Nghiên cứu hoàn thiện các thông số nổ mìn nhằm nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá và đảm bảo an toàn cho các công trình bảo vệ nằm gần phía bắc khai trường vỉa 15, 16 mỏ than khánh hòa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT BÙI NGỌC HÙNG NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÁC THƠNG SỐ NỔ MÌN NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ VÀ ĐẢM BẢO AN TOÀN CHO CÁC CƠNG TRÌNH BẢO VỆ NẰM GẦN PHÍA BẮC KHAI TRƢỜNG VỈA 15, 16 MỎ THAN KHÁNH HÒA Ngành: Khai thác mỏ Mã số: 8520603 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GV.TS Trần Quang Hiếu HÀ NỘI - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu hoàn thiện thơng số nổ mìn nhằm nâng cao hiệu phá vỡ đất đá đảm bảo an toàn cho cơng trình bảo vệ nằm gần phía Bắc khai trường vỉa 15, 16 mỏ than Khánh Hồ” cơng trình nghiên cứu khoa học riêng tơi Các số liệu Luận văn thạc sỹ kết nghiên cứu trình bày luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Tác giả luận văn Bùi Ngọc Hùng ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CP Cổ phần ĐCCT Địa chất cơng trình ĐCTV Địa chất thủy văn HTKT Hệ thống khai thác NTR Nhũ tương rời KNCN Khả công nổ SCP Sức công phá MĐĐV Mức độ đập vỡ LTN Lượng thuốc nổ TKV Tập đồn cơng nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam NXB Nhà xuất iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, HIỆN TRẠNG CÔNG TÁC KHAI THÁC VÀ KHOAN - NỔ MÌN TẠI MỎ KHÁNH HÕA 1.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ VÀ ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN KHU VỰC KHAI THÁC 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Đặc điểm địa hình, khí hậu, sơng suối 1.1.3 Đặc điểm kinh tế xã hội 1.1.4 Đặc điểm địa chất mỏ than Khánh Hòa 1.1.4.1 Địa tầng 1.1.4.2 Kiến tạo 10 1.1.5 Đặc điểm địa chất thuỷ văn (ĐCTV) 11 1.1.5.1 Đặc điểm nước mặt 11 1.1.5.2 Đặc điểm nước đất 13 1.1.6 Đặc điểm địa chất cơng trình 15 1.1.6.1 Đặc điểm lớp phủ Đệ tứ (Q) 15 1.1.6.2 Đặc điểm phân bố, thành phần tính chất lý loại đá gốc tầng chứa than 16 1.2 HIỆN TRẠNG CƠNG TÁC KHAI THÁC VÀ KHOAN NỔ MÌN TẠI MỎ KHÁNH HÕA 19 1.2.1 Hiện trạng khai thác mỏ Khánh Hòa 19 1.2.1.1 Hệ thống khai thác 19 1.2.1.2 Hiện trạng cơng tác nổ mìn mỏ than Khánh Hòa 22 1.3 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CHƢƠNG 28 CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN VIỆC XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ NỔ MÌN VÀ GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU SĨNG CHẤN ĐỘNG NỔ MÌN 31 2.1 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN VIỆC XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ NỔ MÌN 31 2.1.1 Ảnh hƣởng yếu tố tự nhiên 31 2.1.1.1 Tính chất đá 31 2.1.1.2 Ảnh hưởng điều kiện địa chất thủy văn 35 2.1.2 Các yếu tố kỹ thuật công nghệ 36 2.1.2.1 Về việc điều khiển lượng