giáo trình khoan nổ mìn khai thác mỏ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT KHOA MỎ GS.TS NHỮ VĂN BÁCH TS. LÊ NGỌC NINH (CHỦ BIÊN) THS. HOÀNG TUẤN CHUNG GIÁO TRÌNH KHOAN NỔ MÌN KHAI THÁC MỎ 4/2010 33 BÀI 1. ĐẤT ĐÁ MỎ VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐÊN CÔNG TÁC KHOAN NỔ MÌN Đất đá mỏ là bao gồm toàn bộ đất đá thuộc đới thạch quyển vỏ trái đất được tiến hành công tác khai thác mỏ. Như vậy đất đá mỏ bao gồm cả đất đá thải và khoáng sản có ích. Đất đá mỏ là đối tượng chính của công nghệ khoan nổ mìn. 1.1. CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ MỎ ẢNH HƯỞNG TỚI KHOAN NỔ MÌN: 1.1.1. Ý nghĩa của việc nghiên cứu các tính thuốc cơ lý của đất đá mỏ ảnh hưởng đến công tác khoan nổ mìn: Sức cản của từng loại đất đá mỏ khác nhau đối với cùng một loại thiết bị. Với mỗi khâu công nghệ thì sức cản của đất đá cũng khác nhau. Sức cản của đất đá tác động trực tiếp tới tính hiệu quả khi thực hiện các khâu công nghệ, nó làm giảm năng suất, độ bền, tuổi thọ của thiết bị khai thác và làm tăng giá thành khai thác. Mục đích của công tác khoan nổ mìn là tạo trong khối đá lỗ khoan, nạp thuốc nổ, khởi nổ để sử dụng năng lượng thuốc nổ phá vỡ làm tơi đất đá phục vụ khai thác. Hiệu quả của công tác khoan nổ mìn bị ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp bởi các tính thuốc cơ lý khác nhau của đất đá một cách phức tạp. Do vậy việc nghiên cứu các tính chất cơ lý của đất đá có ý nghĩa to lớn nhằm: - Lựa chọn, tính toán các giải pháp kỹ thuật trong công tác khoan phù hợp như: phương pháp khoan, đường kính lỗ khoan, loại thiết bị khoan, các thông số lỗ khoan . . . - Lựa chọn, tính toán các phương pháp nổ mìn, loại thuốc nổ và phương thức khởi nổ, tính toán các thông số nạp nổ mìn, tổ chức thi công hợp lý… Tuy nhiên, trong điều kiện tự nhiên tính chất cơ lý của đất đá mỏ thay đổi phức tạp không quy luật trên diện rộng. Vì vậy cần xác định các tính chất cơ lý có tính đặc trưng ảnh hưởng lớn đến hiệu quả khoan nổ mìn. Đồng thời các tính chất này cần xác định một cách định tính tương đối, không thể xác định định lượng chính xác, nên khi tính toán, lựa chọn cần xác định khoảng giá trị tiêu biểu trong điều kiện thực tế cụ thể và cần xem xét lại đối với các điều kiện khoan nổ khác nhau. 1.1.2. Các tính chất cơ lý của đất đá mỏ: Có nhiều tính chất lý học và cơ học của đá ảnh hưởng đến hiệu quả của công tác khoan nổ mìn. Ở đây chỉ nghiên cứu một số tính chất tiêu biểu ảnh hưởng lớn đến khoan nổ mìn. 1. Độ cứng: Độ cứng của đất đá được đặc trưng bởi sức chống lại sự xâm nhập của vật thể khác vào đất đá mà