjem) amonijaka. Soli dušične kiseline su nitrati, topljivi su u vodi, poznat ih je vrlo veliki broj, a najvažniji je amonijev nitrat (NH4NO3, amonijeva salitra) koja se upotrebljava kao eksploziv i umjetno gnojivo. Dušikovodična kiselina (HN3) izuzetno je eksplozivna, pa se i njene soli kao što su olovo(II)-azid (Pb(N3)2) i živin(I)-azid (HgN3) upotrebljavaju kao detonatori eksploziva.
72
(trinitrotoulen ili trotil ili T.N.T, amonij nitrat, pikrinska kiselina ili ekrazit) itd. Da bi ti eksplozivi imali određena minersko-tehnička obilježja moraju sadržavati nositelje kisika (kalijev i natrijev nitrat), zatim sredstva koja daju radnu sposobnost (trotil, nitroglikol) i pomažu gorenje odnosno povećavaju energiju (ugljena prašina, metalni prah) te ostala sredstva koja smanjuju osjetljivost eksploziva a osiguravaju stabilnost mješavine. Složeni brizantni eksplozivi se dijele na opasne eksplozive (praskava želatina, dinamit) koji se više ne proizvode i pouzdane (sigurnosne) gospodarske eksplozive. Tablica 6.2.1. Razvrstavanje eksploziva općenito
sastav baruta i gospodarskih (složenih, puzdanih) eksploziva osnovni dodaci eksplozivi
vrste eksploziva: potisni (deflagrantni) eksplozivi
baruti
crni barut bezdimni barut eksplozivna salitra esteri dušične kiseline osnovni (prosti)
nitrati
perklorati kalija opasni brizantni eksplozivi
složeni
gospodarski (pouzdani, sigurnosni)
kalij nitrat, sumpor, drveni ugljen nitroceluloza, nitoglicerin ili aceton nitroglicerin (nitroglicerol) nitroglikol nitroceluloza trotil (t.n.t.) amonij nitrat ekrezit kalij nitrat natrij nitrat dinamit praskava želatina amonijsko-nitratni praškasti eksplozivi ANFO → praškasti i granulirani amonijskonitratni uljni eksplozivi vodoplastični eksplozivi («slurry») metalizirani vodoplastični emulzijski eksplozivi amonijsko-nitratni poluplastični eksplozivi nitroglicerinski plastični eksplozivi
posebni gospodar. eksplozivi nitrati inicijalni eksplozivi
pentrit heksogen živin fulminat (praskava živa) olovni azid
nitroglicerin nitroglicerin amonij nitrat trotil nitoglicerin amonij nitrat + amonij nitrat natrij nitrat amonij nitrat natrij nitrat nitroglicerin nitroglikol amonij nitrat trotil nitroglicerin nitroglikol nitroceluloza
kolodijski pamuk organske gorive tvari dizelsko ulje (nafta) metalni prah voda aluminjski prah voda natrijeve soli drveno brašno stabilizatori
organski i neorganski dodaci
metanski eksplozivi kumulativna punjenja + trotil = detonatori («busteri»), detonirajuići štapini, rudarske kapice, električni detonatori, rudarske kapice i električni detonatori od bakra rudarske kapice i električni detonatori od aluminija
Prema važećem «Zakonu o eksplozivnim tvarima za gospodarsku uporabu» “gospodarski eksplozivi su eksplozivne tvari koje se rabe za lomljenje, rastresanje i usitnjavanje mineralnih sirovina i drugih materijala, rušenje građevinskih i drugih objekata te oblikovanje predmeta i materijala energijom oslobođenom pri detonaciji eksplozivnih punjenja”. Gospodarski eksplozivi su sigurni u smislu osjetljivosti na iniciranje ili mehaničke osjetljivosti na udar i trenje te toplinska djelovanja prilikom njihova transporta, skladištenja i rukovanja. Oni su razmjerno kemijski stabilni a njihova temperatura paljenja je iznad +1600 a smrzavanja ispod -200. Prenose detonaciju između odvojenih pakovanja ovih eksploziva najmanje je 4 cm. Najmanja energija aktivacije (izražava se kao osjetljivost na iniciranje te mehaničko i toplotno djelovanje) ovih pouzdanih eksploziva utvrđena je standardnom
73
snagom rudarske kapice br.8 (vidi kasnije inicijalna sredstva). Gospodarski eksplozivi dijele se (vidi tablicu 6.2.2), prema konzistenciji ili agregatnom stanju, na praškaste, granulirane, poluplastične, plastične i vodoplastične-kašaste brizantne eksplzive u koje potonje pripadaju također emulzijski eksplozivi. Pakovanje praškastih, poluplastičnih i plastičnih eksploziva najčešće je u patronama na neki način ovijenim posebnim vrstama papira ili pvc-a. Pakovanje granuliranih eksploziva je u vrećama. Vodoplastični a osobito emulzijski eksplozivi mogu biti ili pakovani ili proizvedeni (izmiješani) na licu mjesta prilikom samog punjenja minskih bušotina. Tablica 6.2.2:Osnovna obilježja gospodarskih eksploziva gospodarski eksplozivi
praškasti eksplozivi
sastavnice osnovni eksploziv dodaci amonij nitrat organske trotil gorive nitoglicerin tvari, heksogen sredstva za zaštitu od vlage amonij nitrat + dizelsko ulje (nafta)
brzina detonacije do oko 4.000 m/sek
do oko 4.000 m/sek
ANFO
vodo plastični eksplozivi
emulzijski eksplozivi
poluplastični eksplozivi
plastični eksplozivi
amonij nitrat natrij nitrat
metalni prah, voda
do oko 6.000 m/sek
amonij nitrat natrij nitrat
do oko 5.000 m/sek
nitroglicerin nitroglikol amonij nitrat trotil
aluminjsk i prah, voda, natrijeve soli drveno brašno, stabilizatori
nitroglicerin nitroglikol nitroceluloza
organski i neorganski dodaci
do oko 7.000 m/sek
priprema neotporni na vodu, pakovanje patrona u plastičnom omotu
neotporni na vodu, pakovanje u plastičnom omotu, u suhim bušotinama strojna priprema i punjnje na licu njesta otporni na vodu, smanjena osjetljivost na udar i trenje, strojno punjenje bušotina otporni na vodu, pripremaju (miješaju) se na licu mjesta i ubacuju cijevima u bušotinu otporni na vodu, pakovanje u patronama
otporni na vodu, pakovanje u patronama
uporaba (primjena) sve vrste miniranja osobito u kombinaciji s plastičnim eksplozivima zbog velike ekonomičnosti i sigurnosti za miniranja u kamenolomima i površinskim kopovima miniranje čvrstih i žilavih stijena kamenolomima i površinskim kopovima uz miniranje najčvršćih stijena
miniranje čvrstih i žilavih stijena, geofizička i sezmička mjerenja miniranje najčvršćih žilavih stijena, rudarski eksplozivi, miniranja u tunelogradnji
tržišni nazivi RUPEX Detonal Amonal Kamniktit Andex ANFO1 ELMEX ELMEXAL Prillit Akvanol Nitrol1 AnfexM4 Kamex
ELMULEX Kamniktit E Emulite Emex Emulgit
Dynamex Donarit Gelamon
Sve navedene eksplozive obilježava brzina detonacije (brzina širenja detonacijskog vala kroz eksploziv odnosno brzina širenja eksplozije kroz eksploziv; u m/sec), a zatim brizantnost (razorna snaga koja se utvrđuje kao tlak detonacije), snaga (radna sposobnost eksploziva), prijenos detonacije (razmak prenosa detonacije s patrone na patronu; u cm) kao i energija eksploziva, obujam plinova, specifični tlak, temperatura eksplozije, gustoća eksploziva, bilanca kisika, osjetljivost (na udar, trenje, iniciranje, toplotno djelovanje itd.) te otpornost na vodu, na mraz i sl. Praškasti brizantni eksplozivi se rabe u svim oblicima minerski radova pri građenju osobito pri miniranju manjih količina iskopa temelja, rovova i sličnih prostora u stijeni te u kombinaciji s plastičnim eksplozivima za potrebe masovnih miniranja stijene. Oni su pretežito mehaničke smjese prostih eksploziva na osnovi amonijum-nitrata s trotilom i nitroglicerinom. Nisu otporni na vlagu i vodu te se pakuju u patronama s pvc omotom. Brzina detonacije je do oko 4.000 m/sec, prijenos
74
detonacije oko 7 cm. Komercijalni nazivi ovih eksploziva su primjerice RUPEX (domaći eksploziv, osnovni tehničko-minerski podaci nalaze se slici 6.2.1), Detonal, Amonal, Kamniktit, Anfex.
Slika 6.2.1: Osnovni tehničko-minerski podaci o gospodarskom praškastim eksplozivima tipa RUPEX (gornje dvije tablice) i (donje dvije tablice) semipraškastom eksplozivu ANFO 1 domaće proizvodnje (izvor: Anfo 93 d.o.o. za proizvodnju i promet gospodarskog eksploziva)
AN-FO eksplozivi su mješavina amonijum-nitrata i nafte (dizelsko ulje) u odnosu oko 95% i 5%. Zbog svoje velike sigurnosti (smataraju se jednim od najsigurnijih eksploziva), jednostavnosti te osobito ekonomičnosti sve se više primjenjuju kod svih oblika miniranja u građenju osobito kod masovnih površinskih iskopa u stijeni primjerice pri iskopu velikih usjeka, zasjeka i predusjeka. Mogućna je njihova pripreme na licu mjesta pri punjenju bušotina promjera većih od 100 mm i strojnog punjenje tih bušotina ali svakako pri miniranju suhe stijena. Tada amonijum-nitrat mora biti granuliran i porozan da bi što bolje “upio” naftu. Ukoliko je stijena mokra pakirani su u pvc-folijama. Njihova brzina detonacije je do oko 3.500 m/sec te razvijaju niži detonacijski tlak. Komercijalni nazivi ovih eksploziva su primjerice ANFO1(domaći eksploziv, osnovni tehničko-minerski podaci podaci nalaze se na prethodnoj slici 6.1.1), ELMEX, ELMEXAL (domaći eksploziv, osnovni tehničko-minerski podaci podaci nalaze se na slici 6.2.2), Prillit, Akvanol, Nitrol1, Anfex M4 itd.
