Waste fines from rock breakage often negatively influence economics and environment. The Austrian Science Fund (FWF) sponsors a project to investigate the cause of the fines by studying blast fragmentation throughout small-scale blast tests and numerical simulations. The tests include blast-loading confined granite and mortar cylinders by detonating cord with 6, 12, and 20 g/m of PETN. The blast-driven dynamic cracking at the end face of the cylinder opposite to the initiation point is filmed with a high-speed camera. The filming is followed up by an analysis of surface and internal crack systems and sieving of the blasted cylinders to quantify the amount of fine material created. The numerical simulations cover the blast fragmentation of a mortar cylinder. These simulations use Finite and Discrete Element Methods (FEM, DEM) with explicit time integration. The model cylinders are loaded by a pressure evolution acting on the borehole wall. Both methods produce realistic crack patterns, consisting of through-going radial cracks with crack intersections around a crushed zone at the borehole. Furthermore, the DEM models have also yielded realistic fragment size distributions (FSD). The paper covers the present progress of the ongoing project and related future work.
Bei Gesteinssprengungen entstehende, nicht verwertbare Feinanteile haben oft einen negativen Einfluss auf Umwelt und Wirtschaftlichkeit. Der Österreichische Wissenschaftsfonds (FWF) fördert ein Projekt zur Untersuchung der Ursache von Feinanteilen durch Analyse der Zerkleinerung in kleinmaßstäblichen Sprengversuchen und numerische Modellierung. Die Tests umfassen Sprengversuche an Granit- und Mörtelzylindern mit 6, 12 und 20 g/m PETN Sprengschnur. Die dynamische Rissbildung an der dem Initiationspunkt gegenüberliegenden Stirnseite des Zylinders wird mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommen. Im Anschluss an die Aufnahme erfolgt eine Analyse der oberflächlichen und inneren Risssysteme sowie eine Siebanalyse des gesprengten Materials, um die Masse des entstehenden Feinmaterials zu quantifizieren. Die numerischen Simulationen modellieren die Zerkleinerung eines Mörtelzylinders. Es werden Finite- und Diskrete-Elemente-Methoden (FEM, DEM) mit expliziter Zeitintegration verwendet. Die Modellzylinder werden durch eine, auf die Bohrlochwand wirkende, Druckentwicklung belastet. Beide Methoden produzieren realistische Rissmuster, bestehend aus durchgehenden radialen Rissen mit Rissübergängen (Vereinigung und Unterteilung) rund um eine Zermalmungszone am Bohrloch. Darüber hinaus haben die DEM-Modelle auch eine realistische Korngrößenverteilung geliefert. Der Beitrag behandelt den aktuellen Fortschritt des laufenden Projekts sowie damit verbundene zukünftige Arbeiten.
Keywords: Blast fragmentation; Blast tests; Blast-induced fines; DEM; Dynamic cracking; FEM; High-speed photography.