không để lại biến dạng. Độ cứng của đất đá được thể hiện bằng hệ số độ cứng f (còn gọi là độ kiên cố) thông thường đất đá càng cứng thì càng khó khoan và khó nổ. 2. Độ dẻo: Độ dẻo là tính chất của đất đá thay đổi hình dạng và kích thước dưới tác dụng của ngoại lực mà không bị phá huỷ. 34 Khi khoan trong đất đá có độ dẻo lớn thường bị giắt choòng khi sử dụng khoan đập. Khi nổ mìn trong đất đá độ dẻo lớn tiêu hao thuốc nổ lớn hơn trong đất đá dòn. 3. Độ dòn: Độ dòn là tính chất của đất đá bị phá vỡ không có biến dạng dẻo. Tính chất dòn hay dẻo của đất đá chỉ là tương đối, nó phụ thuộc vào tốc độ tác động của tải trọng và thay đổi với cùng một loại đất đá. Khi khoan nổ có thể coi đất đá cứng là đất đá dòn. Khi khoan để đất đá phá huỷ dưới dạng dòn cần tăng tốc độ của tải trọ\ng. 4. Độ mài mòn: Độ mài mòn của đất đá là khả năng của đất đá mài mòn kim loại, hợp kim cứng và những vật thể khác khi ma sát với nó. Các loại đất đá khác nhau thì có độ mài mòn khác nhau, phụ thuộc độ cứng của khoáng vật tạo đá, độ nhám bề mặt của đá. Đất đá có độ mài mòn lớn sẽ mài mòn nhanh chóng dụng cụ khoan, tăng chi phí công tác khoan. 5. Độ dính: Độ dính của đất đá được đặc trưng bởi sức chống lại các lực muốn tách một phần của nó ra khỏi nguyên khối. Đất đá có độ dính lớn sẽ gây khó khăn cho công tác khoan nổ mìn, đặc biệt khi sử dụng khoan xoay. 6. Độ rỗng: Độ rỗng được đặc trưng bởi những lỗ hổng nhỏ nhất có trong đá. Các lỗ hổng này do xi măng gắn kết không lấp đầy các khoảng trống giữa các hạt khoáng vật. Theo cơ học đá đây là khuyết tật khi tạo đá. Độ rỗng được thể hiện bằng hệ số độ rỗng: vr r VV V n + = (1-1) Trong đó: r V , v V - Thể tích các lỗ rỗng và thể tích khoáng vật tạo đá. 7. Độ hạt: Độ hạt được đặc trưng bởi độ lớn của các hạt khoáng vật tạo thành đá. Theo kích thước hạt khoáng vật chia đất đá thành 3 loại: - Đá hạt mịn : hạt khoáng vật < 1 mm. - Đá hạt trung bình : hạt khoáng vật 1 - 5 mm. - Đá hạt thô : hạt khoáng vật > 5 mm. Hạt khoáng vật càng nhỏ, xi măng gắn kết hạt càng dai chắc thì càng khó khoan và nổ mìn. 8. Độ chứa nước: Độ chứa nước được đặc trưng bởi tính chất của đất đá giữ và thoát nước khi khai thác. Độ chứa nước được biểu thị bởi độ bão hoà nước n S . r n n V V S = ; (1-2) n V - Thể tích nước có trong đất đá. Độ chứa nước liên quan tới việc lựa chọn phương pháp tháo khô đất đá, và lựa chọn thuốc nổ phù hợp (chịu nước hay không chịu nước). 35 9. Độ ổn định: Độ ổn định là tính chất đất đá giữ nguyên vị trí của nó trên sườn dốc. Đất đá kém ổn định sẽ gây ra sập thành lỗ khoan, miệng lỗ khoan, gây khó khăn cho quá trình nạp thuốc, làm tổn thất mét khoan hoặc mất lỗ khoan. Độ ổn định liên quan tới việc lựa chọn đường kính lỗ khoan và hướng nghiêng của lỗ khoan. 