Slika 6.2.2: Osnovni tehničko-minerski podaci gospodarskom ANFO praškastim eksplozivima tipa ELMEX I ELMEXAL domaće proizvodnje (izvor: ELMECH RAZVOJ d.o.o. za proizvodnju i usluge)
75
Na osnovi amonium-nitrata i natrium-nitrata izrađuju se vodootporni vodoplastični (tzv. “slurry”) eksplozivi (brzina detonacije oko 6.000 m/sek) i emulzijski eksplozivi (brzina detonacije oko 5.000 m/sek) koji su ustvari metalizirani vodoplastični eksplozivi odnosno mješavina AN-FO eksploziva s vodom i dodacima metalnog odnosno aluminijskog praha. Mješavine emulzijskih eksploziva s ANFO eksplozivima daju tzv. teške ANFO ili HANFO eksplozive. Otporni su na vodu a pretežito se pripremaju (miješaju) na licu mjesta prilikom strojnog punjenja bušotina (prethodna slika 6.1.1, sličica desno). Rabe se za masovna miniranja srednje tvrdih do najčvrćih stijena. Komercijalni naziv vodoplastičnog eksploziva je primjerice Kamex a emulzijskih eksploziva su primjerice ELMULEX, ELMULEXAL (domaći eksploziv, osnovni tehničko-minerski podaci nalaze se na slici 6.2.3), Kamniktit E1/2/, Emulit, Emex, Emulgit itd.
Slika 6.2.3: Osnovni tehničko-minerski podaci gospodarskomemulzijskim eksplozivima tipa ELMULEX I ELMULEXAL domaće proizvodnje (izvor: ELMECH RAZVOJ d.o.o. za proizvodnju i usluge)
Poluplastični i plastični brizantni eksplozivi rabe se također u svim oblicima i vrstama građevinskih minerskih radova u čvrstim žilavim stijenama za potrebe masovnijih iskopa pri građenju cestovnih prometnica, hidroelektrana itd. Oni su pretežito želatinozne smjese nitroglicerina i nitroglikola (zajedno čine oko 80% smjese) s nitrocelulozom te ostalim organskim i neorganskim tvarima. Poluplastični eksplozivi sadrže također amonijnitrat te kao stabilizator drveno brašno i slične tvari. Svi su otporni na visoke i niske vanjske temperature te na utjecaj vode i vlage. Pakuju se uobičajeno u patronama. Osjetljivi su zbog nitroglicerina na udar. Brzina detonacije je oko 7.000 m/sec. Komercijalni nazivi plastičnih eksploziva su primjerice Dynamex, Donarit, Gelamon itd. Svi navedeni gospodarski eksplozivi, zbog svojih minerskio-tehničkih sigurnosnih obilježja, moraju se aktivirati (dovesti do detonacije) nekim početnim (inicijalnim) toplinskim ili udarnim impulsom. Stoga svako eksplozivno punjenje mine sadrži uz glavno punjenje eksploziva (glavni eksplozivni naboj) neko inicijalno eksplozivno punjenje koje aktivira (inicira) eksploziv glavnog punjenja (naboja) mine. Inicijalno eksplozivno punjenje pretežito sačinjava udarna patrona eksploziva opremljena nekim sredstvom za paljenje (inicijalnim sredstvom) koje aktivira prvo eksploziv udarnog punjenje odnosno eksploziv udarne patrone a ona zatim dalje aktivira eksploziv glavnog punjenja (naboja) mine. Prema već spomenutom važećem «Zakonu o eksplozivnim tvarima za gospodarsku uporabu» «sredstva za paljenje eksploziva su sve vrste upaljača, pojačivaća (bustera), usporivača, štapina i pirotehničkih sredstava koja se rabe pri miniranju». Način aktiviranja glavnog punjenja (naboja) mina putem inicijalnog punjenja odnosno udarne patrone s inicijalnim sredstvom mogu nelektrični i električni. Sama sredstva aktiviranja su upaljači ili detonatori (rudarske kapice, električni upaljači ili detonatori i sl.) i goreće ili eksplozivne vrpce odnosno štapini (spogoreći štapini, detonirajući štapin). Upaljači ili detonatori mogu biti trenutni
76
detonatori (aktiviraju se odmah prilikom “paljenja”) i vremenski detonatori kada se aktiviraju usporenjem u nekom vremenskom intervalu od trenutka njihova “paljenja”. Neelektrično aktiviranje ili iniciranje mina odnosno udarne patrone inicijalnog punjenja mina obavlja se pomoću udarne patrone opremljene s rudarskom kapicom i sporogorećim štapinom (daljnja slika 6.2.12 gore lijevo), udarne patrone opremljene detonirajućim štapinom (daljnja slika 6.2.12 dolje lijevo), te suvremenim NONEL sustavom aktiviranja mina odnosno iniciranja eksploziva neelektričnim načinom. Električno aktiviranje odnosno iniciranje mina obavlja se pomoću električnih detonatora, vodiča električne struje (žice, kabeli) i dinamo-strojeva za paljenje mina. Rudarske kapice (rudarske kapisle, sličica lijevo, slika 6.2.4) proizvodili su se, u smislu svoje snage, od broja 1 do 12. Danas se proizvode samo rudarske kapice br. 6 kao trenutni detonatori za aktiviranje brizantnih plastičnih eksploziva te rudarske kapice br. 8 za aktiviranje brizantnih praškastih eksploziva. Sastoji se od metalne čahure unutar koje se nalazi inicijalno eksplozivnom punjenje te brizantno eksplozivno punjenje od, primjerice, živinog fulminata. U kapicu se utakne sporogoreći štapin koji aktivira inicijalno punjenje a ono inicira dalje jednostruko brizantno punjenje kapice br.6 odnosno dvostruko brizantno punjenje kapice br.8. Sporogoreći štapin je vrpca promjera oko 0,5 cm koja se sastoji od barutne jezgre omotane u više slojeva pamučnom, konopljinom ili jutenom pređom impregniranom bitumenskom izolacijom te u posebnim slučajevima presvlakom od pvc-materijala kada se traži vodosigurnost štapina. Brzina gorenja 1 metra ovog šatapina je od 110 do 140 sekundi a za praktičnu primjenu računa se s brzinom od 1,2 m/min. Jedan palioc mina može paliti do najviše 5 štapina, najmanje duljine 1,3 m. Štapin se pali (inicira) minerskim šibicama. Za paljenje više štapina odjednom služe minerski tuljci (do pet štapina) i minerska saća (do 30 štapina).
Slika 6.2.5: Sporogoreći štapin, sličica desno: pšresjek sporogorećeg štapina
Za aktiviranje nekih neosjetljivh eksploziva (ANFO, vodoplastični) nije dovoljna snaga rudarske kapice br.8 nego se moraju dodatno rabiti još pojačani detonatori (pojačivaći detonacije) ili busteri (“boosteri”, sličica desno, slika 6.2.6) u koje se mogu uložiti rudarske kapice ili električni detonatori. Snaga im se izražava brojem rudarskih kapica br. 8 koje zamjenjuju. Basteri se mogu također aktivirati detonirajućim štapinom. Oni iniciraju eksplozivno punjenje bastera a ono inicira odnosno aktivira ostalo glavno punjenje (naboj) mine. Basteri se sastoje također od metalne čahure koja sadrži inicijalni eksploziv pentolit koji je mješavina pentrita i TNTa . Detonirajući štapin (slika 6.2.7) je eksplozivna vrpca promjera 5 do 6 mm namijenjena za prenos inicijalne detonacije od rudarske kapice ili električnog detonatora na veliki broj udarnih patrona minskih punjenja. S udarnom patronom “spaja” se omotavanjem ili provlačenjem kroz tijelo patrone. Sastoji se od eksplozivne jezgre (pretežito inicijalni eksploziv pentrit), omotača od pređe i plastične izolacije. Detonirajući štapin ima brzinu “gorenja” ili detonacije od oko 6.500 m/sec pa do oko 8.000
77
m/sac. Otporan je na niske temeperature (uporaba moguća do - 40° C). Pali se (inicira se) rudarskom kapicom br.8 ili električnim detonatorom.
Slika 6.2.7: Detonrajući štapin
Uz detonirajuće štapine koriste se milisekundni usporivači (konektori, retarderi), koji omogućavaju vremensko (odnosn kasnije) paljenja pojedinih mina (ili redovna mina), čime se dobivaju nove slobodne površine, bolje usitnjavanje materijala i smanjenje potresnih valova. Mogu biti ugrađeni na detonirajući štapin u minskoj bušotini te vani u minskom polju između mina i grupa mina (između redova mina). Intervali usporenja (kašnjenja) su primjerice 25 ili 50 msec (milisekundi). Sastoje se (sličica lijevo, slika 6.2.8) od (1) metalne čahure u koju se s obe strane može utaknuti štapin), (3) inicijalnog punjenja i tzv. (4) usporivača odnosno sporogorećeg umetka koji usporava detonaciju štapina. Električni detonatori (električni upaljači), kao sredstva električnog aktiviranja eksplozivnog punjnja mina, dijele se na trenutne i vremenske električne detonatore (sličica dolje desno, slika 6.2.10). Vremenski električni detonatori mogu biti polusekundni (0-10 vremenskih razmaka), četvrtsekundni (0-10 vremenskih razmaka) i milisekundni s vremenskim razmacima od 34 msec (0-12 razmaka ili brojeva) i 23 msec (0-12 razmaka ili brojeva). Električni detonator (sličica lijevo gore, slika 6.2.9) se sastoji (8) od metalne košuljice u koju ulaze vodiči a unutar koje se nalazi (3) električna glavica odnosno mostić koji svojim zagrijavanje aktivira (5) usporivač paljenja te osnovno (6, primarno) (7, sekundrano) eksplozivno punjenje detonatora snage rudarske kapice br.8. Otpor mostića, ovisno u tipu detonatora, može biti od 1 do 20 Ω odnosno odgovarajuća struja paljenja od 1 do 20 A. Aktiviranje električnog paljenja izvodi se dinamo-strojevima za paljenje mina koji su takove snage da mogu svojom strujom “savladati” ukupni otpor paljenja kroz električne detonatore i vodiče električne struje do detonatora.. Vezivanje električnih upaljača unutar raspoređenih mina odnosno minskog polja može paralelno, serijsko i kombinirano (slika 6.2 11) pa postoji serijska, paralelna i kombinirana električna mreža za paljenje mina. Kod serijske mreže upaljači se povezuju slijedom jedan za drugim. Nedostatak ovog načina, za razliku od paralelne mreže, prvenstveno je u tome što prekid (otkaz) jednog detonatora otkazuje aktiviranje čitavog polja jer nema prolaza struje. Međutim zbog jednostvnosti izvedbe i kontrole mreže, zbog iste jačine struje koja prolazi kroz mrežu, zbog potrebe vodiča manjeg presjeka i manje snage dinamo-stroja za paljenje mina, ovaj način umrežavanja minskih polja koristi se pretežito odnosno češće nego paralelna mreža koja je dosta složenija i zahtjevnija u realizaciji.
