Đang tải... (xem toàn văn)
Phần 1 của bài giảng Nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá bằng nổ mìn trong khai thác mỏ (Dùng cho trình độ Thạc sĩ) cung cấp cho học viên những nội dung về: những vấn đề cơ bản của tác dụng phá vỡ đất đá bằng nổ mìn và nguyên tắc tính toán lượng thuốc nổ; điều khiển mức độ đập vỡ đất đá bằng nổ mìn;... Mời các bạn cùng tham khảo!
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH BÀI GIẢNG NÂNG CAO HIỆU QUẢ PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ BẰNG NỔ MÌN TRONG KHAI THÁC MỎ (DÙNG CHO TRÌNH ĐỘ THẠC SỸ) Quảng Ninh, 2018 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH NÂNG CAO HIỆU QUẢ PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ BẰNG NỔ MÌN TRONG KHAI THÁC MỎ Quảng Ninh, năm 2018 CHƯƠNG NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ TÁC DỤNG PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ BẰNG NỔ MÌN VÀ NGUN TẮC TÍNH TỐN LƯỢNG THUỐC NỔ 1.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1.1 Phân loại lượng thuốc nổ Khối lượng thuốc chuẩn bị để nổ chứa lỗ khoan, buồng mìn hay đắp ngồi đối tượng phá vỡ gọi lượng thuốc nổ Người ta phân chúng thành loại sau: - Theo vị trí đặt thuốc: Lượng thuốc phân làm hai loại lượng thuốc đắp lượng thuốc phân bố bên lỗ khoan buồng mìn Lượng thuốc đắp ngồi dùng chủ yếu để đập vỡ đất đá quặng q cỡ, cịn lượng thuốc bên với mục đích phá vỡ đất đá để khai thác khoáng sản - Theo cấu trúc, lượng thuốc phân thành: Lượng thuốc tập trung lượng thuốc dài Lượng thuốc dài lượng thuốc tăng chiểu dài bán kính vùng phá vỡ hướng tâm không tăng lên Lượng thuốc dài có: lt > (lt: chiều dài lượng thuốc, m; dt: đường kính lượng thuốc, m) dt Đối với loại thuốc khác nhau, đường kính lượng thuốc khác đất đá khác trị số lt/ dt khác Do nguyên tắc khó sử dụng thực tế Người ta phân biệt lượng thuốc dài thành: Lượng thuốc liên tục (không phân chia thành đoạn) lượng thuốc phân đoạn (phân thành phần khoảng trống khơng khí, bua nước) - Theo đặc tính lượng thuốc, người ta phân thành: + Lượng thuốc nén ép: Chỉ phá vỡ đất đá xung quanh lượng thuốc, bề mặt tự khơng xuất phá vỡ (hình 1.1.a) + Thuốc làm vỡ lở: Khi nổ đất đá xung quanh lượng thuốc bề mặt bị phá vỡ (hình 1.1.b) + Lượng thuốc làm tơi vụn: nổ toàn đất đá phễu nổ bị đập vỡ (hình 1.1.c) + Lượng thuốc làm văng xa: Khi nổ đất đá bị đập vỡ văng khỏi giới hạn phễu nổ (hình 1.1.d) Có thể thay đổi đặc tính tác dụng lượng thuốc cách: giữ nguyên lượng thuốc nổ giảm chiều sâu đặt lượng thuốc (hình 1.2.a) giữ nguyên chiều sâu đặt thuốc tăng khối lượng thuốc nổ (hình 1.2.b) Trên hình 1.2 thể hiện: 1,2,3 ký hiệu lượng thuốc, 1 2,3 hình dạng buồng nổ phễu nổ tương ứng a) b) c) d) Hình 1.1- Sơ đồ tác dụng nổ lượng thuốc khác Hình 1.2- Những phương pháp thay đổi đặc tính tác dụng nổ 1.1.2 Hình dạng yếu tố phễu nổ Hình dạng phễu nổ phụ thuộc vào tính chất môi trường Đối với lượng thuốc tập trung đơn độc, để đơn giản cho tính tốn người ta coi phễu nổ có dạng