nổ 36 2.1.2.2 Ảnh hưởng thông số hệ thống khai thác (HTKT) 37 2.1.2.3 Ảnh hưởng loại thuốc nổ sử dụng 38 iv 2.1.2.5 Ảnh hưởng phương pháp nổ mìn 47 2.1.3 Ảnh hƣởng yếu tố tổ chức, kinh tế 50 2.1.3.1 Yếu tố tổ chức 50 2.1.3.2 Yếu tố kinh tế 51 2.2 CÁC GIẢI PHÁP NỔ MÌN GIẢM THIỂU SĨNG CHẤN ĐỘNG 52 2.2.1 Lựa chọn phƣơng pháp nổ mìn hợp lý 52 2.2.2 Phƣơng tiện nổ 55 2.2.3 Thời gian vi sai 57 2.2.3.1 Xác định thời gian vi sai 57 2.2.3 Chọn sơ đồ vi sai hợp lý 58 2.2.3.3 Chọn vị trí điểm khởi nổ trình tự khởi nổ hợp lý 62 2.3 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CHƢƠNG 64 CHƢƠNG 3: LỰA CHỌN CÁC THƠNG SỐ NỔ MÌN HỢP LÝ NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ PHÁ VỠ ĐẤT ĐÁ VÀ GIẢM THIỂU SĨNG CHẤN ĐỘNG NỔ MÌN ĐẾN CÁC CƠNG TRÌNH BẢO VỆ NẰM GẦN PHÍA BẮC KHAI TRƢỜNG VỈA 15, 16 MỎ THAN KHÁNH HOÀ 66 3.1 NHỮNG U CẦU ĐỐI VỚI CƠNG TÁC NỔ MÌN Ở MỎ THAN KHÁNH HÕA 66 3.2 ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HIỆU QUẢ NỔ MÌN VÀ GIẢM SĨNG CHẤN ĐỘNG ĐẾN CÁC CƠNG TRÌNH CẦN BẢO VỆ KHU VỰC PHÍA BẮC KHAI TRƢỜNG VỈA 15, 16 MỎ THAN KHÁNH HÒA 67 3.2.1 Lựa chọn loại thuốc nổ phù hợp 67 3.2.2 Lựa chọn kết cấu LTN, phối hợp loại thuốc nổ lỗ khoan 68 3.2.2.1 Lựa chọn kết cấu LTN cho mỏ Khánh Hòa 68 3.2.2.2 Phối hợp loại thuốc nổ lỗ khoan 73 3.2.3 Lựa chọn thơng số nổ mìn 76 3.2.3.1 Xác định kích thước cỡ hạt nổ mìn hợp lý 76 3.2.3.2 Xác định tiêu thuốc nổ 78 3.2.3.3 Đường kháng chân tầng W 81 3.2.3.4 Khoảng cách lỗ khoan (a) 82 3.2.3.5 Khoảng cách hàng lỗ khoan (b) 82 3.2.3.6 Chiều sâu khoan thêm (Lkt) 83 3.2.3.7 Chiều cao cột bua (Lb) 83 3.2.3.8 Mật độ nạp thuốc (g) 83 v 3.2.3.9 Suất phá đá (P) 83 3.2.3.10 Số hàng khoan 84 3.2.3.11 Số lỗ khoan hàng 84 3.2.3.12 Số lỗ khoan bãi 84 3.2.3.13 Các phương pháp xác định mạng lỗ khoan 85 3.2.4 Tính chọn thời gian vi sai sơ đồ vi sai phù hợp với thực tế mỏ than Khánh Hòa 89 3.2.5 Kết nổ mìn thử nghiệm xác định thơng số nổ mìn hợp lý mỏ than Khánh Hòa 92 3.2.5.1 Phương pháp thực nghiệm 92 3.2.5.2 Trình tự nổ thử nghiệm 93 3.2.6 Xác định quy mô bãi nổ hợp lý đảm bảo an tồn sóng chấn động nổ mìn cho cơng trình cần bảo vệ nằm gần khu vực phía Bắc khai trƣờng vỉa 15, vỉa 16 mỏ than Khánh Hòa 94 3.3 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CHƢƠNG 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Toạ độ mỏ Khánh Hoà theo QĐ số 1988/QĐ-HĐQT Bảng 1.2 Bảng tổng hợp tiêu lý đá vôi sét 17 Bảng 1.3 Bảng tổng hợp tiêu lý đá sét kết 17 Bảng 1.4 Bảng tổng hợp tiêu lý đá bột kết vôi 18 Bảng 1.5 Bảng tổng hợp tiêu lý đá bột kết sừng hoá 18 Bảng 1.6 Bảng tổng hợp tiêu lý đá cát kết 18 Bảng 1.7 Các thông số HTKT áp dụng mỏ 21 Bảng 1.8 Các thơng số nổ mìn mỏ áp dụng 22 Bảng 1.9 Các loại thuốc nổ mỏ than Khánh Hòa sử dụng 23 Bảng 1.10 Các loại phụ kiện nổ thông dụng dùng cho mỏ 25 Bảng 1.11 Thống kê vật liệu nổ mìn mỏ than