78
Slika 6.2.11: Način povezivanja električnih upaljača
Prikazana odnosno opisana sredstva za aktiviranje ili iniciranje eksploziva (detonatori ili upaljači, štapini) međusobno se kombiniraju prilikom vremenskog umrežavanja paljenja eksplozivnog punjenja pojedinih mina nekog minskog polja, a što se vidi na slijedećoj slici 6.2.12. Tu je prikazan način aktiviranja glavnog eksplozivnog punjenja (naboja) neke mine udarnom patronom od brizantnog plastičnog eksploziva. Ona se pak prije toga aktivira (na nju posebnim načinom omotanim i stegnutim) detonirajućim štapinom a ovaj se još prije toga aktivira različitim vrstama detonatora ili sporogorećim štapinom preko rudarske kapice br. 8.
79
Slika 6.2.12: Opremanje inicijalne (udarne) patrone u načelu brizantnog eksploziva za aktiviranje glavnog eksplozivnog punjenja (naboja) mine pri površinskom miniranju; udarna patrona se aktivira detonirajućim štapinom a ovaj ili električnim detonatorima (upaljačima) ili sporogorećim štapinom preko rudrske kapice br. 8; na slici su također prikazani načini spajanja ili priključivanja te nastavljanja ogranka i glavnih vodova detonirajćih štapina.
Kombinacijom vremenskih električnih detonatora i konektora (usporivača) moguće je pojedine mine ili redove mina ili grupe mina u minskom polju aktivtirati u različitim vremenskim intervalima i na taj način provoditi kontrolirano miniranje. Kontrolirano miniranje omogućava, između ostalog kao najvažnije, razmjerno točno usmjeravanje i ograničavanje odbacivanja izminiranog materijala (slika 6.2.13) kao i lomljenje izminiranog materijala na željenu granulaciju odnosno fragmentaciju.
80
Slika 6.13.: Usmjeravane i ograničavane odbacivanja izminiranog materijala umrežavanjem redova minskog polja istim vremenskim intervalima paljenja mina unutar redova a različitim (rastućim) intervalima među redovima od slobodne plohe prema dubini prostora predviđenog iskopa stijenskog masiva koji se minira.
Međutim, željena granulacija ili fragmentacije izminiranog materijala postiže se u najvećoj mjeri pravilnim punjenjem mina eksplozivom. Na slici 6.2.14 prikazan je pravilan način neprekinutog i razdjelnog glavnog punjenja (naboja) minske bušotine bilo samo jednom vrstom eksploziva ili kombinacijom dvije vrste (primjerice praškastog i plastičnog) eksploziva. Uočava se da je udarna patrona uvijek u dnu bušotine a da je u slučaju kombiniranog punjenja također plastični eksploziv smješten u donjem dijelu bušotine gdje je «uklještenje» stijenske mase najveće. Obvezno je dobro čepiti mine a za to se koristi usitnjeni kameni materijal koji se dobije prilikom bušenja mina. Samo punjenje mine izvodi se na taj način da se u bušotinu prvo spusti udarna patrona pomoću (na nju privezanog) detonirajućeg štapina. Nakon toga slijedi spuštanje pojedinih patrona ostalog dijela glavnog minskog punjenja. Pri tomu se patrone lagano međusobno zbijaju dugom motkom (vidi prethodnu sliku 6.1.2). Ukoliko se vrši razdjelno punjenje međučepljenjem kao materijal za čepljenje koristi se opet sitnež dobivena prilikom bušenja. Pri mina punjenja suvremenim granuliranim ili tekućim kašastim eksplozivivima koriste se posbeni uređaji na kaminskom podvozju (vidi prethodnu sliku 6.1.1). Slika 6.2.14: Punjenje bušotina većeg promjera i većih dubina pri površinskom miniranju
Aktiviranje električnih detonatora kao inicijalnih sredstva eksplozivnog mina električnom strujom obavlja se pomoću već spomenutih dinamo-strojeva za paljenje mina. Ostalu opremu čine uređaji za mjerenje cjeline ili povezanosti minskog polja ili mina te mjerenja otpora u vodičima odnosno mjerenja ukupnog otpora minskog polja koje se aktivira električnim putem. Ovaj način aktiviranja se još uvijek uvelike primjenjuje prvenstveno
81
zbog njegove sigurnosti kao sustava kao i zbog općenite sigurnost ukupnih minirskih radova. Omogućava odjednom paljenje velikog broja mina u točno vrijeme kao i planirano vremensko kašnjenje aktiviranje mina pojedinih dijelova odnosno redova minskog polja. Međutim, vremensko aktiviranje mina, i takvim minama umreženog minskog polja, električnim detonatorima u kombinaciji sa detonirajućim štapinom ima razmjernu složenost pri povezivanju primijenjenih inicijalnih sredstva. Stoga se u posljednje vrijeme razvijaju sustavi vremenskog «neelktričnog» aktiviranja eksplozivnih punjenja (naboja) mina ili minskog polja. Tu je prvijenac svakako NONEL sustav kao primjer suvremenog “neelektričnog” načina aktiviranja mina. Sustav paljenja mina NONEL temelji se se na prenosu detonacije od sredstva za aktiviranje do detonatora u bušotine putem udarnog vala brzine oko 2.000 m/sec kroz plastične cjevčice promjera oko 3 mm. One su s unutarnje strane plašta prevučene vrlo tnkim slojem reaktivne eksplozivne tvari. Na taj način se ustvari cjevčica smatra sprovodnikom signala jer ne izgara a ne nekom vrstom detonirajućeg štapina koji izgara prilikom prenosa detonacije. Sustav je vrlo pouzdan u svome djelovanju. Vrlo rijetko zataji. Sustav je također otporan na sve moguće vanjske utjecaje (voda, vlaga, toplina, hladnoća, udar, vibracije, pad tereta, grubo rukovanje), jednostavan za postavu a pogodan za sva moguća površinska, podzemna i podvodna miniranja bilo masovna bilo posebna, skučena, miniranja. Obuhvaća pri površinskom miniranju stijene dvije osnovne tehničko-minerske koncepcije aktiviranja mina odnosno eksplozivnih punjenja minskog polja: osnovnu (ubičajenu) koncepciju ili tzv. NONEL GT/MS system koja podrazumijeva vremenske detontore NONEL GT/MS (sličica dolje, slika 6.2.15, (1) metalna čahura s (2) glavnim punjenjenjem eksploziva snage rudarske kapice br.8, s (3) i nicijalnim punjenjem za aktiviranje glavnog punjenja, s (4)usporivačem ili sporogurićim umetkom, s (5) prostorom u kojem je umetnuta NONEL-cjevčica (6) duljine od oko 5m do 15 m, a s intervalima usporenja od 25 msec (pa postoje ovi upljači sa 3 do 20 perioda po 25 msec intervala odnosno 17 vremenskih usporenja od najmanje 75 do najviše 500 msec ili 1/2 sec) povezivač cijevčica UB0 (sličica prva desno, slika 6.2.16), koji se sastoji od plastičnog tijela koje povezuje do 8 cijevčica i unutar kojega se nalazi manji detonator (sličica druga desno, slika 6.2.16) 1/3 snage osnovnog detonatora a koji inicira priključene cijevčice detontora; duljine cjevičice povezivača su do 5 m, uređaj za aktiviranje sustava. NONEL UNIDET (tablica lijevo dolje, slika 6.2.17) koji obuhvaća uz prethodno navedene sastavnice osnovnog sustava također još dodatno dva tipa vremenskih detonatora U475 i U500 koji se aktiviraju nakon 475 i 500 msec, kao i četiri tipa vremenskih povezivača/usporivača ili konektora UB0 (žuti, trenutno iniciranje), UB17 (plavi, usporenje 17 msec), UB25 (crveni, usporenje 25 msec) te UB42 (zeleni, usporenje 42 msec). Korištenjem kombinacije svih koncepcija moguće je NONEL sustav aktiviranja mina koristiti za sve rasporede složenih miniranja u vremenskom intervalu od 0 do 6 sekundi (6.000 msec). Na slici 6.2.18 vide se mogućnosti vremenskog aktiviranja mina pomoću NONEL sustava u slučajevima korištenja vremenskih detontora NONEL GT/MS (sličice lijevo odozgo prema dole) i u slučajevima korištenja vremenskih detontora NONEL UNIDENT (sličice desno odzgo prema dole).
82
slika 6.2.18: Mogućnosti vremnskog aktiviranja mina pomoću NONEL sustava u slučajevima korištenja vremenskih detontora NONEL GT/MS (sličice lijevo odozgo prema dole) pri manjem površinskom miniranju (sličica lijevo gore), pri širem ili većem površinskom miniranju (sličica u sredini lijevo) i pri miniranju užih rovova (sličica lijevo dolje) odnosno širih rovova (sličica dolje u sredini) kao i (sličice desno odzgo prema dole) u slučajevima korištenja vremenskih detontora NONEL UNIDENT pri većem površinskom miniranju. U slučajevima otvorenog šireg površinskog miniranja u slučaju korištenja NONEL GT/M sustava radi se o otpucavanju redova jedan za drugim pri čemu se konturne (bočne) mine pojedinog otpucavaju sa redom koji se kasnije otpucava iza njega.