hình nón trịn xoay đỉnh trung tâm lượng thuốc Những yếu tố phễu nổ bao gồm (hình 1.3) r W 2α R Hình 1.3- Những yếu tố phễu nổ - Chiều sâu đặt thuốc (đường kháng nhỏ nhất) W: khoảng cách ngắn từ trung tâm lượng thuốc đến bề mặt tự do; - Góc mở rộng phễu nổ ; - Bán kính phễu nổ r; - Bán kính tác dụng nổ R; - Chỉ số tác dụng nổ n: n tg r w số tác dụng nổ có: n = 1, 2α = 900, r = w gọi nổ tiêu chuẩn n > 1, 2α > 900, r > w gọi nổ mạnh n 20% đạt 1,5 m/ngày đêm, độ lỗ hổng 10% giảm đến 0,04 m/ngày đêm, giảm 30 lần Có thể nhận xét rằng: với độ lỗ hổng khác nhau, lấp đầy khe nứt vật liệu phá hủy, độ nứt nẻ thường ảnh hưởng yếu đến hệ số thấm Trong đất đá đặc cứng thơng số chủ yếu ảnh hưởng đến tính thấm đất đá lại độ nứt nẻ - Građian áp lực: thơng số đặc trưng cho độ ngậm nước Građian áp lực chiếm vị trí đặc biệt, xác định giảm áp lực tạo dỡ tải tầng chứa nước Građian lớn tốc độ vận động nước ngầm lớn, công tác nổ mìn khó khăn 3.2.3 Ảnh hưởng độ ngậm nước đến hiệu cơng tác nổ mìn I.C.Mess nghiên cứu tính quy luật biến dạng đất đá bão hòa nước tác dụng nổ phương pháp điều chỉnh q trình biến dạng cách thay đổi thơng số xung lượng nổ Tác giả tiến hành thí nghiệm mơ hình chế tạo từ đá vơi vỏ sị khơ ngậm nước Kết cho thấy: ngậm nước tỷ lệ hạt cỡ (- 40 mm) giảm tỷ lệ hạt – mm tăng 2% (hình 3.1) Trên sở số liệu thực nghiệm, biểu đồ tác giả thể ảnh hưởng bão hòa nước đến tỷ lệ cục đá cỡ tùy thuộc vào hệ số phân chia mơ hình Ta thấy có nước đá vơi vỏ sị tỷ lệ cục q cỡ giảm Ngoài tỷ lệ cục đá cỡ cịn giảm tăng hệ số phân chia mơ hình (hình 3.2) 50 Hình 3.1 Tỷ lệ sản phẩm đập vỡ nổ mìn đá vơi vỏ sị 1- Nứt nẻ chứa đầy nước; 2- Nứt nẻ khơ Hình3.2 Ảnh hưởng bão hòa nước đến tỷ lệ cục q cỡ nổ đá vơi vỏ sị mơ hình với hệ số phân chia khác 1- Mẫu khơ; 2- Mẫu bão hịa nước Hệ số phân chia mơ hình đặc trưng cho độ nứt nẻ đất đá, tính sau: P = Vmh/Vkn (3.1) Trong đó: Vmh- Thể tích mơ hình Vkn- Thể tích khối nhỏ hợp thành mơ hình Như xét chế biến dạng phá hủy nổ mìn đất đá ngậm nước có hiệu phá vỡ tăng lên Ảnh hưởng xấu đến hiệu nổ mìn đất đá ngậm nước thể khía cạnh nước làm thay đổi tính chất lượng thuốc, giảm khả nổ lượng thuốc, gây khó khăn cho q trình thi cơng, tăng giá thành cơng tác nổ mìn Đối với cơng tác nổ mìn, độ ngậm nước đất đá đánh giá chiều cao cột nước lỗ khoan tính chất vận động Hiện cơng tác nổ mìn sử dụng chủ yếu loại chất nổ sở nitrat amơn Trong q trình tiếp xúc với nước, mức độ định xảy thay đổi mật độ lượng thuốc, độ đơng đặc nó, phân lớp, hịa tan trơi thuốc nổ theo kẽ nứt, lỗ rỗng 51 - Sự thay đổi mật độ lượng thuốc: ngâm lương thuốc nitrat amôn nước đất tăng độ ẩm > 10% xảy lắng đọng lượng thuốc làm giảm chiều dài Sự lắng đọng cực đại miêu tả phương trình: y 1 max 100 , (3.2) Trong đó: - Mật độ lượng thuốc nạp max- Mật độ cực đại lượng thuốc Quá trình tác dụng lượng thuốc với nước xảy theo giai đoạn: đầu tiên, độ ẩm nhỏ, tinh thể nitrat amôn hấp thụ nước giảm độ bền Sau độ bền giảm đến giới hạn bắt đầu