Il brillamento (o volata, in inglese blasting) è l’insieme delle operazioni mediante le quali la roccia o il minerale vengono frantumati e spostati utilizzando l’energia liberata dalla detonazione di esplosivi. È la fase produttiva più caratteristica e tecnicamente critica dell’ingegneria mineraria, sia nelle miniere a cielo aperto sia in quelle sotterranee.
Fasi del ciclo di brillamento
1. Perforazione
I fori di sparo (blastholes) vengono eseguiti con perforatrici montate su carro (DTH — Down-The-Hole o rotopercussive). I parametri geometrici fondamentali sono:
- Diametro del foro : da 65 mm (piccole volate) a 450 mm (grandi miniere a cielo aperto).
- Profondità del foro : tipicamente dove è l’altezza del gradone e è il subdrilling (sovraprofondità per garantire il taglio netto alla base).
- Maglia di perforazione: distanza tra le file (burden ) e tra i fori di una stessa fila (spacing ). La relazione ottimale è generalmente .
2. Caricamento degli esplosivi
Il foro viene riempito parzialmente con la colonna esplosiva. I principali esplosivi industriali sono:
- ANFO (Ammonium Nitrate / Fuel Oil): mistura granulare a basso costo, usata in fori asciutti.
- Emulsioni esplosive: resistenti all’acqua, più energetiche dell’ANFO, adatte a fori allagati.
- Heavy ANFO: miscela ANFO + emulsione per bilanciare costo ed energia.
La parte superiore del foro viene tamponata con stemming (detriti di perforazione o ghiaia) per trattenere i gas esplosivi e migliorarne l’efficacia.
3. Rete di accensione e ritardi
Il collegamento dei fori avviene tramite detonatori a ritardo (elettrici o non-elettrici, NONEL; o elettronici programmabili). I ritardi sequenziali servono a:
- Controllare la direzione di spostamento della roccia abbattuta (mucchio).
- Ridurre la vibrazione del suolo (ogni detonatore interviene su una massa di roccia limitata).
- Migliorare la frammentazione ottimizzando il confinamento di ciascuna carica.
4. Detonazione e controllo
L’energia dell’esplosivo si manifesta come un’onda di detonazione supersonica che genera pressioni istantanee di MPa all’interno del foro, superiori di due/tre ordini di grandezza alla resistenza a compressione della roccia. L’effetto fratturante deriva da:
- Effetto di scoppio: l’onda d’urto crea fratture radiali attorno al foro.
- Effetto dei gas: i gas esplosivi ad alta pressione si espandono nelle fratture, propagandole e spostando la roccia frantumata.
Parametri di qualità del brillamento
La qualità di un brillamento si valuta su:
| Parametro | Obiettivo | Effetti di errori |
|---|---|---|
| Frammentazione | Pezzatura ottimale per il frantumatore | Pezzi sovradimensionati (boulders) rallentano la produzione |
| Spostamento (muck pile) | Cumulo regolare, facilmente caricabile | Cumulo troppo sparso o compatto riduce la produttività |
| Vibrazione del suolo | Sotto i limiti normativi (tipicamente < 5–25 mm/s PPV) | Danni a strutture vicine |
| Onda aerea (airblast) | Sotto i limiti (tipicamente < 120–133 dB) | Disturbo alle abitazioni, rottura vetri |
| Flyrock | Assenza di proiettili | Rischio per persone e mezzi |
Significato ingegneristico
Il progetto di una volata richiede la conoscenza della meccanica della roccia (resistenza, modulo elastico, struttura discontinua), della chimica degli esplosivi, della propagazione delle onde sismiche e della normativa di sicurezza. Un brillamento mal progettato può produrre frammentazione insufficiente, eccessive vibrazioni, flyrock pericolosi o danni alle pareti della cava. L’ottimizzazione è sempre un compromesso tra produttività, costo e impatto sull’ambiente e sulla sicurezza.