Khánh Hòa 26 Bảng 2.1 Dao động địa chấn loại đất đá 33 Bảng 3.1 Quan hệ đường kính cỡ hạt hợp lý tiêu 77 thuốc nổ Bảng 3.2 Tỷ lệ đá cỡ thơng qua cỡ hạt trung bình 78 kích thước đá qui cách Bảng 3.3 Giá trị số đập vỡ theo mức độ khó nổ đất 80 đá Bảng 3.4 Hệ số phụ thuộc vào độ nổ đất đá, K 81 Bảng 3.5 Kết tính chọn thời gian vi sai cho mỏ Khánh 92 Hòa Bảng 3.6 Các thơng số nổ mìn cho mỏ Khánh Hịa (Với Thuốc nổ ANFO thường (P = 16,0 kg/m) 96 vii Bảng 3.7 Các thơng số nổ mìn cho mỏ Khánh Hòa (Với thuốc 97 nổ ANFO-WR15, EE-31, P = 14,0 kg/m) Bảng 3.8 Các thơng số nổ mìn cho mỏ Khánh Hòa (Với thuốc nổ NT-13, TFD 15-WR, P = 14,0 kg/m) 97 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Vị trí địa lý mỏ than Khánh Hịa chụp từ vệ tinh Hình 1.2 Tồn cảnh mỏ than Khánh Hịa Hình 1.3 Đất đá khu vực vỉa 15, 16 mỏ than Khánh Hòa 16 Mặt cắt địa chất đặc trưng vỉa 15, 16 mỏ than Hình 1.4 Khánh Hịa 19 Thiết bị Hệ thống khai thác mỏ than Khánh Hình 1.5 Hịa 20 Hình 1.6 Cơng tác nổ mìn mỏ than Khánh Hịa 22 Hình 1.7 Thuốc nổ NT-13 ANFO sử dụng mỏ 24 Hình 1.8 Thuốc nổ AĐ1Φ90, Φ60, Φ32 sử dụng mỏ 24 Hình 1.9 Kíp vi sai phi điện trải mặt kíp phi điện xuống lỗ 26 Hình 1.10 Thành phần kích thƣớc cỡ hạt nổ mìn mỏ 28 Sự phụ thuộc đường kính cỡ hạt nổ mìn vào độ cứng đất đá (f), dung trọng đất đá () đường Hình 2.1 kính khối nứt (dn) 34 Ảnh hưởng tốc độ kích nổ (V) đến bán kính Hình 2.2 vùng đập vỡ có điều khiển (R0) 40 Ảnh hưởng tốc độ kích nổ (V) thể tích vùng Hình 2.3 đập vỡ đất đá có điều khiển (Vdk) 41 Mối quan hệ tiêu thuốc nổ độ cứng đất đá tính tốn sử dụng mỏ than lộ thiên Hình 2.4 vùng Cẩm Phả, Quảng Ninh 42 Hình 2.5 Mối quan hệ tiêu thuốc nổ đường kính cỡ hạt nổ mìn 42 ix Sự thay đổi tiết diện vùng đập vỡ thay đổi tỷ số Hình 2.6 44 W/dk Kết cấu phần chức lượng Hình 2.7 thuốc lỗ khoan nổ tầng 45 Hình 2.8 Sơ đồ xác định vùng đập vỡ đất đá nổ mìn 47 Hình 2.9 Sự thay đổi áp lực khí nổ theo thời gian 50 Sơ đồ mô tả tác dụng nổ vi sai sở Hình 2.10 53 Sơ đồ đấu ghép mạng nổ mìn vi sai phi điện Hình 2.11 mỏ Khánh Hịa 57 Sơ đồ xác định thời gian vi sai phát huy vai trò mặt Hình 2.12 tự 59 Hình 2.13 Nguyên lý sơ đồ vi sai (1,2,3 - thứ tự nổ) 61 Sơ đồ vi sai phù hợp với cấu trúc phân lớp Hình 2.14 Hình 2.15 hướng cắm đất đá Sơ đồ hai nhánh lệch pha thời gian vi sai 62 63 Sơ đồ quan hệ hướng khởi nổ với tác dụng Hình 2.16 chấn động 64 Sơ đồ kết cấu LTN trường hợp đất đá khơng Hình 3.1 chứa nước 71 Sơ đồ kết cấu LTN trường hợp đất đá chứa Hình 3.2 nước 72 Sự phụ thuộc số đập vỡ vào độ bền nén đất đá khoảng cách trung bình khe Hình 3.3 nứt 79 Hình 3.4 Bán kính phá huỷ cột thuốc 86 87 - Cấp I - dễ nổ q ≤ 0,3 kg/m3 - Đá dễ nổ q = 0,3 – 0,4 kg/cm3 - Đá khó nổ trung bình q = 0,4÷0,7 kg/m3 - Đá khó nổ q ≥ 0,7 kg/m3 Tại Mỹ người ta chọn khoảng cách b = 24dlk với f ≥13 b = (28 - 35)dlk f = 7÷12; b= 37dlk f