nén chặt với nhét đầy lỗ rỗng Trong tất giai đoạn tạo dung dịch bão hòa nitrat amơn tập trung phần lượng thuốc Vì nén chặt phần đạt cực đại độ ẩm 10% Dựa sở xác định thời hạn trình nén chặt điều kiện ĐCTV khác Khối lượng nước xâm nhập vào lỗ khoan (m3) xác định: Q 2kl h p )t 2h ln r (3.3) Trong đó: h- Áp lực cột nước, m; p- Sức kháng áp lỗ khoan, KN; r- Bán kính lỗ khoan, m; t- Thời gian, ngày-đêm; l- Chiều dài lỗ khoan, m; k- Hệ số thấm đất đá, m/ngày-đêm Khối lượng nước yêu cầu để tăng độ ẩm lượng thuốc đến trị số định W(%) là: q Pm W r l W 100 (3.4) Trong đó: Pm- Khối lượng thuốc, T; Nổ lượng thuốc lỗ khoan thường tiến hành khi: h – p không lớn m, r = 0,25 0,30 m , l = 15 20 m Độ ẩm bắt đầu nén chặt lượng thuốc 5% Trong điều kiện đó, thời gian cần thiết để nén chặt lượng thuốc xác định: t m k (3.5) 52 Trong đó: m- Hệ số truyền áp lực lớp cho lớp dưới, thay đổi từ 0,5 2,0 tùy thuộc cơng nghệ cơng tác nổ Đặc tính thay đổi thời gian nén chặt lượng thuốc tùy thuộc vào tính chất thấm đất đá thể hình 3.3 Hình 3.3 Sự phụ thuộc thời gian nén chặt lượng vào hệ số thấm đất đá - Sự thay đổi trạng thái vật lý lượng thuốc: Khi tăng độ ẩm tới trị số lượng thuốc bắt đầu chuyển sang trạng thái dẻo, sau trạng thái chảy dai Đối với lỗ khoan thẳng đứng mỏ lộ thiên, thay đổi gây phức tạp khơng nhiều đến việc tiến hành công tác nổ Đối với lỗ khoan ngược điều kiện hầm lò, lượng thuốc chảy khỏi lỗ khoan Khi vị trí ổn định lượng thuốc định lực dính kết với thành lỗ khoan - Sự phân lớp lượng thuốc: Tùy thuộc thành phần chất nổ mà có khả phân lớp theo mật độ phần tử thành phần Mật độ dung dịch bão hịa nitrat amơn nhiệt độ bình thường 1,27 g/m Trong thành phần chất nổ nhóm nitrat amơn người ta đưa vào phần tử có mật độ nhỏ (như sản phẩm dầu igđanít) lớn trotin Zernôgranulit) Những phần tử nhẹ lên trên, phần tử nặng chìm xuống Lượng thuốc có chứa sản phẩn dầu lửa bắt đầu phân lớp trường hợp tất lỗ hổng lượng thuốc chứa đầy chất lỏng (dung dịch bão hịa nitrat amơn), trường hợp độ lỗ hổng 15 20%, độ ẩm lượng thuốc 25 30% - Hòa tan chảy thuốc nổ theo khe nứt vào đất đá xung quanh lỗ khoan: Phân tích thực tế tiến hành cơng tác nổ điều kiện ĐCTV phức tạp thoát thuốc nổ xảy ảnh hưởng nước ngầm phụ thuộc trực tiếp vào cường độ hòa tan phần tử chất nổ Dòng chảy nước vào lỗ khoan thẳng đứng xác định: QB K h l 2h ln d 53 (3.6) Trong đó: QB- Dịng chảy vào lỗ khoan, m3/h; K- Hệ số thấm đất đá, m/ngày-đêm h- Áp lực nước đất, m; l- Chiều dài phần thấm lỗ khoan, m Khi mực nước thấp miệng lỗ khoan l = h QB = 0, trường hợp nitrat amôn bị chênh lệch áp lực mật độ dung dịch nước đất khác Khi nạp lỗ khoan có nước, mức chất lỏng lỗ khoan tăng lên: 1 B H H B (3.7) Trong đó: B- Độ lỗ hổng lượng thuốc; H- Mức chất lỏng lỗ khoan Sau theo mức độ bão hịa dung dịch thể tích tăng lên, cịn mật độ lượng thuốc trở lên khơng đổi Khi mức chất lỏng tăng lên bổ sung Tổng chiều cao tăng thêm mức chất lòng trường hợp là: 1 C k H H B1 0,36C K (3.8) Trong đó: