การลดปริมาณหินก้อนใหญ่ที่ได้จากการระเบิดหน้าดิน: เหตุใดการใช้วัตถุระเบิดมากขึ้นจึงไม่ใช่คำตอบ
ถ้าคุณเคยทำงานระเบิดหินบนพื้นผิวมาบ้าง คุณคงเข้าใจความรู้สึกนี้ดี คุณเดินไปที่กองหินหลังจากการระเบิดแต่ละครั้ง และก็เห็นก้อนหินขนาดเท่ารถยนต์ขนาดเล็กหกก้อนวางอยู่ตรงจุดที่เคยเป็นแถวหน้าสุด คนขับรถขุดมองคุณด้วยสายตาแบบนั้น ผู้จัดการโครงการเริ่มคำนวณค่าใช้จ่ายจากการแตกหักเพิ่มเติมในใจ และสุดท้ายก็จะมีใครสักคนพูดในสิ่งที่คุณไม่อยากได้ยิน: อืม...บางทีรอบต่อไปเราควรเติมดินระเบิดเพิ่มนะ
นี่คือสิ่งที่ผมเรียนรู้มาอย่างยากลำบาก หลังจากใช้ระเบิด ANFO ไปมากพอที่จะสร้างเหมืองหินขนาดเล็กได้: ปัญหาการปีนป่ายหินส่วนใหญ่ไม่ได้เกิดจากการใช้ระเบิดไม่เพียงพอ แต่เกิดจากการที่พลังงานไปอยู่ในที่ที่ไม่ถูกต้อง อุดรอยรั่วเหล่านั้น แล้วการแตกกระจายของหินก็จะเกิดขึ้นเอง
ขั้นตอนที่หนึ่ง: สำรวจพื้นที่ก่อนที่จะเริ่มกำหนดพารามิเตอร์
ก่อนที่คุณจะเปลี่ยนระยะห่างของรูเจาะ ก่อนที่คุณจะปรับปัจจัยผงดินปืน ก่อนที่คุณจะทำอะไรก็ตามที่เกี่ยวข้องกับตัวเลข ให้ลองเดินสำรวจหน้างานก่อน มองดูมันจริงๆ
แถวหน้าของหลุมและส่วนบนของแท่นเป็นที่มาของก้อนหินขนาดใหญ่ และมีเหตุผลอยู่เบื้องหลังนั้น แถวหน้านั้นพุ่งเข้าไปในหินที่เสียหายอยู่แล้ว — จากการระเบิดครั้งก่อน จากการผุกร่อนเป็นเวลาหลายเดือน จากการคลายตัวของหน้าผา ส่วนแท่นด้านบนก็เช่นเดียวกัน จากบนลงล่าง บริเวณเหล่านี้เต็มไปด้วยรอยแตกและรอยแยกเล็กๆ ที่มองไม่เห็นจากระยะ 20 เมตร แต่จะดูดพลังระเบิดของคุณไปอย่างแน่นอน
เมื่อคลื่นระเบิดกระทบกับรอยแตกเปิด มันจะไม่ทะลุผ่านไปอย่างราบรื่น คลื่นความเครียดจะสะท้อน กระจาย และสูญเสียแรงดัน ก๊าซที่ตามมา—ซึ่งเป็นส่วนสำคัญที่ทำให้หินแตกในกรณีการระเบิดที่ออกแบบมาอย่างเหมาะสม—จะระบายออกไปสู่รอยแตกโดยตรงแทนที่จะไปเพิ่มแรงดันที่ผนังหลุมเจาะ ผลลัพธ์ที่ได้คือ วัตถุระเบิดระเบิดขึ้น พื้นดินสั่นสะเทือน และหินระหว่างรอยแตกไม่ได้รับแรงดันที่ต่อเนื่องเพียงพอที่จะแตกออก
สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นที่ขอบเขตทางธรณีวิทยาเช่นกัน หากไปกระทบกับชั้นดินเหนียว เขตเฉือน หรือแนวหินผุพัง คลื่นความเครียดจะหยุดลงทันที หินอีกด้านหนึ่งของขอบเขตนั้นจะถูกผลักออกมาอย่างสมบูรณ์ และตกลงไปในกองเศษหินเป็นก้อนหินขนาดใหญ่ที่ทีมกู้ภัยของคุณจะต้องสาปแช่งไปอีกสามวัน
ดังนั้นขั้นตอนแรกจึงไม่ใช่การปรับแต่งอะไรเลย แต่เป็นการเดินสำรวจแท่นขุดเจาะและทำเครื่องหมายจุดที่มีปัญหาลงบนภาพร่างที่พ่นสีไว้ เช่น แถวหน้าแตกตรงนี้ รอยแยกดินเหนียวตรงนั้น หินชั้นบนผุกร่อนอยู่ด้านบน หากคุณไม่รู้ว่าพลังงานรั่วไหลไปที่ไหน คุณก็อุดรูรั่วไม่ได้