10. Mật độ đất đá: γ đ . Mật độ của đất đá là khối lượng của một đơn vị thể tích đất đá ở trạng thái tự nhiên, hay mật độ được xác định: γ đ ngk V G = , g/cm 3 , Kg/dm 3 , T/m 3 . (1-3) Trong đó: G - khối lượng của đất đá có thể tích nguyên khối là ngk V . Mật độ của một loại đất đá phụ thuộc rất lớn vào độ ẩm của đá. - Than có 8,19,0 ÷= t γ T/m 3 than có độ tro A K càng lớn thì t γ càng lớn. - Đất đá trầm tích γ đ = 2 - 2,5 T/m 3 . - Đá vôi γ đ = 2,3 - 3 T/m 3 . Mật độ đất đá tạo nên áp lực mỏ, ảnh hưởng đến công tác thoát phoi khi khoan, tiêu hao thuốc nổ lớn hơn đặc biệt khi nổ văng xa định hướng. 11. Độ nở rời: Độ nở rời là tính chất của đất đá ở trạng thái bị phá vỡ có thể tích lớn hơn ở trạng thái nguyên khối. Độ nở rời được đặc trưng bởi hệ số nở rời (hệ số vỡ rời) ngk vr v V V K = (1-4) Trong đó: vr V - Thể tích đất đá khi bị vỡ rời có thể tích nguyên khối là ngk V . Từ (1-3) và (1-4) có: vr ngk vr K γ γ = (1-5) Do K v > 1 nên vr γ < ngk γ Đất đá có độ vỡ rời lớn làm tăng kích thước đống đá nổ mìn. Đất đá cứng, độ dính lớn, tính mài mòn cao có hệ số vỡ rời lớn. 12. Tính phân lớp: Tính phân lớp là tính chất của đất đá tương đối dễ tách ra theo bề mặt phân chia lớp. Mặt phân lớp này được hình thành khi tạo đá, do thay đổi quy luật, chu kỳ tạo đá. Cơ học đá coi đây là khuyết tật khi tạo đá. Trong khoan nổ mìn các mặt phân lớp gây ra kẹt choòng, cong trục lỗ khoan do vậy khi khoan phải tránh mặt phân lớp, hoặc khoan vuông góc với mặt phân lớp. Mặt phân lớp còn tạo ra các tính chất cơ lý khác nhau của các lớp đá, gây khó khăn cho công tác khoan khi lựa chọn chế độ khoan phù hợp, khó khăn trong quá trình nổ mìn, mức độ đập vỡ không đồng đều, thể tích đất đá phá vỡ nhỏ . . . 13. Độ nứt nẻ: Được đặc trưng bởi tần số và sự phân bổ nứt nẻ trong đất đá. Hệ thống khe nứt này phân chia đất đá thành từng khối có kích thước khác nhau. Các hệ thống 36 khe nứt được hình thành bởi khe nứt nguyên sinh (co dãn vì nhiệt khi tạo đá, hoặc khe nứt thứ sinh (hoạt động kiến tạo, phong hoá, nổ mìn…) Theo mức độ nứt nẻ hoặc tỷ lệ các khối lớn, đất đá được phân loại theo mức độ nứt nẻ ở bảng 1-1. Bảng 1-1. Phân loại đất đá theo mức độ nứt nẻ Cấp nứt nẻ Mức độ nứt nẻ (độ khối của đất đá Độ nứt nẻ riêng λ (m -1 ) Đường kính TB của khối (m) Tỷ lệ(%) của các khối có kích thước lớn hơn, cm Chỉ số truyền âm A i 30 40 50 I Nứt nẻ rất mạnh (khối nhỏ) > 10 ≤ 0,1 < 10 ≈ 0 0 ≤ 0,1 II Nứt nẻ mạnh (khối trung bình) 2 - 10 