Profili finali di scavo: la tecnica del presplitting

Molto utilizzata nei lavori di ingegneria civile, offre una delle soluzioni più efficaci per migliorare la profilatura finale dei fronti di scavo

Premessa
In questo articolo viene riportato un esempio di realizzazione dei profili finali di scavo "come da progetto" mediante l'utilizzo della tecnica di abbattimento controllato denominata "presplitting".
La profilatura finale dello scavo in roccia rappresenta una delle maggiori difficoltà pratiche riscontrate dagli operatori durante la coltivazione di cava. Quasi sempre la parete verticale delle cave in roccia risulta interessata da fratture e lesioni prevalentemente concentrate al piede del gradone.
La tecnica dell'utilizzo dei fori inclinati nell'abbattimento dei gradoni è molto utile per evitare problemi di rottura alla spalla (back break) ed è inoltre vantaggiosa per i seguenti altri motivi:
- riduzione della perforazione specifica e della quantità di esplosivo utilizzato;
- migliore omogeneità dell'abbattuto;
- migliore geometria finale del gradone;
- riduzione di problemi al piede del gradone.
Con l'uso dei fori inclinati si ottengono migliori risultati soprattutto al piede del gradone grazie ad una migliore trasmissione dell'onda d'urto.
Se da una parte l'aumento della sottoperforazione nei fori verticali favorisce lo smarino della volata, dall'altra provoca, insieme al maggiore consumo di esplosivo, anche una peggiore distribuzione del materiale abbattuto.
Adottando invece una maglia di perforazione con fori inclinati l'abbattuto si disporrà più uniformemente rispetto al fronte facilitando le operazioni di smarino.
Nei fori verticali la parte alta del gradone può presentare una frammentazione non ottimale associata al back break; questi due fattori possono comportare problemi nella perforazione dei gradoni successivi (fino all'impossibilità del posizionamento della perforatrice nei casi peggiori).
In linea generale i risultati che si ottengono con i fori inclinati migliorano all'aumentare dell'altezza del gradone.
Nello specifico proviamo ad analizzare 3 diversi casi (figure 2,3,4).

Primo caso: fori verticali
La zona sprecata (wasted) è molto ampia e la zona con una frammentazione non ottimale (bad fragmentation) è di una certa rilevanza.

Secondo caso: fori inclinati con rapporto 3/1
La zona sprecata è minore ed anche la zona con una frammentazione non ottimale ha un volume minore.

Terzo caso: fori inclinati con rapporto 1/1
La zona sprecata è quasi inesistente ed il volume della zona con frammentazione non ottimale è ridotto al minimo.
Per calcolare il miglior angolo di inclinazione del fronte si ricorre alla teoria di Langefors in quanto l'angolo di rottura naturale della roccia non ha valori prestabiliti ma varia da caso a caso.
Per angolo di rottura naturale s'intende l'angolo che la roccia rimanente crea a fondo foro rispetto all'asse del foro e può variare a seconda che il foro abbia il piede "libero" oppure "incastrato" (Figura 6).
In entrambi i casi l'angolo di rottura in orizzontale aU rimane costante sul valore medio di 90° mentre il valore dell'angolo di rottura in verticale rispetto all'asse del foro αb varia notevolmente.
Nel granito, ad esempio, diverse prove eseguite sui campioni hanno definito come valori ottimali: 135° nel caso di piede "libero" e 90° nel caso di piede "incastrato".
Il modo migliore per calcolare l'angolo di rottura naturale di un determinato tipo di roccia è quello di eseguire un particolare tipo di tiro nel campione preso in esame.
Operativamente si deve caricare solo metà foro creando la situazione di gradone con piede "libero".
Dall'applicazione di questo metodo ne risulta che per avere un'ottimizzazione della qualità della volata occorrere eseguire fori con inclinazione intorno a 45°.
L'utilizzo dei fori inclinati, sicuramente, permette di ridurre la sottoperforazione, la quantità di esplosivo e i tempi di preparazione, migliorando contemporaneamente l'effetto dell'esplosivo al piede del foro.
Tuttavia, si possono registrare fratture e possibili distacchi di materiale in corrispondenza dello spigolo sommitale del gradone, ottenendo locali differenze rispetto alle geometrie imposte dal progetto.

La tecnica del presplitting
Per avere un ulteriore miglioramento occorre utilizzare la tecnica del presplitting, poco in uso nelle attività estrattive, ma molto utilizzata nei lavori di ingegneria civile dove risulta particolarmente importante la qualità dei tagli realizzati negli scavi in roccia.
Con il termine presplitting si definisce un particolare caso di volata per distacco (splitting) il cui scopo è quello di creare una frattura che consenta di separare dal banco, grazie ad un impulso di trazione ben dosato e direzionato, un volume di roccia destinato ad essere frantumato successivamente con mine di produzione ordinarie, senza che queste apportino ulteriori lesioni al banco.
Si tratta del modo più economico, in termini di tempo e di costo energetico, con cui ottenere una discontinuità e non ha praticamente limitazioni in riferimento ad estensione della discontinuità desiderata.
Tale tecnica può essere utilizzata sia per creare un isolamento preventivo, richiesto per evitare danni alla roccia in banco, sia per limitare la trasmissione delle vibrazioni in quanto la qualità di esplosivo per foro risulta più bassa rispetto alla volata di produzione.

Il presente articolo è stato pubblicato a pag. 24 del n. 642/2020 di Quarry & Construction... abbonati e continua a leggerlo