ขั้นตอนที่สอง: สองปัจจัยหลักที่จะส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงอย่างแท้จริง
เมื่อคุณรู้แล้วว่าโซนไหนจะเป็นอุปสรรค คุณก็จะสามารถปรับตัวได้อย่างชาญฉลาดแทนที่จะทำไปโดยไม่รู้ทิศทาง
พารามิเตอร์แรกที่ควรกล่าวถึงคือรูปแบบของรูเจาะ เหมืองหินจำนวนมากยังคงใช้รูปแบบดั้งเดิมอยู่ นั่นคือ รูเจาะแคบ แต่มีปริมาณหินที่ขุดได้มาก ความคิดก็คือ รูเจาะที่แคบจะทำให้หินแตกตัวได้ดีกว่า แต่ความเป็นจริงกลับตรงกันข้าม รูเจาะแคบแต่มีปริมาณหินมาก จะทำให้เกิดช่องว่างพลังงานที่ฐานของหน้าผา และช่องว่างเหล่านั้นเองที่ทำให้เกิดก้อนหินขนาดใหญ่และเศษหินที่ทุกคนไม่ชอบ
พลิกมุมมองใหม่ เว้นระยะห่างมากขึ้น ลดภาระการเจาะ ขยายระยะห่างระหว่างรูเจาะ แต่ดึงแถวเจาะให้ใกล้กับหน้าหินมากขึ้น คุณจะได้ประโยชน์สองอย่างพร้อมกัน: ภาระการเจาะที่ลดลงหมายความว่าแถวหน้าจะแตกละเอียดลงไปถึงพื้นแทนที่จะเหลือส่วนปลาย และระยะห่างที่กว้างขึ้น — ตราบใดที่คำนวณเพื่อให้พลังงานทับซ้อนเต็มที่ระหว่างรูเจาะที่อยู่ติดกัน — จะครอบคลุมมวลหินโดยไม่เกิดการทับซ้อนที่สิ้นเปลืองเหมือนกับรูปแบบที่แคบ การแตกตัวของหินจะสม่ำเสมอมากขึ้น และคุณจะเจาะรูน้อยลงต่อลูกบาศก์เมตร นั่นหมายถึงการประหยัดเงินได้ทั้งสองด้าน
พารามิเตอร์ที่สองคือปัจจัยผงระเบิด และสิ่งสำคัญคือต้องเลิกคิดว่ามันเป็นตัวเลขเดียวสำหรับการระเบิดทั้งหมด แถวหน้าที่มีรอยแตกจะได้รับปริมาณระเบิดเพิ่มขึ้น 10% ถึง 20% ต่อลูกบาศก์เมตร มากกว่าระดับพื้นฐาน คุณไม่ได้เพิ่มพลังงานเพื่อแค่เพิ่มพลังงาน แต่คุณกำลังชดเชยพลังงานที่รั่วไหลผ่านรอยแตกที่มีอยู่ก่อนแล้ว หินที่ยังคงสภาพสมบูรณ์ด้านหลังแถวหน้าจะคงอยู่ที่ระดับพื้นฐาน และใกล้กับผนังลาดชันสุดท้าย คุณควรลดปัจจัยผงระเบิดลง เพราะความมั่นคงของลาดชันเป็นเรื่องความปลอดภัย ไม่ใช่ตัวชี้วัดผลผลิต และการระเบิดมากเกินไปใกล้กับขอบเขตจะทำให้เกิดความเสียหายแบบลิ่มที่ปรากฏให้เห็นในอีกหกเดือนต่อมา
ปรับทีละน้อยและทดสอบดู เพิ่ม 10% ในบริเวณที่มีปัญหา ยิงระเบิด แล้วตรวจสอบกองดินที่ขุดออกมา ยังมีก้อนหินอยู่ไหม? เพิ่มเป็น 15% อย่ากระโดดไป 25% เพราะใจร้อน การระเบิดมากเกินไปไม่เพียงแต่สิ้นเปลืองเงินเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดเศษหินกระเด็น การสั่นสะเทือนมากเกินไป และผนังด้านหลังที่ไม่เรียบ ทำให้การเจาะรอบต่อไปยากขึ้น
ขั้นตอนที่สาม: เก็บสิ่งสกปรกไว้บ้างเพื่อเป็นกันชน
