Bohren und Sprengen sind zwei der wichtigsten Abläufe im Produktionsbetrieb von Steinbrüchen. Ineffektive Sprengtechnik, die aus Bohrlochabweichungen resultiert, hat signifikanten Einfluss auf die technische und wirtschaftliche Leistungsfähigkeit des gesamten Betriebes.
Die vorliegende Dissertation fasst die Ergebnisse von 15 Sprengversuchen im Kleinmaßstab zusammen, welche 2013 und 2014 mit dem Ziel der Untersuchung des Einflusses von Bohrlochabweichungen auf die Zerkleinerung durchgeführt wurden. Zusätzlich wurde die Schädigung durch Untersuchung der Bruchwandbeschaffenheit sowie der ins anstehende Gebirge eingetragenen Risse quantifiziert.
Um die geometrischen und geologischen Effekte zu minimieren, wurden die Versuche an Betonblöcken mit Magnetit-Partikeln mit den Dimensionen von 660 x 280 x 210 mm (L x W x H) durchgeführt. Der verwendete Sprengstoff war eine entkoppelte Sprengschnur (PETN) mit 7 mm Durchmesser und einem Lademetergewicht von 20 g/m. Dies resultierte beim gesprengten Volumen von BLH = 0.07x0.66x0.21 m3 in einer theoretischen spezifischen Lademenge (q) von 3.02 kg/m³. Diese spezifische Lademenge wurde während der gesamten durchgeführten Versuche konstant gehalten.
Fünf verschiedene Bohrraster, basierend auf 3 Reihen mit jeweils 7 Bohrlöchern wurden untersucht. Als Referenz diente ein Bohrraster mit einer Vorgabe von 70 mm und 95 mm Seitenabstand. Dem gegenübergestellt wurden vier Bohrraster mit Variationen nur der Vorgabe oder einer Kombination von Vorgabe und Seitenabstand. Die untersuchten Bohrlochabweichungen waren stochastisch oder systematisch.
Die Analyse der Zerkleinerung zeigte, dass weder stochastische noch systematische Variationen der Bohrlochverläufe signifikanten Einfluss auf die Siebkurven haben. Da weder x50 noch n beeinflusst wurden, lassen diese Ergebnisse darauf schließen, dass die Zerkleinerung bei den untersuchten Bedingungen unverändert ist.
Die Beschaffenheit der gesprengten Bruchwand wurde nach jeder Sprengung anhand des Verlaufs von drei horizontalen Konturlinien aus dem 3D-Modell der Bruchwand bewertet. Die Auswertung des Modells wurde mit MATLAB durchgeführt, wobei die Topographie der Oberfläche mit statistische Parameter(Dmean) entsprechend dem Rückriss und Rauigkeit beschrieben wurden. Die Auswertung der Bruchwandbeschaffenheit zeigte, dass die Blöcke der Testserie 2013 in mehr Rückriss als die Blöcke der Testserie 2014 resultierten. In vier der sechs untersuchten Bohrschemata resultierte die zweite Reihe in mehr Rückriss als die erste Reihe. Die Sprengversuche in der dritten Reihe resultierten in homogener ausgebildeten Oberflächen, unabhängig vom gewählten Bohrschema. Die homogenste Oberfläche wurde mit dem S/4-Bohrschema produziert, wobei der Einfluss des Bohrschemas auf den Rückriss nicht signifikant war.Die erzeugten Risse hinter der dritten Reihe wurden mittels Farbeindringmittel visualisiert und quantifiziert. Die Risse wurden in elf Rissfamilien gemäß dem Winkel, der Länge, der Verbindungen und deren Ursprung kategorisiert. Resultierend daraus wurden die Parameter MCD (mean crack density) und MCID (mean crack intersection density) eingeführt. Fünf der elf detektierten Rissfamilien zeigten einen Einfluss der Bohrlochabweichungen. Der Parameter MCD zeigte, dass die sechs untersuchten Bohrschemata unterschiedliche Schädigungen hervorriefen.
Zusätzlich wurde die Schädigung an der Oberfläche der Testblöcke untersucht. Dafür wurde dieselbe Methodik wie für die interne Schädigung angewendet. Die Risse wurden vor sowie nach jeder Sprengung detektiert. Die Analyse zeigte, dass die Risse an der Oberfläche die erzeugten internen Risse unterbewerten. Die Resultate wurden in Relation gesetzt mit den Ergebnissen der Zerkleinerung, der Oberflächenbeschaffenheit (Dmean) und MCD. Somit konnte verifiziert werden, wie die erzeugten Risse durch vorangehende Sprengungen die Zerkleinerung und Schädigung von folgenden Sprengungen beeinflussen.