Na kraju se istaće još jednom određenja eksplozivnih punjenja i njihova osnovna obilježja. Pojedina mina obuhvaća bušotinu napunjenu eksplozivom i opremljenu inicijalnim sredstvima. U načelu se na kraju ili dnu bošotine stavlja udarna patrona opremljena nekim inicijalnim sredstvom. Kod bušotina većeg promjera pri razmjerno masovnom površinskom miniranju razmjerno visokih etaža udarna patrona se oprema detonirajućim štapinom. Pri tomu se za neke vrste manje osjetljivih eksploziva mora u udarnu patronu ugraditi pojačani detonatori ili basteri. Detonirajući šatpin može se aktivirati sporogorećim štapinom putem rudarske kapice br.8 ili pomoću električnog detonatora. Moguća je primjena i NONEL-sustava aktiviranja mina kao i kombinacija detonirajućeg štapina s NONEL sustavom aktiviranja mina. Glavno punjenje (glavni naboj) može biti bilo koja vrsta gospodarskih eksploziva ili njihova kombinacija (praškasti, ANFO, vodoplastični, emulzijski, poluplastični plastični,). Pri tomu glavno punjenje može biti neprekinuto po bušotini ili razdjelno punjenje. Mina se svakako mora čepiti jer pravilno čepljenje uvelike povećeva djelovanje eksploziva odnosno učinkovitost miniranja. Stoga se svaka mina u nečelu sastoji, po duljini bušotine od dna prema
83
gore, od dijela eksploziva koji čini udarno punjenje (udarna patrona), zatim dijela glavnog punjenja (glavni naboj), zatim slijedećeg pomoćnog punjenja (pomoćni naboj) i čepa (začepljenja). Kod bušotina manjeg promjera pri razmjerno skučenom miniranju razmjerno manjih zahvata, temelja, rovova i sl. udarna patrona može se se opremiti električnim detnatorima odnosno minsko polje se može umrežiti za aktiviranje električnim putem. Moguća je također primjena detonirajućeg štapina ili NONEL-sustava aktiviranja mina. Pri tomu se za neke vrste manje osjetljivih eksploziva mora također u udarnu patronu ugraditi pojačani detonatori ili basteri koji se aktiviraju električnim detonatorima ili detonirajućim štapinom ili NONEL detonatorima. Kod miniranja primjerice temelja samaca može se primjeniti aktiviranje mina odnosno udarne patrone sporogorećim štapinom preko rudarske kapice br.8.
Slika 6.2.19: Primjer kontroliranog miniranja nekog stijenkog masiva (izvor: NONEL System description, DYNO, DYNO Nobel Europe 1997-11 SOO)
Skup mina međusobno povezan mrežom za aktiviranje mina čini minsko polje. Minsko polje se može aktivirati odjednom (istovremeno se detoniraju sve mine što se rijetko primjenjuje u praksi osobito zbog velikog a štetnog seizmičkog efekta te zbog nekvalitetne granulacije izminiranog materijala) i u nekim vremenskim razmacima po djelovima odnosno redovima minskog polja, što se pretežito primjenjuje u praksi. To je oblik vremenski i prostorno tzv. kontroliranog miniranja koje svojim djelovanjem omugućava postignuća željene (planirane, programirane) fragmentaciju izminirane stijenske mase te oblik (duljinu, smjer, raširenost) odbacivanja izminiranog materijala (prethodna slika 6.2.19), a što također omogućava bolju daljnju logistiku izminiranog materijala kao gradiva.
84
6.3. Plan površinskog miniranja stijene Minerski radovi su viskorizični radovi jer se rukuje odnosno djeluje s opasnim eksplozivnim tvarima i sredstvima. Stoga provedba minerskih radova mora biti strogo usklađena sa svim postojećim zakonima, propisima i pravilnicima te ostalim uobičajenim pravilima ponašanja pri rukovanu sa opasnim tvarima. Sigurnost je osobito važna pri provedbi neposrednog miniranja iako su sigurni radovi bušenja također jedan od preduvjeta sigurnosti minerskih radova. Jedan od temeljnih preduvjeta sigurnosti minerskih radova je njihovo pravilno programiranje odnosno elaborirano projektiranje. Projekt ili plan miniranja je ustvari oblik obvezatnog tehnološkog projekta koji proizlazi iz međusobnog odnosa i povezanosti građevinske i rudarske regulative5. Plan miniranja važan je dio pripreme minerskih radova u okviru ukupne organizacije onog građenja u kojemu se takovi radovi provode. Stoga elaborirani projekt određenih minerskih radova u okviru određenog građenja na određenom gradilištu odnosno plan miniranja određenog stijenskog masiva u svrhu iskopa određenog (projektiranog) prostora u tom masivu mora obvezatno sadržavati, između ostalog, slijedeće opise i priloge: raspored i dubinu minskih bušotina način punjenja minskih bušotina i količinu eksploziva način iniciranja minskih punjenja i aktiviranja mina način spajanja-vezivanja minskog polja i ugradbe detonatora i usporivača širenje detonacije u minskom polju i redoslijed rušenja određenje područja opasnosti od miniranja mjere zaštite okoline i okliša od minerskih radova. U planu miniranja se stoga opisuju i prikazuju, temeljem određenog proračuna ili neke iskustvene metodologije, ključni parametri miniranja koji obilježavaju pojedine mine i njihova minska polja u tehničko-minerskim smislu. Glavni parametri površinskog miniranja jesu (slika 6.3.1): izbojnica (još se ponegdje naziva linija najmanjeg otpora), razmak između mina odnosno razmak redova mina i razmak mina u redovima, duljina bušotina mina i količina eksplozivnog punjenja u minama. Ostali parametri miniranja (također slika 6.3.1) bili bi promjer i nagib bušotina mina, visina etaže iskopa, visina punjenja (naboja) mine, duljina podbušavanja i visina (duljina) čepljenja mine. Tu je i oblik povezivanja ili umrežavanja minskog polja u smislu redoslijeda aktiviranja pojedinih mina. Ključni parametar miniranje bila bi ili izbojnica w koja je onaj razmak između središta eksplozije i prve (najbliže) slobodne površine koji omogućava djelovanje mine u smislu lomljenja i odbacivanja izminirane stijene. Odbacivanje izminiranog materijala prilikom eksplozije trebalo bi biti uvijek u tom smjeru. Proračun miniranja, kao dio planiranja minerskih radova odnosno sadržaja plana miniranja, ima za cilj određenje optimalnih parametara miniranja koji bi prilikom izvedbe miniranja trebali ostvariti također optimalno rastresanje i odbacivanje izminirane mase. Pozitivna očekivanja proračuna očituju se u pretpostavci povoljne fragmentacije ili granulacije izminiranog materijala u logističkom smislu te pretpostavci povoljnog smjera odbacivanja i oblika rasprostiranja izminiranog materijala. 5 Trenutno je građenje je podložno važećem ˝Zakonu o gradnji˝. U tome se zakonu izričito ne spominje ovabeza elaboriranog promišljanja organizacija građenja a osobito minerskih radova. Govori se samo o “uređenju gradilišta” te o općenitoj sigurnosti izvedbe radova na tako uređenom gradilištu osobito po okoliš. Po rudarskoj regulativi za izvođenje rudarskih radova i građenje rudarskih objekata izrađuju se slijedeći projekti (˝Zakon o rudarstvu˝, Narodne novine br.35/95 ): glavni rudarski projekt koji promišlja izvođenje rudarskih radova, objekata i postrojenja, dopunski rudarski projekt koji daje razradu svih onih rudarskih objekta i postrojenja kojima gradnja nije predviđena glavnim rudarskim projektom kao i razradu bitnih odstupanja od glavnog ili dopunskog projekta koji se dešavnju za vrijeme same izvdbe po 5glavnom rudarskom projektu, pojednostavljeni rudarski projekt izrađuje se za nebitna odstupanja od glavnog odnosno dopunskog rudarskog projekta. Vezu između navednih zakonodavnih područja nalazimo u “Pravilniku o zaštiti na radu u građevinarstvu” gdje je u pojedinim člancima toga pravilnika određeno da se pri minerskim radovima u slučaju pojedinih vrsta iskopa za potrebe građenja primjenjuju postojeći propisi (zakoni, pravilnici) koji, između ostalog, određuju mjere zaštite pri rukovanju i korišetnju eksplozivnih tvari (primjerice važeći “ZAKON O EKSPLOZIVNIM TVARIMA ZA GOSPODARSKU UPORABU “) kao i pri i miniranju u rudnicima, kamenolomima te ostalim sličnim minerskim radovima.U prijedlogu “Zakona o eksplozivnim tvarima” utvrđuje da se za potrebe provedbe bilo kojeg masovnog miniranja dubokim minskim bušotinama velikog promjera mora izraditi plan miniranja i način punjenja minskih bušotina minskog polja.
85
Očekuje se također što je moguće manje negativno djelovanje izvršenog miniranja u pogledu potresnog djelovanja, zatim u pogledu veličine zračnog udara kao i u pogledu po okoliš štetnog odnosno opasnog razbacivanja izminiranog kamenja.
Slika 6.3.1 Parametri miniranja; na sličici lijevo gore i dolje prikazani su izvori («Drilling i charging tables, Guide Values, Nitro Nobel, International division»; «Crawlair Drill Production calculator, Ingersoll Rand, Rock Drill Division») desno prikazanih i hrvatski opisanih parametara miniranja, gdje je između ostalog englski «burden» izbojnica odnosno razmak redova a «spacing» razmak mina u redovima.
Utvrđivanje ili prorarčun osnovnih parametara miniranja zasniva se na određenim teorijama miniranja koje objašnjavaju način djelovanja eksplozije na prostor koji se njime minira. Postoji više teorija miniranja (teorija refleksije, teorija ekspanzije plinova, teorija lomljenja uslijed savijanja, teorija tlačnog vala i ekspanzije plinova, teorija jezgara, teorija kratera itd.) koje objašnjavaju proces lomljenja i odbacivanja stijene prilikom njezina miniranja. Sve one pretpostavljaju postojanje vremenskog proces miniranja stijene koji obuhvaća četiri međusobno uvjetovana, a također u određenim trenucima istovremena, razdoblja miniranja: (1) detonaciju eksploziva, (2) djelovanje udarnog i tlačnog vala, (3) tlak plinova i (4) pokretanje izlomljene stijenske mase. Pokretanje i odbacivanje stijenske mase započinje za oko 3 - 5 msec a traje do oko 1/2 sec. Za potrebe promišljanja nekog pojednostavljenog načina proračuna parametara površinskog miniranja, a osobito duljine izbojnice w, najprihvatljivija bi bila teorija kratera. Ona utvrđuje izbojnicu w kao onu udaljenost od težišta ili središta određene količine eksplozivnog naboja do prve ili najbliže slobodne plohe (prema kojoj eksplozija djeluje) pri kojoj dolazi do razaranja stijene u obliku kratera određenih mjera (slika 6.3.2 u sredini i desno). To znači da postoji neka veća udaljenost eksplozivnog naboja od slobodne plohe pri kojoj eksploziv ne može djelovati na način da stvori krater povoljno razlomljene i odbačene stijene odnosno dolazi samo do raspucavanja stijene oko naboja (slika 6.3.2 u lijevo). U tome slučaju ili je prevelika udaljenost naboja od slobodne plohe ili je naboj (količina) eksploziva preslab (premala).