0,1 - 0,5 10 - 70 < 30 > 5 0,1- 0,25 III Nứt nẻ trung bình (khối lớn) 1 - 2 0,5 -1,0 70-100 30 - 80 5 - 40 0,25- 0,4 IV Nứt nẻ ít (khối rất lớn) 1 - 0,65 1,0 - 1,5 100 80 - 90 40 - 80 0,4 - 0,6 V Thực tế đặc sít Khối cực kỳ lớn < 0,65 > 1,5 100 100 100 0,6 - 1,0 Khi khoan trong khối đất đá có độ nứt nẻ lớn sẽ khó ổn định thành lỗ khoan, miệng lỗ khoan, tổn thất áp lực khí nén và nước, thoát phoi kém tốc độ khoan giảm, dễ bị kẹt choòng đặc biệt với các lỗ khoan nghiêng. Khi nổ mìn khó khăn do nạp thuốc vì thành lỗ khoan không bằng phẳng, dễ tắc lỗ khi có cục đá nứt nẻ bị đẩy ra. áp lực khí nổ nhỏ, tổn thất năng lượng kích nổ, hiệu quả nổ không cao, mức độ đập vỡ không đồng đều sinh ra nhiều đá quá cỡ, đá treo. Với các khe nứt lớn còn làm tăng tốc độ của nước ngầm cuốn trôi thuốc nổ với các lỗ khoan có nước động, hoặc làm lộ tia lửa của phát mìn khi nổ trong hầm lò nguy hiểm khí hoặc bụi nổ. Do vậy khi nổ mìn trong đất đá nứt nẻ cần xét tới các yếu tố kỹ thuật và an toàn. Đồng thời sử dụng các giải pháp tránh gây hậu xung cho đất đá của các công trình mỏ, đảm bảo khả năng chịu tải của đá, tạo điều kiện thuận lợi khi tiến hành công tác khoan nổ mìn lần sau. 1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI ĐẤT ĐÁ MỎ: 1.2.1. Mục đích, ý nghĩa của việc phân loại đất đá mỏ: Mỗi loại đất đá khác nhau có mức độ thuận lợi hay khó khăn khác nhau khi tiến hành tác động các khâu công nghệ. Cũng như các công nghệ khác, trong khoan nổ mìn cần phân loại đất đá mỏ nhằm: - Lựa chọn thiết bị khoan, phương pháp khoan, loại thuốc nổ, phương pháp nổ. tính toán các thông số khoan nổ phù hợp. - Làm cơ sở xây dựng các định mức tiêu hao nguyên nhiên, vật liệu, ca máy tiền lương hợp lý với từng loại đất đá mỏ. Có nhiều phương pháp phân loại; Ở đây chỉ giới thiệu các phương pháp phân loại thường được sử dụng rộng rãi trong ngành khai thác mỏ. 1. Phân loại đất đá của Giáo sư M.M. Prôtôđiakônôp: 37 Bảng phân loại đất đá mỏ của Giáo sư người Nga M.M. Prôtôđiakônôp công bố vào năm 1911, được sử dụng rộng rãi trong công tác khoan nổ mìn đến ngày nay. Cơ sở của bảng phân loại này là hệ số độ cứng f (còn gọi là độ kiên cố của đất đá). Hệ số f được đặc trưng cho độ bền nén khi nén 1 trục. Nếu đất đá có độ bền nén là 100= n δ KG/cm 2 (9.8.10 6 N/m 2 , Pa) thì có hệ số độ cứng f = 1. ( 100= n δ KG/cm 2 còn gọi là độ bền nén đơn vị). Mối quan hệ giữa hệ số độ cứng f và độ bền nén một trục được xác định: 6 10.81,9 100 nn f δδ ′ == (1-6) Trong đó: n δ - Độ bền nén khi nén 1 trục, KG/cm 2 . n δ ′ - Độ bền nén khi nén 1 trục, N/m 2 , (Pa). Căn cứ vào hệ số độ cứng