การระเบิดหน้าผาแบบสะอาดหมดจด — คือการขนเศษหินและดินที่เหลือจากการระเบิดครั้งก่อนออกไปให้หมดก่อนการระเบิดรอบต่อไป — เป็นวิธีการมาตรฐานในหลายๆ แหล่ง เพราะดูเรียบร้อย และยังเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่ทำให้ได้หินก้อนใหญ่จำนวนมาก นี่คือเหตุผล
เมื่อแถวหน้าสุดถูกยิงออกไปในอากาศว่างเปล่า ไม่มีอะไรต้านทานการเคลื่อนที่ของหินนอกจากแรงเฉื่อยของหินเอง พลังงานจากการระเบิดจะแบ่งออกเป็นสองส่วนคร่าวๆ คือ คลื่นความเครียดที่ทำให้หินแตกอยู่กับที่ และการขยายตัวของก๊าซที่ผลักหินที่แตกแล้วไปข้างหน้า เมื่อไม่มีอะไรอยู่ข้างหน้าแท่นขุดเจาะ การขยายตัวของก๊าซจะใช้พลังงานส่วนใหญ่ไปกับการเหวี่ยง ทำให้หินถูกเร่งออกไปด้านนอก ห่างจากหน้าผาโดยไม่มีแรงต้านทาน เศษหินกระเด็นออกไป ตกลงมา และคงอยู่ตรงนั้นเป็นก้อนหินที่สมบูรณ์ เพราะไม่มีการชนกัน ไม่มีการบดอัดระหว่างอนุภาค ไม่มีอะไรที่จะเปลี่ยนชิ้นใหญ่ให้กลายเป็นชิ้นเล็กๆ
การระเบิดแบบกั้นพื้นที่ — การเว้นแถบดินที่ขุดได้ก่อนหน้าไว้กว้าง 2-4 เมตรติดกับหน้าผา — เปลี่ยนหลักการทางฟิสิกส์ไปอย่างสิ้นเชิง แถวหน้าจะระเบิดเข้าไปในแนวดินที่กั้นไว้แทนที่จะระเบิดในอากาศ เศษหินจะกระแทกเข้ากับกองดินที่ถูกกั้นไว้ ชนกันเอง และพลังงานจลน์ที่ควรจะสูญเปล่าไปกับการกระเด็นจะถูกเปลี่ยนเป็นการแตกหักรองผ่านการกระแทกและการบด คุณจะได้เศษหินขนาดเล็กกว่า มีหินกระเด็นน้อยลง และกองดินที่แน่นกว่าซึ่งขุดได้ง่ายกว่า
เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดี ต้องมีปัจจัยหลายอย่างที่ถูกต้อง: เศษดินที่กักเก็บไว้ต้องมีความหนาแน่นมากพอที่จะสร้างแรงต้านทานได้จริง – กองดินที่หลวมและฟูจะไม่สามารถใช้งานได้ ปริมาณผงดินต้องเพิ่มขึ้น 10% ถึง 20% เพราะคุณต้องออกแรงมากขึ้น (การทำลายโดยมีแรงต้านทานต้องใช้พลังงานมากกว่าการทำลายในพื้นที่ว่าง) และระยะเวลาหน่วงระหว่างแถวควรนานกว่าการพ่นแบบหน้าเรียบเล็กน้อย เพื่อให้เศษดินจากแต่ละแถวมีเวลาชนและบดกับแผ่นกั้นก่อนที่แถวถัดไปจะมาถึง
ขั้นตอนที่สี่: อย่าลืมสิ่งที่เกิดขึ้นในระดับผู้บริหาร
บริเวณส่วนบนสุดของหลุมเจาะที่อุดด้วยวัสดุเฉื่อยแทนที่จะเป็นวัตถุระเบิดนั้น มีไว้เพื่อควบคุมเศษหินกระเด็น และเป็นสิ่งที่ไม่สามารถละเลยได้จากมุมมองด้านความปลอดภัย แต่ก็สร้างปัญหาขึ้นมาเช่นกัน คือ แรงระเบิดจะเริ่มจากระดับที่ต่ำกว่าในหลุม ซึ่งหมายความว่าส่วนบนสุดของชั้นหินจะได้รับพลังงานระเบิดโดยตรงน้อยลง ลองเดาดูสิว่าก้อนหินชุดต่อไปจะมาจากไหน