86
Slika 6.3.2: Djelovanje određenog ekspozivnog naboja prema «teoriji kratera»: kritična (odnosno prevelika) dubina ili duljina smještaja naboja eksploziva (sličica lijevo) od slobodne plohe pa eksplozija ne djeluje povoljno u smislu izminiranosti stijene (stijena se samo raspucava oko naboja) i (sličica u sredini) povoljna dubina ili duljina smještaja naboja eksploziva od slobodne plohe gdje eksplozija djeluje povoljno u smislu izminiranosti stijene (izvor: B. Božić, «Miniranje i rudarstvu, graditeljstvu i geotehnici», Sveučilište u Zagrebu, Geotehnički fakultet u Varaždinu); (sličica desno) glavna područja djelovanja eksplozije u slučaju optimalne udaljenosti eksplozivnog naboja od slobodne plohe (kada je promjer kratera djelovanja jednak izbojnicia promjer kratera odbacivanja jednak w ) : područje rastresanja stijene ili djelovanja eksploziva (njem. Wirkungstrichter) i područje odbacivanja (njem. Wurfstrichter)
Posljedice eksplozije očituju se u stvorenom krateru kroz četiri područja njezina djelovanja (prethodna slika 6.3.2 desno): I. područje mrvljenja stijene koje se stvara neposredno oko aktiviranoga naboja eksploziva odnosno eksplozije a u kojem području se stijena drobi ili mrvi u prah i/ili u sitne komadiće, II. područje odbacivanja stijene koje se nastavlja oko područja mrvljenja a u kojemu se stijena, osim što se lomi u komade određene fragmentacije odnosno granulacije, također odbacuje od središta akativiranog naboja eksploziva odnosno od središta eksplozije prema slobodnoj plohi i dalje od linije te plohe, III. područje rastresanja stijene u kojemu se stijena manje više raspucava dakle ne lomi do kraja ali i ne odbacuje; to je također područje u kojem eksploziv još uvijek djeluje na neki način manje više razorno na stijenu, pa se još utvrđuje kao područje djelovanja eksploziva, IV. područje potresanja stijene i okoline u kojemu se širi potresni vala odnosno javalja se tzv. seizmički efekt miniranja ali nema ni raspucavanja ni lomljenja stijene. U smislu pozitivnih učinaka miniranja ključna su ostvarenja eksplozije u područje odbacivanja stijene. Očekuje se da područje mrvljenja stijene bude što manja, područje odbacivanja stijene što veće (u smislu obujma i kvalitete izlomljenosti), područja rastresanja stijene što manje a sezimički efket što slabiji te da potresanje djeluje na što manjoj udaljenosti. U tom smislu moraju biti na bilo koji način utvrđeni parametri površinskog miniranja. Međutim, zbog međusobne višestrane i višestruke ovisnosti parametara miniranja (vidi tablicu 6.3.1, gdje je simboločki prikazana međusobna ovisnost i uvjetovanost osnovnih parametara miniranja), sam proračun površinskog miniranja stijene razmjerno je složen odnosno u većem dijelu ima heuristički pristup. Ipak u takvom proračunu postoje «apsolutne» datosti koji uvjetuju vrrijednost ili veličinu parametra površinskog miniranja kao što su projektom zadani oblik iskopa stijene koja se minira a koji je oblik također u jednom dijelu ovisan o ukupnim obilježjima stijenskog masiva u kojem se projektirani iskop izvodi, morfološka, inženjersko-geloška, geotehnička i fizičko-mehanička obilježja stijenskog masiva koji se minira, kao i neke «relativne» datosti kao što su hidrogeloško obilježje stijenskog masiva koji se minira, zatim obilježja opreme i pribora ili alata za bušenje (uz napomenu da je oprema za miniranje svojom tehnološkom i tehničkom koncepcijom i tomu primjerenom konstrukcijom pretežito već unaprijed prilagođena ili preodređena za neke vrste minerskih radova), obilježja opreme za punjenje mina eksplozivom, minersko-tehnička obilježja eksploziva koji se može primjeniti ili je na raspolaganju,
87
Ukupna obilježja stijenskog nasiva Obilježja opreme i pribora za bušenje Minersko-tehnička obilježja eksploziva Visina etaže (H) i nagib bušotina (α) Duljina bušotina (B) i podbušavanje (p) Promjer bušotine (Ø)
↑
↑ ↑ ↨ ↑
↑ ↑ ↑ ↑
Duljina punjenja (N) i čepljenja mine (č)
Količina punjenja mine (M) i specifični utrošak eksploziva (q)
↑ ↑
↑
↑
↑ ↑
↑ ↨
Izbojnica «w» Raspored mina (razmak između mina «m» i razmak redova mina «r» Količina punjenja mine (M) i specifični utrošak eksploziva (q) Duljina punjenja (N) i čepljenja mine (č)
Rspored mina (razmak između mina «m» i razmak redova mina «r»
Izbojnica «w»
Promjer bušotine (Ø)
↑ ↑ ↨
Duljina bušotina (B) i podbušavanje (p)
↑ ↑
Visina etaže (H) i nagib bušotina (α)
Minersko-tehnička obilježja eksploziva
Oblik (vrsta) iskopa
Obilježja opreme i pribora za bušenje
tablicu 6.3.1: simboločki prikaz međusobne ovisnosti i uvjetovanost osnovnih parametara miniranja
Ukupna obilježja stijenskog nasiva
-
duljine (dubine) bušenja odnosno visine etaže miniranja koje su ovisne o prethodno navedenim datostima, promjer minskih bušotina koji ovisi osobito o primijenjoj opremi i priboru za bušenje te također o nekim minersko-tehničkim obilježjima eksploziva.
Oblik (vrsta) iskopa
-
↨ ↑ ↑
↨ ↨ ↨
Ostali parametri površinskog miniranja su uvjetovani navedenim datostima ali su također međusobno uvjetovani i zavisni. Tako je ključni parametar površinskog miniranja – izbojnica w – u pogledu duljine i položaja uvjetovana s inženjersko-geloškim i geotehničkim obilježjima stijenskog masiva koji se minira (slike 6.3.3 i 6.3.4), zatim s minersko-tehničkim obilježjima eksploziva, zatim s rasporedom mina i eksplozivnog punjenja kao i s njegovom količinom, zatim s brojem slobodnih ploha te s osobito promjerom Ø bušotine.
Slika 6.3.3: Utjecaj krajnjih slučajeva uslojenosti stijene, uspravne i vodoravne, na veličinu izbojnice, gdje se vidi različitost veličine izboja i izbojnice uslojenih masiva u odnosu na optimalni slučaj pretpostavljene homogene stijene a sve za istu količinu eksploziva odnosno istu snagu eksplozije (izvor: H.W.Wild. «Spregtechnik», Verlag Glueckauf GmbH, Essen)
Razmak redova površinskih mina r i razmak mina u redovima m ovisi uglavnom o duljini izbojnice w, ali i o obilježjima stijene i načinu iniciranja eksploziva. Često se razmak redova
88
površinskih mina r, a sukladno tome i razmak mina u redovima m, pretpostavlja jednak izbojnici w tj. m = r = w pa je raster miniranja w2.. Nagib bušotina α bira se takav da je izbojnica w iste veličine po čitavoj duljini mine čime se uz ravnomjerniji raspored eksplozivnog punjenja također postiže ravnomjerniji učinak eksplozije. Nagnute bušotine imaju veće iskorištenje ukupne količine energije eksplozije (do oko 50%) dok uspravne bušotine imaju iskorištenje energije do oko 25%. Duljina bušenja B ovisi o visini etaže površinskog miniranja H te o duljini podbušavanja p. Duljina bušenja B utvrđuje vrstu miniranja pa se razlikuje miniranje s plitkim i srednje dubokim minama te miniranje s dubokim minama. Prvi slučaj obuhvaća, uz ostale plitke iskope, također površinsko miniranje rovova, malih kanala, temelja, itd. Drugi slučaj je slučaj manje više masovnih minerskih radova pri iskopu stijenskih masiva na većoj visini ili dubini. Podbušavanje p se izvodi zbog izvedbe ravnosti dna odnosno zbog izjednačavanja vrhova neotpucanih dijelova s projektiranom razinom dna iskopa. Podbušavanje ovisi o fizičko-mehaničkim obilježjima stijene (čvrstoća, žilavost). Preveliko podbušavanje poskupljuje minerske radove i daje također preveliko usitnjavanje izminiranog materijala tj. «sitniju» fragmentaciju ili granulaciju. Nakon određenja navedenih parametara površinskog miniranja, utvrđuje se redoslijed otpucavanja mina koji ovisi o mjerama (obliku) i veličini prostora koji se minira, a koji služi za utvrđivanje smjera i veličina odbacivanja izminirane mase, zatim za utvrđivanje širine i tlocrtne površine odnosno oblika odbacivanja izminirane mase itd.