Ck- Độ hịa tan phân tử, T/m3 Hao phí nitrat từ lượng thuốc xác định theo công thức: PM H 1 C B C.100 H z (3.9) Trong đó: Hz- Chiều cao cột thuốc; C- Độ hòa tan nitrat nước; - Mật độ dung dịch lỗ khoan Sau ổn định mức nước phát sinh tuần hoàn chất lỏng khác mật độ dung dịch lỗ khoan lỗ hổng đất đá Khi tiến hành cơng tác nổ mìn, độ thấm độ nứt nẻ đất đá tác dụng chấn động tăng đáng kể Khi nước đất tuần hồn mạnh hơn, lơi phần tử hịa tan khỏi lỗ khoan, tăng hao phí thuốc nổ làm giảm hiệu cơng tác nổ mìn Thực nghiệm khẳng định ảnh hưởng đến kết lôi thuốc nổ khỏi lỗ khoan tính chất khối nổ (hệ số thấm đất đá, áp lực nước, bề 54 dày tầng chứa nước), yếu tố cơng nghệ đường kính góc nghiêng lỗ khoan Như vậy, để khắc phục tượng phần tử hòa tan thuốc nổ khỏi lỗ khoan cần thiết phải tìm phương pháp giảm độ thấm khối nổ, giảm áp lực chiều dày phần ngậm nước lỗ khoan, giảm thời gian tồn thuốc nổ lỗ khoan, tăng đường kính lỗ khoan 3.2.4 Cơng nghệ kỹ thuật nổ mìn đất đá ngậm nước Khi tính đến thay đổi điều kiện công nghệ khai thác tính chất đất đá với tăng chiều sâu mỏ sơ đồ cơng nghệ khoan nổ mìn có khuynh hướng phát triển sau: 1- Chuyển từ nổ nhiều hàng (4 6) lỗ khoan đường kính lớn (250 320 mm) đến nổ hàng lỗ khoan đường kính nhỏ (150 210 mm), tiếp tục giảm đường kính lỗ khoan đến 100 150 mm (đặc biệt bờ mỏ tầng sâu có đất đá khó nổ) 2- Sử dụng khối lượng lớn chất nổ ổn định nước công suất lớn, đảm bảo đập vỡ tốt đất đá ngậm nước 3- Chuyển từ loại máy khoan khoan lỗ đường kính lớn sang loại máy khoan khoan đồng thời hay nhiều lỗ suất cao (150 250 m/ca), đường kính lỗ khoan nhỏ (100 150 mm) 4- Nạp lỗ khoan nghiêng sau khoan để đảm bảo hao phí lỗ khoan nhỏ Với cơng nghệ cần ý sử dụng loại chất nổ có tính ổn định nước cao, phương tiện nổ có độ tin cậy lớn khả kích nổ, lỗ khoan có nước động nước tĩnh với thời gian lâu dài 5- Sử dụng máy nạp thuốc nạp bua đặc biệt đảm bảo nhanh kinh tế với số lượng lớn lỗ khoan đường kính nhỏ 6- Sử dụng sơ đồ nổ vi sai đảm bảo giảm đến mức thấp tác dụng chấn động, để chiều sâu mỏ lớn, khối lượng lần nổ tần số nổ thay đổi không đáng kể so với mức mỏ tiên tiến 7- Ở tầng mỏ không sâu, công suất lớn, đất đá nứt nẻ cấp II, III sử dụng máy khoan lớn, sử dụng cấu mở rộng phần nạp thuốc đáy lỗ khoan 8- Để giảm giá thành công tác nổ, hợp lý sử dụng lượng thuốc nổ phối hợp: phần lỗ khoan (có nước) nạp chất nổ ổn định nước đắt tiền, phần nạp chất nổ bình thường rẻ tiền Để giảm khối lượng chất nổ ổn định nước đắt tiền thực phương pháp làm giảm mực nước lỗ khoan Trên thực tế, thông thường tháo khô lỗ khoan trước nạp nhờ phương tiện khác Tuy nhiên việc tổ chức cơng tác nổ phức tạp không loại trừ nước lỗ khoan sau nạp Phương pháp có hiệu điều kiện 55 tháo khơ sơ vùng ngập nước Khi cần phải tạo mối quan hệ thủy lực tầng chứa nước cạnh Mối liên hệ đạt phá vỡ tính liên tục lớp cách nước cách tạo rãnh tiêu nước (hình 3.4) Rãnh tiêu nước tạo nổ lượng thuốc lỗ khoan qua hay tầng Cũng giảm lượng nước