คุณไม่สามารถลดความยาวของวัสดุอุดรอยรั่วเพื่อแก้ไขปัญหานี้ได้ เพราะนั่นจะทำให้เกิดการระเบิดของหน้าผาและหินกระเด็น แต่มีเทคนิคภาคสนามที่ได้ผลคือ: วางประจุเสริมขนาดเล็กไว้ภายในเสาของวัสดุอุดรอยรั่ว โดยวางตำแหน่งให้ส่งพลังงานเพียงพอที่จะทำให้บริเวณคอหินแตกโดยไม่ทำให้วัสดุอุดรอยรั่วระเบิด ไม่ใช่ประจุเต็มที่ แค่เพียงพอที่จะทำให้หินด้านบนแตกออกพร้อมกับส่วนที่เหลือของแนวหิน แทนที่จะแตกเป็นแผ่นแข็งๆ ตามการขยายตัวของก๊าซ ผมเคยเห็นเทคนิคนี้ช่วยลดจำนวนก้อนหินด้านบนลงมากกว่าครึ่งในพื้นที่ที่เคยมีปัญหาก้อนหินบริเวณคอหินเรื้อรัง
ในขณะเดียวกัน ให้ซิงค์ลำดับการเริ่มต้นของคุณกับรูปแบบรูใหม่ การเว้นระยะห่างมากแต่ภาระน้อยจะทำงานได้ดีที่สุดกับการหน่วงเวลาทางอิเล็กทรอนิกส์แบบแถวต่อแถว — แต่ละแถวจะได้รับการยิงที่สะอาดไปยังบัฟเฟอร์ ชิ้นส่วนจะชนกัน และแถวถัดไปจะมาถึงก่อนที่กองเศษซากจะตกตะกอนและสูญเสียความต้านทาน
เรื่องนี้เกี่ยวข้องกันอย่างไรกับการทุบหิน O2
ทุกสิ่งที่ผมเพิ่งอธิบายไปนั้นตั้งอยู่บนสมมติฐานว่าคุณใช้ระเบิดแบบดั้งเดิมในการตั้งค่าการระเบิดแบบมาตรฐาน แต่หลักการต่างๆ เช่น การปลดปล่อยพลังงานอย่างควบคุมได้ การลดการรั่วไหลผ่านรอยแตก การใช้การขยายตัวที่จำกัดแทนการพุ่งกระจายอย่างอิสระ คือหลักการที่ทำให้ระบบการทำลายหินโดยไม่ใช้ระเบิดมีประสิทธิภาพ
ระบบการระเบิดหินด้วยออกซิเจน (O2) ทำงานบนกลไกพื้นฐานที่แตกต่างออกไป นั่นคือ การขยายตัวจากการเปลี่ยนสถานะของออกซิเจนเหลว แทนที่จะเป็นการระเบิดทางเคมี แต่หลักฟิสิกส์ของการทำลายหินอย่างมีประสิทธิภาพนั้นเหมือนกัน การขยายตัวที่ควบคุมได้โดยมีแรงต้าน จะทำให้เกิดการแตกตัวที่ดีกว่าการพุ่งกระฉูดโดยไม่มีการควบคุม รอยแตกที่มีอยู่ก่อนแล้วจะดูดซับพลังงาน ไม่ว่าคุณจะใช้ ANFO หรือ LOX ก็ตาม และการทำความเข้าใจมวลหินของคุณก่อนที่จะออกแบบการระเบิด คือความแตกต่างระหว่างกองเศษหินที่สะอาดกับกองหินขนาดใหญ่ ไม่ว่าคุณจะใส่อะไรลงไปในหลุมก็ตาม
สำหรับเหมืองหินที่อยู่ใกล้โครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ ซึ่งการกระเด็นของหิน การสั่นสะเทือน และการขออนุญาตเป็นข้อจำกัดที่สำคัญ ระบบ O2 สามารถแก้ปัญหาที่การระเบิดแบบกันชนและการควบคุมปริมาณดินระเบิดอย่างระมัดระวังสามารถแก้ไขได้เพียงบางส่วนเท่านั้น การไม่มีหินกระเด็นหมายความว่าไม่ต้องประนีประนอมเรื่องการอุดรอยรั่ว การปลดปล่อยพลังงานอย่างควบคุมได้หมายความว่าไม่มีก๊าซรั่วไหลผ่านรอยแตก และระยะห่างเพื่อความปลอดภัยลดลงจากหลายร้อยเมตรเหลือเพียงหนึ่งร้อยเมตร ซึ่งในเหมืองหินที่ล้อมรอบด้วยถนนและอาคาร อาจเป็นความแตกต่างระหว่างการดำเนินงานและการไม่ดำเนินงาน