Slika 6.3.3: Utjecaj različitih oblika slojevitosti stijene (a-bankovita vodoravna krupna uslojenost, b-tanka vodoravna slojevitost, c-uspravna srednje debela slojevitost, d-kosa nepravilna slojevitost i raspucalost) na položaj i veličinu izbojnice, (izvor: H.W.Wild. «Spregtechnik», Verlag Glueckauf GmbH, Essen)
Najveći utjecaj na ostvarenja planiranih ciljeva površinskog miniranja (fragmentacija ili granulacija te oblik izminirane mase) ima (A) duljina izbojnice w te uz nju vezani međusobni razmak redova mina r i razmaka mina u redovima m a osobito (B) utrošak eksploziva i to kao ukupni utrošak Q za ukupni obujam stijene koja se minira, zatim kao utrošak po pojedinoj mini M za obujam stijene koji pripada toj mini, zatim kao utrošak eksploziva po jediničnoj duljine mine (kg/m1) te kao specifični utrošak q po jedinici ukupnog obujma (m3) srasle stijene koja se minira. To su ujedno ključni parametri pri proračunu određenog miniranja. (A) Duljina izbojnice w ovisi, kako je već prethodno istaknuto, osobito o promjeru bušotina Ø. Međutim, promjer bušotina je uglavnom unaprijed određen vrstom bušaće opreme koja se rabi za određenu vrstu minerskih radova kao i vrstom pribora za bušenje koji se je pokazao, temeljem prethodnih iskustava, najučinkovitijim pri bušenju određene vrste stijena. Kako promjer bušenja Ø utvrđuje promjer patrona eksploziva (ako je punjenje patronama) on time utječe na raspored i količinu
89
eksplozivnog punjenja u minama odnosno utrošak eksploziva općenito. Može i obratno - promjer patrona eksploziva, ili potrebni promjer mine za neku eksploziva u granulama ili tekućeg eksploziva, utvrđuje promjer bušenja. Obzirom na te datosti (predodređena oprema i pribor za bušenje, prodređena minersko-tehnička obilježja eksploziva koji se namjerava primjeniti) konačnu optimalnu vrijednost izbojnice utvrđuju najčešće iskustvo temeljem ostvarenih rezultata izvedbe određenih minerskih radova u određenim stijenskim masivima određenih geotehničkih obilježja sa određenim parametrima miniranja primjenom određenih eksploziva također određenih minersko-tehničkih obilježja. Međutim, prilikom proračuna miniranja u elaboriranom planu miniranja mora se svakako utvrditi okvirne vrijednost duljine izbojnice w. To je moguće na metodoliški razmjerno različite načine od kojih je najčešće rabi metodologija U. Langeforsa. Ovdje se, međutim, tabelarno i grafički daju neki pojednostavljeni pristupi, kao okvirna informacija građevinarima o ovoj problematici (osobito ako po trenutno važećem zakonu jedino rudarski stručnjaci smiju proračunavati miniranje). Primjerice, najednostvanije je utvrđivanje duljine izbojnice w putem izraza w = 45 * Ø (izvor: «Drilling i charging tables, Guide Values, Nitro Nobel, International division») koje za određenje uzima samo promjer bušotine Ø, pri čemu se u istom izvoru razmak redova r (engl. «burden», prethodna slika 6.3.1 lijevo gore) uzima jednak duljini izbojnice w a razmak mina u redovima m (engl. «spacing», također prethodna slika 6.3.1 lijevo gore) tj. m = 1,25 * w ili 25% veći od razmaka redova. Podbušavanje se pretpostavlja oko 30% duljine izbojnice. U tablicma 6.3.2 (izvor: «Crawlair Drill Production calculator, Ingersoll Rand, Rock Drill Division») određenje veličine izbojnice w odnosno razmaka redova mina r i mina u redovima m (prethodna slika 6.3.1 lijevo dolje) proizlazi po dva kriterija: vrsti stijene i promjeru bušotina Q. Slično je također sa utvrđivanjem vrijednost razmatranih parametra po dijagramu na slici 6.3.4 desno. U tablici 6.3.3 prikazane su vrijednosti duljine izbojnice w odnosno razmaka redova mina r u ovisnosti o visni etaže miniranja H i promjeru bušotina Ø a za visine etaže veće od dvije duljine razmaka redova mina odnosno H > 2 * r. slika 6.3.4. Razmak r između redova sa minama u «m» (na slici v(m)) po dva kriterija: vrsti odnosno obiležjima stijene (engl. difficult to blast = tešako za miniranje, average values = prosječne vrijednosti, very easy to blast = vrlo lako miniranje) i promjeru bušotina = engl. holediameter u «mm» (prema «Atlas Copco MCT AB», RZ 205), razmak m između mina u redovima m = 1,25 * r.
Tablica 6.3.2: Razmak između redova sa minama i mina u redovima prema «Crawlair Drill Production calculator, Ingersoll Rand, Rock Drill Division» Promjer Vrsta stijene sa bušotine 55 65 75 90 100 115 125 140 obilježjem čvrstoće oko (mm) Razmak između redova sa minama r i mina u redovima m u (m) Jako čvrsta stijena r 1,20 1,40 1,75 2,10 2,45 2,60 2,80 3,15 (granit, bazalt) m 1,90 2,10 2,60 3,15 3,65 3,85 4,20 4,70 Srednje čvrsta stijena r 1,40 1,75 2,10 2,45 2,80 3,15 3,50 3,85 (vapnenac) m 1,55 2,25 2,80 3,15 3,65 4,20 4,50 4,90 Manje čvrsta stijena r 1,90 2,10 2,60 3,15 3,50 3,85 4,35 4,90 (vapnenac, pješćenjak) m 2,10 2,45 3,15 3,85 4,20 4,50 5,20 5,90
(B) Utrošak eksploziva pri površinskom miniranju može se proračunati kroz više bilo klasičnih bilo suvremenih metodologija. Osobito je značajan proračun specifičnog (jedinični) utrošak eksploziva q po jedinici obujma srasle stijene (kg/m3). To ključni je parametar miniranja koji pokazuje, kao računska vrijednost ili kao podatak iz rezultata provedenog miniranja, glavna obilježja kako planiranog tako ostvarenog miniranja za/pri izvedbi određenog iskopa u određenoj vrsti stijene. Također služi kao “reper” u procjenjivanju prihvatljivosti utvrđenih parametara prilikom proračuna nekog miniranja pa je stoga glavni pokazatelj pri heurističkom pristupu tome proračunu.
90
Tablica 6.3.3: Razmak između redova sa minama prema «Atlas Copco MCT AB, Project Department, RZ 201, XMPP/SEB; pretpostavlja se nagib bušotina 3:1 do 2:1, gustoća eksplozivnog punjenja 1,25 kg/m3, visina etaže iskopa više od dvije vrijednosti razmaka redova mina tj. H > 2 * r, razmak m između mina u redovima m = 1,30 * r Promjer bušotine (mm)→ 45 50 65 75 100 Visina etaže H (m)↓ Razmak između redova sa minama r u (m) 4 1,8 2,0 5 1,8 2,0 2,4-2,5 6 1,7 1,9-2,0 2,4-2,6 2,8-3,1 7 1,7 1,8-2,0 2,3-2,5 2,7-3,1 3,6-3,4 8 1,6 1,7-1,9 2,2-2,5 2,6-3,0 3,5-4,1 9 1,5 1,7-1,9 2,1-2,4 2,5-3,0 3,4-4,1 12 1,4 1,5-1,7 1,8-2,3 2,5-2,8 3,0-4,0 15 1,2 1,3-1,6 1,6-2,1 1,9-2,7 2,5-3,8 18 1,0-1,1 1,1-1,4 1,3-2,0 1,6-2,5 2,1-3,7
Osnovno teorijsko polazište u proračunu utroška eksploziva slučaju površinskog miniranja bila bi prethodna spomenuta teorija kratera. Pri tome promišljanju ključnu ulogu ima odnos širine odnosno promjera izlaznog kratera na površini miniranja i duljine izbojnice w. Pretpostavlja se da je neko (koncentrirano) punjenje (naboj) eksplozivom (slika 6.3.5) – optimalno (u mnogim izvorima kao na slici 6.3.5 navode normalno) punjenje (naboj) eksplozivom ako je izlazni polumjer kratera jednak izbojnici w, prejako punjenje (naboj) eksplozivom ako je izlazni polumjer kratera veći od izbojnice w, premalo punjenje (naboj) eksplozivom ako je izlazni polumjer kratera manji od izbojnice w ili kratera nema. Pri tomu se ono punjenje (naboj) koje stvara krater utvrđuje kao kritično punjenje (naboj).