chảy vào trung tâm khai thác mỏ cách tạo rãnh chắn xung quanh mỏ Hình 3.4 Vị trí đường cong hạ áp tầng chứa nước phía phía a- Khi khơng phá vỡ tính liên tục lớp cách nước b- Khi tạo rãnh tiêu nước Để xác định xác khối lượng chất nổ ổn định nước phải biết xác chiều cao cột nước lỗ khoan Chiều cao cột thuốc ổn định nước cần cao mực nước lỗ khoan 0,5 m Một phương pháp nâng cao hiệu cơng tác nổ mìn tầng sâu với đất đá ngậm nước mạnh áp dụng công nghệ nạp thuốc sau kết thúc khoan Công nghệ đảm bảo hiệu cao sử dụng hoàn toàn khối lượng khoan, khắc phục chi phí để làm khôi phục lỗ khoan Ở Nga năm qua khối lượng lỗ khoan phải làm lại trước nạp thuốc chiếm 11%, phải khoan lại chiếm 3% Cơng nghệ nạp mìn sau khoan có ưu điểm lớn, sử dụng hợp lý có lợi kinh tế Khi áp dụng công nghệ cần ý: - Thực nghiêm túc biện pháp an tồn khoan nổ - Chọn quy mơ bãi nổ sở tính tốn thực khối lượng công tác khoan điều kiện kỹ thuật mỏ - Chỉ sử dụng máy khoan cầu để khoan - Sử dụng chất nổ nhóm II để nạp đồng thời máy khoan làm việc - Trong điều kiện đất đá ngậm nước cần sử dụng chất nổ ổn định nước - Đối với đường dây mạng nổ cho phép sử dụng loại dây nổ mỏ lộ thiên 56 - Mồi nổ chế tạo với điều kiện đầu dây nổ cách nước, đầu đưa khỏi lỗ khoan - Nạp chất nổ bua thực tay máy Khi thiết kế tính tốn, ngồi thông số phân bổ lỗ khoan tầng cần nêu rõ trình tự thực đồng thời khoan nạp Khoan nạp lỗ khoan bãi phải thực theo trình tự lùi dần trung tâm bãi, với mục đích loại trừ va chạm ngẫu nhiên lỗ khoan nạp thuốc Việc nạp bua thuốc thực ban ngày, tiến hành nghiêm ngặt theo thiết kế Khi kết thúc nạp thuốc bua phải sử dụng biện pháp bảo vệ dây nổ lỗ khoan Lắp nối mạng nổ tiến hành ngày nổ sau chuẩn bị xong bãi nổ Chất nổ phương tiện nổ cần để cách máy khoan làm việc khoảng 15 m, thiết bị công nghệ làm việc phải cách lỗ khoan nạp thuốc khoảng 15 m 3.2.5 Phương pháp nạp lỗ khoan ngậm nước Theo mức độ ngậm nước lỗ khoan, người ta phân ra: - Lỗ khoan khô: mực nước lỗ khoan 0,5 m; - Lỗ khoan ngậm nước phần: mực nước 0,3 m; - Lỗ khoan ngậm nước: mức nước > m Nhóm nạp lượng thuốc khơng ổn định nước có kết cấu liên tục, nhóm thứ nạp lượng thuốc phối hợp (phần ổn định nước, phần khơng ổn định nước), nhóm thứ nạp lượng thuốc ổn định nước Khi nạp lượng thuốc thực tế khơng tính tốc độ thấm (dịng chảy) nước vào lỗ khoan theo chiều cao lớp thấm Điều ảnh hưởng đến độ ổn định cột thuốc lỗ khoan độ tin cậy kích nổ Trong trường hợp cần có phương pháp dụng cụ đủ hiệu xác định tốc độ thấm nước lỗ khoan (phương pháp rút nước thí nghiệm, phương pháp đo điện, phương pháp dùng chất mầu…) Như cần hoàn thiện công nghệ nạp lỗ khoan ngậm nước sở tính đến đặc tính thủy động đất đá Như tất lỗ khoan nổ phải phân loại theo chế độ thủy động, tương ứng với đề xuất phương pháp chứa chất nổ hợp lý Những đặc tính chủ yếu làm sở cho việc phân loại tốc độ thấm chiều cao cột nước lỗ khoan hb Theo cường độ trao đổi nước, lỗ khoan ngậm nước phân thành nhóm: - Nước khơng chảy: v