slika 6.3.5: Odnos širine odnosno promjera izlaznog kratera na površini miniranja i duljine izbojnice i određenje optimalnog (normalnog) djelovanja mine (sličica lijevo), prejakog djelovanja mine (sličica u sredini) i preslab djelovanja mine (sličica desno)
Ako se neka pretpostavljena, po «teoriji kratera» shvaćena, «koncentrirana» punjenja (naboji) eksploziva smjeste na određenim razmacima po duljini minske bušotine B na način da se izlazni krateri po obodu dodiruji ili preklapaju, moguće je kontinuirano lomljenje stijene po duljini mine B prema slobodnoj površini (skica desno, slika 6.3.6). Stoga je pri proračunu potrebno utvrditi količinu eksploziva po pretpostavljenim mjestima koncentriranog punjenja Mn kako bi se dobila ukupna količina eksplozivnog punjenja (naboja) M po čitavoj mini odnosno M = n * Mn
91
uz pretpostavku jednakih koncentriranih punjenja (naboja) odnosno M1 = M2 = M3 = ... * Mn. Pri tomu je n broj mjesta punjenja primjerice od n = B / w
pa do
n = B / 2w
tj. od slučaju ako se krateri preklapaju da slučaja ako se krateri po obodu dodiruju. Ukupna količina punjenja utvrđuje duljinu kontinuiranog ili razdjelnog punjenja (naboja) M mine zavisno od promjera bušotine Ø ili promjera patrona eksploziva i (uz taj promjer vezane) količine eksploziva. Ako se dobivena ukupna količina eksplozivnog punjenja (naboja) mine M podjeli s obujmom stijene koji utvrđuje duljina mine B i površina kvadrata w2 dobija se specifični utrošak eksploziva q tj – q = M / (w2 * B) . Vidljivo je kako (specifični) utrošak eksploziva q prozlazi iz odnosa ukupne količine eksplozivnog punjenja (naboja) pojedine mine M duljine B i velične izbojnice w. Količina pojedinih (koncentriranih) eksplozivnih punjenja (naboja) Mn, koji daju ukupno punjenje (naboj) mine M, zavisi od (odabrane ili pretpostavljene ili proračunate) duljine izbojnice w još nekih drugih čimbenika, između ostalog i o specifičnom utrošku eksploziva q. Duljina izbojnice w pak zavisi od promjera bušotine Ø i o specifičnom utrošku eksploziva q kao čimbeniku koji obilježava količinu punjenja (naboja) eksploziva određene sanage. Na taj način bi se ustvari proračun parametara površinskog miniranja mogao «vrtiti u krugu» ukoliko se neki od njih iskustvom ne približno povoljno pretpostave pa zatim kao takovi u proračunu potvrde ili se isprave, pa opet pračunom potvrde ili ne, pa ponovo pretpostave itd. Proizalazi da proračun površinskog miniranja nije samo heuristički, kako je već prethodno istaknuto, nego i iteracijski, ali to manje što je veće iskustvo onoga tko vrši proračun. Duljina izbojnice w neprijeporno pokazuje učinkovitost nekog eksplozivnog punjenja (naboja). Međutim, na duljinu izbojnice svakako ima utjecaj snaga eksploziva. Što je eksploziv snažniji to ima veću «moguću» izbojnicu w. Što je veća količina eksploziva iste snage moguća je veća izbojnica w. Veća količina eksploziva M smješta se u bušotine većeg promjera Ø. I na taj način opet je vidljiva međuzavisnost i uvjetovanost duljine izbojnice w i specifičnog utroška eksploziva q određene snage a koji utrošak je zavisna od promjera bušotina Ø odnosno menersko-tehničkih obilježja eksploziva koji se smješta u bušotine. Stoga mnogi proračuni parametara površinskog miniranja a osobito utroška eksploziva polaze od utvrđivanja vrijednosti izbojnice w preko promjera bušotine Ø kao unaprijed zadanog ili odabranog parametra. A zatim slijedi utvrđivanje redova mina r i razmaka mina u redovima m . Slijedi određenje ostalih parametra miniranja. U tom smislu su prethodno navedeni pojednostvljeni način proračuna izbojnice w. Proračun pretežito završava utvrđivanjem specifičnog utroška eksploziva q kao osnovnog pokazatelja prihvatljivisti proračuna. Početna pokusna miniranja, koja se obvezatno primjenjuju na početku minerskih radova, pokazuju prihvatljivost odabarnih paramatara ili potrebu za njihovom korekcijom za izvedbu ostalih minerskih radova. Ovdje se, kao primjer (izvor: Atlas Copco MCT AB, RZ 202, Project department, Calculation of charge in benchblasting), navodi (vezano uz opise na engleskom jeziku na slici dolje desno, slika 6.3.7) jedan vrlo pojednostavljeni proračun specifičnog utroška eksplozivnog punjenja neke mine duljine B = 10 m (na slici H) temeljem pretpostavljenog promjer bušotine Ø = 76 mm (u originalu d), razmaka redova r = 2,8 m (u originalu V), razmaka mina u redovima m = 3,6 m (u originalu E) i duljine čepljenja («stemming») jednake duljini izbojnice w (u originalu vmax) : (teorijska) izbojnica (izraz sličan prethodno navedenom izrazu za izračun izbojnice prema: «Drilling i charging tables, Guide Values, Nitro Nobel, International division»): vmax = 0,046 * d = 0,046 * 76 = 3,5 m koncentracija glavnog punjenja (naboja) mine («bottomcharge») lb = d2 / 1000 = 762 / 1000 = 5,8 kg/m visina glavnog punjenja (naboja) mine («bottomcharge») Hb = 1,3 * Vmax = 1,3 * 3,5 = 4,5 m količina glavnog punjenja (naboja) mine («bottomcharge») = Qb = 1,3 * Vmax * lb = 4,5 * 5,8 = 26 kg koncentracija ostalog punjenja (naboja) mine («columnharge») lc = 40 % - 50 % od lb = 2,5 kg/m količina ostalog punjenja (naboja) mine («columnharge») Qc = (H - 2,3 * Vmax) * lc = (10 – 2,3 * 3,5) * 2,5 = 5 kg količina ukupnog punjenja (naboja) mine Qtot = Qb + Qc = 26 + 5 = 31 kg specifični utrošak eksploziva:
92
q = Qtot / [(H – 0,3 * V max) * V * E] = 31 / [(10 – 0,3 *3,5) * 2,8 * 3,6] = 0,35 kg/m3 Kako se vidi odabrani razmaci redova mina i mina u redovima uklapaju se u vrijednosti prikazane u prethodnoj tablici 6.3.3 (Razmak između redova sa minama prema «Atlas Copco MCT AB, Project Department, RZ 201, XMPP/SEB) gdje je za promjer bušotina Ø = 75 mm i visinu etaže H = 9 m razmak između redova r od 2,5 – 3,0 m (prosječno 2,75 m) a razmak između mina u redovima od 3,25 – 3,9 m (prosječno 3,6 m). Prema tablici 6.3.2 ovakvi razmaci odnosno raster 2,8 m * 3,6 m (10 m3/m1 bušotine) odgovarao bi za manje čvrste stijene gdje je za promjer bušotina Ø = 75 mm razmak redova mina 2,60 m a mina u redovima 3,15 m odnosno raster 2,6 * 3,15 m (8,2 m3/m1 bušotine). Prema izrazu B.Božića (vidi odmah dalje) za visine odnosno dubine (duljine bušenja) od 10 m specifični utrošak eksploziva je 3,0 kg/m3 srasle stijene.
Postoje, osim prethodno prikazanog vrlo pojednostavljenog načina proračuna, i druge detaljnije ali također složenije metodologije proračuna utroška eksploziva pri površinskom miniranju stijenskog masiva (vidi B. Božić: “Miniranje u rudarstvu, građevinarstvu i geotehnici”, Geotehnički fakultet u Varaždinu, 1998). Međutim, najvažnije je iskustvo na provedbi minerskih radova. Stoga se ovdje se, kao primjer iskustva koje može uvelike pomoći kod proračuna utroška eksploziva, navodi izraz (izvor: B. Božić: “Projektiranje minerskih radova u ovisnosti o srednjim duljinama bušenja”, Cesta i mostovi 35/1989/2, 41-46, slika 6.3.8, tablica 6.3.4) q = 1,2 / (Hsr)0,595 koji pokazuje rezultate specifične potrošnje eksploziva q u zavisnosti od duljine (dubine, visine etaže) H miniranja a koja je statistika ostvrenih rezultata na preko tridesetak minerskih radova u Hrvatskoj pri građenju (iskopi trasa) i u kamenolomima.
Slika 6.3.8: Dijagram specifične potrošnje eksploziva (razmaci ordinate po 0,10 kg/m3) u zavisnosti od srednjih duljina bušenja (razmaci apcise po 5 m) za miniranje u kamenolomima i trasama (izvor: B.Božić, “Projektiranje minerskih radova u ovisnosti o srednjim duljinama bušenja”, Cesta i mostovi 35/1989/2, 41-46). Iz dijagrama proizlazi slijedeća tablica 6.3.4. iz koje se vidi okvirne veličine specifična potrošnja eksploziva u odnosu na duljinu (dubine) bušenja ili visinu etaže 8uz napomenu da se pri građenju u načelu neizvode etaže iskopa miniranjem veće od oko 15 mu prosjeku do oko 10 m) :
Tablica 6.34: specifična potrošnja eksploziva u odnosu na duljinu (dubine) bušenja Buljina (dubina, visina) bušenja (m) Specifični utrošak eksploziva (kg/m3 sraslo) 5 0,45 10 0,30 15 0,25 20 0,20 25 0,18 30 0,16 35 0,14
93
Promišljanjem prikazanog pojednostavljenog proračuna utroška eksploziva, kao i ostalih ovdje iznesnih podataka na prethodnim tablicama, moglo bi se zaključiti kako bi u slučaju površinskog etažnog manje više masovnog miniranja, primjerice, vapnenaca (načešće stijene Dinarskog gorja u Hrvatskoj) sa dubinama bušenja do oko 10 m, uz pretpostavku promjera bušotina oko 75 mm, parametri miniranja trebali biti okvirno slijedeći: ► specifični utrošak eksploziva između (oko) 0,30–0,35 kg/m3 srasle stijene, ► raster mina (razmak redova i razmak mina u redovima) koji daje između (oko) 8–10 m3/m1 (obujam srasle stijene po m1 bušotine), iz čega proizlazi ► razmak redova mina i mina u redovima (ako se pretpostavi međusobno jednak) između (oko) 2,80-3,20 m. Svakao valja istaći, gore navedeno je samo način mogućeg promišljanja glavnih parametra površinskog miniranja vapnenaca u smislu reda veličine njihovih vrijednosti a koje bi približno trebalo dobiti proračunom u planu miniranja određenog iskopa u određenom stijenskom masivu određenih obilježja posebice u smislu njegove slojevitosti i prirodne raspucalosti. Prethodno je razmatrano površinsko, manje više masovno i/ili etažno, miniranje za potrebe daljnjeg građenja (primjerice iskopi usjeka i zasjeka na prometnicama ili široki iskopi velikih građevinskih jama pri temeljenju hidrotehničkih i sličnih građevina), zatim za potrebe izvedbe zemljanih građevina od kamenih materijala (miniranja u nalazištima koja se koriste privremeno za vrijeme i potrebe samo građenja nasipa ili nasutih brana ili miniranja isto takvim privremenim kamenolomima) kao i za pridobivanje mineralne sirovine u proizvodnji nekih gradiva i građevinskih materijala (miniranja u stalnim kamenolomima). Osim navedenog razmjerno masovnog za potrebe građenja se izvode se također razmjerno ograničena ili skučena miniranja pri iskopu temelja, rovova, manjih kanala, manjih građevinskih jama i sl. Ono što je ključno kod takvih miniranja je ostvarenje željenog (traženog, projektiranog) obrisa iskopa usjeka, zasijeka, bez tzv. prekoprofilskog iskopa a što znači bez iskopa izvan (preko) teorijske odnosno projektirane crte (granice, «linije») iskopa. To traži posebni pristup pri miniranju konture iskopa odnosno primjenu tzv. konturnog miniranja (slika 6.3.9) a štoje povdrsta miniranja ili minerskih radova za sebe pri/u građenju.
Slika 6.3.9. Masovno i konturno (obodno) miniranje (miniranje konture ili obrisa iskopa) usjeka
Prekoprofilski iskop (slika 6.3.10) se mora izbjeći, koliko je to god više moguće, iz nekoliko razloga od koji valja istaknuti slijedeće: kao najvažnije, radovi iskopa u stijeni (prema trenutno važećim hrvatskim “Općim uvjetima za radove na cestama” materijal kategorije A odnosno čvrsti materijali - kompaktne eruptivne, metamorfne ili sedimentne stijene - gdje potrebno prije iskopa provesti miniranje stijenskog masiva) obračunavaju se uglavnom po projektiranom obrisu tako da teret prekoprofilskog iskopa ide na trošak izvoditelja u slučaju ako je on veći od prethodno pretpostavljenog i kao takovog uračunatog u cijenu6; povećani troškovi nepotrebnog transporta viška iskopa, 6 primjerice, izvoditelj «kalkulira» sa prekoprofilskim iskopom 10 % u jediničnoj cijeni, a prekoprofilski iskop se ostvari 20 % zbog lošeg izvođenja radova dakle krivnjom izvoditelja, onda 10 % viška iskopa ide kroz trošak povećanog transporta (odvoza) ili trošak viška betona (ako se radi o iskopima temelja ili obloga) na teret izvoditelja
94
-
povećani troškovi viška betona ili oplate ako se ne želi ugrađivati. «prekoprofilski» beton, dodatnog rastresanja stijenskog masiva uz iskopani obrisa što može kasnije tijekom vremena rezultirati daljnjim obrušavanjem stijene uslijed djelovanja atmosferilija,
Slika 6.3.10: Primjer prekoprofilskog pri iskopu zasjeka na trasi autoceste «Dalmatine» (dionice Dugopolje – Šestanovac) koji je posljedice nepovoljnih inžinjersko-geoloških odnosno geotehničkih obilježja stijenskih masiav vapnenaca
Izbjegavanje prekoprofilskog iskopa kod miniranja stijene pri građenju postiže se pažljivim konturnim miniranjem. Konturno miniranje se uspješno primjenjuje u svkom slučaju pri iskopu homogenih osobito eruptivnih stijena (slika 6.3.11, sličica desno). U sedimentnim stijenama, posebice okršenim vapnencima (slika 6.3.11, sličica lijevo), nije za očekivati dobre rezultate konturnog miniranja. Međutim, konturno miniranje potrebno je svakako primjenjiti pri iskopu i u takvim geloškim uvjetima odnosno ternima osobito radi očuvanja stijenskog masiva od utjecaja glavnog miniranja i to po mogućnost prethodnim otpucavanje konturnih mina prije glavnih mina.
Slika 6.3.11.Primjeri rezultata «nemoguće» primjene konturnog miniranja u okršenim vapnencima (sličica lijevo gdje se vide djelomiceočuvane bušotine konturnih mina) i vrlu uspješne premjene u homogenim eruptivnim stijenama (sličica desno gdje se vide sve bušotine konturnih mina između kojih je stijena odrezana «kao nožem», izvor: NONEL, System description, DYNO, Dyno Nobel ).
95
Konturno miniranje se je prvo razvilo u pri iskopu stijenskih masiva povoljnih inžinjerskogeloških obilježja odnosno eruptivnih stijena, i to u Švedskoj. Postoje, između ostalih, slijedeće tehnike i tehnologije odnosno načini konturnog miniranja: prethodno otpucavanje konturnih mina prije glavnih mina (slika 6.3.12 gore) ili predminiranje konture (obrisa) iskopa (engl. presplliting, preshaering, njem. Vorspalten-sprengverfahren, Vorbauscheren-sprengvervahren) odnosno predhodno cijepanje stijene pažljivim predminiranjem po konturi (obrisu) iskopa koje se u domaćoj praksi uobičajno naziva “prespliting”, a rabi se u svim vrstama stijena različitih inženjersko-geoloških obilježja u pogledu njihov makro- i mikrostrukture te fizičko-mehaničkih svojstava, istovremeno otpucavanje konturnih (obodnih) mina s ostalim minama (slika 6.3.12 dolje) ili tzv. linijsko konturno miniranje (engl. line drilling, line blasting, njem. Reihenbohrensprengverfahren), koje se rabi u homogenim stijenskim masivima jednolikih inženjerskogeoloških obilježja,
Slika 6.3.12 Okvirni parametri predminiranja i istovremenog miniranja (sa ostalim minama) konture iskopa
96
vremenski naknadno otpucavanje konturnih mina poslije ostalih mina ili naknadno miniranje konture iskopa koje između ostalih obuhvaća također • tzv. prigušeno konturno miniranje (engl. slab blasting, airchushion blasting; njem. Luftpuffer-sprengverfahren) (slika 6.3.13 gore) koje se rabi svim vrstama stijena različitih inženjersko-geoloških obilježja, a gdje način punjenja konturnih mina omogućava u njima stvaranje tzv. “zračnog jastuka” koji “amortizira” tj. onemogućava razorno djelovanje eksploziva odnosno omogućava njegovo potiskujuće djelovanje koje u načelu cijepa stijenu između konturnih bušotina, • glatko konturno miniranje (engl. smooth blasting, perimeter blasting; njem. Glattes-sprengverfahren, Schoenndes-sprengverfahren) (slika 6.3.13 dolje) koje se rabi u homogenim stijenskim masivima jednolikih inženjersko-geoloških obilježja a gdje način punjenja konturnih (obodnih) mina također onemogućava razorno djelovanje eksploziva odnosno omogućava njegovo potiskujuće djelovanje koje cijepa stijenu između konturnih bušotina.
Slika 6.3.13 Okvirni parametri naknadnog miniranja konture (obrisa) iskopa
97
Prilikom planiranja, ali i izvedbe, površinskog miniranja moraju se odabrati (proračunati), ali i izvesti, parametri masovnog i konturnog miniranja takvih vrijednosti odnosno veličina kako bi moguće štetno potresno djelovanje seizmičkih valova (tzv. seizmički efekt) na prirodni okoliš i postojeće građevine bilo što manje. Štetno potresno djelovanje pri miniranju srazmjerno je veličini pomaka, brzine i ubrzanja oscilacije tla odnosno stijene. Naime, u (opisanom IV.) području potresanja stijene i okoline, gdje šire se elastični valovi nastalih eksplozijom, nema kretanja stijenske mase (ili tla) nego njihovi sastavni djelići osciliraju ili rotiraju oko svojih ravnotežnih položaja. Stoga se sezmički efekti izazvani miniranjem smatraju oscilacije (unutar) tla (u širem smislu) odnosno stijenskog masiva oko područja miniranja izazvane onim dijelom oslobođene energije eksplozije koja se nije potrošila na lomljenje stijenske mase. U praksi se najćešće moraju parametri miniranja, osobito količina eksplozivnog punjenja, zatim raspored i broj minskih bušotina, način iniciranja mina itd., uskladiti sa dozvoljenim brzinama oscilacija (unutar) tla odnosno stijenske mase kao kriterijem procjene mogućeg (ili očekivanog onemogućenog) štetnog djelovanja seizmičkih valova na građevine i pojedine vrste građevinskih konstrukcija. Na slijedećoj tablici 6.3.5 (prema S. V. Medvedovu, Rusija) vide se obolježja potresa u odnosu na brzinu oscilacija (unutar) tla odnosno stijenske mase na mjestu postojanja (položaja) građevina (izvor: B. Božić: “Miniranje u rudarstvu, građevinarstvu i geotehnici”, Geotehnički fakultet u Varaždinu, 1998). Tablica 6.3.5:Tablica ptresa i brzina oscilacije prema Medvedovu Stupanj Brzina potresa oscilacije Obilježja potresa cm/sec 1. < 0,2 oscilacije registrirati samo instrumenti 2. 0,2 – 0,4 oscilacije se osjećaju samo u potpunoj tišini 3. 0,4 – 0,8 oscilacije oosjećaju osobe koje su upoznate sa miniranjem 4. 0,8 – 1,5 oscilacije osjećaju mnoge osobe 5. 1,5 – 3 počinje osipanje žbuke i nastaju oštećenja u starijim zgradama 6. 3 – 6, pojavljuju se pukotine u žbuci i uočljiva oštećenja na zgradama 7. 6 - 12 pojavljuju oštećenja na zgradam, žbuka otpada, nastaju pukotine na zidovoma 8. 12 - 24 nastaju oštećenja zgrada, pojavljuju se velike pukotine u konstrukcijama, ruše se dimnjaci 9. 24 – 48 pojavljuju se velike pukotine, zgrade se ruše 10. 48 - 96 nastaju velika razaranja i rušenje zgrada
U Hrvatskoj se (pretpostavljene ili miniranjem ostvarene) najveće moguće dozvoljene brzine oscilacija moraju uskladiti sa standardom DIN 4150 koji je trenutno u postupku prihvaćanja kao HRN. Navedeni DIN razlikuje tri vrste građevina u slučaju mogućeg potresnog dijelovanja minerskih radova na te građevine (industrijske, stambene, «delikatne» ili spomeničke, primjerice zaštićene povijesne ili «kulturne» građevine) i za njih određuje najveće dozvoljene brzine oscilacija vezano uz ferkvenciju tih oscilacija. Primjerice, najveće brzine oscilacija vdoz za ferkvencije oscilacija <10 Hz do 100 Hz iznose za industrijske građevine i konstrukcije unutar njih (temelji, strop najvišeg kata) 2 - 5 cm/sec, za stambene građevine 0,5 - 2 cm/sec a za spomeničke građevine 0,3 - 1 cm/sec. Sezmički efekt se većim dijelom izbjegava ili smanjuje ograničavanjem količine eksplozivnog punjenja po jednom trenutnom iniciranju eksploziva ili po jednom vremenskom intervalu iniciranja eksploziva. Okvirne vrijednosti ukupne količine eksplozivnog punjenja po jednom (trenutnom ili vremenskom intervalu iniciranja) bi bile slijedeće: 5 kg eksploziva ako su građevine udaljene oko 30 m, 10 kg eksploziva ako su građevine udaljene oko 50 m, 15 kg eksploziva ako su građevine udaljene oko 65 m, 20 kg eksploziva ako su građevine udaljene oko 75 m, 25 kg eksploziva ako su građevine udaljene oko 90 m, 30 kg eksploziva ako su građevine udaljene oko 100 m. Međutim, valja istaći de se prava količina ukupnog eksplozivnog punjenja (naboja) kao i najveća moguće količina punjenja (naboja) eksploziva po jednom iniciranju mora utvrditi i dokazati samo pokusnim miniranjem u razmatranom stijenskom masivu i uvjetima njegove okoline.
98