f, chia đất đá thành 10 cấp theo bảng 1-2. Bảng 1-2. Phân loại đất đá của Giáo sư M.M. Prôtôđiakônôp. Cấp đất đá Hệ số độ cứng f Mức độ cứng Loại đất đá Góc nội ma sát ϕ độ I 20 Đất đá có độ cứng rất cao Bazan, quắcdít rất cứng và đặc. Những loại đất đá khác đặc biệt cứng 87 0 08 II 15 Đất đá rất cứng Garnit rất cứng, pocfia thạch anh, đá phiến silic, cát kết và đá vôi cứng nhất 86 0 11 III 10 Đất đá cứng Granit đặc, Cát kết và đá vôi rất cứng. Vỉa quặng thạch anh cônglômêrit cứng - quặng sắt rất cứng. 80 0 18 IIIa 8 Như trên Đá vôi cứng, granit không cứng lắm, cát kết cứng. Đá hoa cứng Đôlômít, Pirit 82 0 53 IV 6 Đất đá tương đối cứng Cát kết thường, quặng sắt 80 0 32 IVa 5 Như trên Đá phiến thuốc cát, cát kết phiến 78 0 41 V 4 Đất đá cứng trung bình Đá phiến sét cứng – Cát kết và đá vôi không cứng lắm. Công lômêrat mềm 75 0 58 Va 3 Như trên Đá phiến các loại (không cứng lắm) macnơ đặc. 71 0 34 VI 2 Đất đá tương đối mềm Đá phiến mềm. Đá vôi rất mềm, đá phấn, muối mỏ, thạch cao. Đất đóng băng, Antraxit. Mácnơ thường, cát kết bị phá huỷ, cuội được gắn kết, đất đá silic 63 0 26 VIa 1,5 Như trên Đất đá loại đá dăm. Đá phiến bị phá huỷ, cuội dính kết, than đá cứng. Sét hoá cứng 56 0 19 VIIa 1,0 Đất đá mềm Sét. Than đá mềm. Đất phủ cứng, đất pha sét 45 0 00 VIIb 0,8 Như trên Sét pha cát nhẹ, sỏi, đất lót 38 0 40 VIII 0,6 Đất mặt Đất trồng trọt, than bùn, á sét nhẹ, cát ẩm 30 0 58 IX 0,5 Đất xốp Cát, đá lở tích, sỏi nhỏ, đất đắp, than khai thác 26 0 30 X 0,3 Đất chảy Cát chảy, đất đầm lầy, đất lót chảy và các loại đất chảy khác 16 0 42 Theo cách phân loại này cho thấy: - Đất đá càng khó khoan sẽ càng khó nổ. 38 - Đất đá khoan khó bao nhiêu lần thì khó nổ bấy nhiêu lần. - Đất đá này khó khoan hơn đất đá kia bao nhiêu lần thì cũng khó nổ hơn bấy nhiêu lần. Có thể dựa theo công thức kinh nghiệm để xác định mức độ khó phá vỡ tổng quát: P đ = 0,05 K n ( n δ + c δ + ) k δ ) + 0,5γ (1-7) Trong đó: K n - Hệ số kể đến độ nứt nẻ của đất đá. n δ , c δ , k δ - Độ bền nén, cắt, kéo của đất đá, Mpa. γ- Khối lượng thể tích, T/m 3 . 2. Phân loại đất đá theo độ khoan: Giáo sư Viên sĩ A.P. Xu kha nốp (Viện mỏ thuộc Viện Hàn lâm khoa học - Liên Xô cũ) đã phân loại đất đá mỏ theo mức độ khó khoan. Cơ sở của việc phân loại không dựa và các tính chất bền của đá, mà dựa vào khả năng khoan, theo tốc độ khoan thuần tuý với các điều kiện tiêu chuẩn sau: - Dùng máy khoan đập khí nén cầm tay ПP – 19. - Áp lực khí nén: 4,5 Kg/cm 2 . - Đường kính đầu choòng: 42 mm. - Hình dáng đầu choòng chữ thập, góc sắc α = 90 o . - Chiều dài choòng khoan: 1 m. Căn cứ vào kết quả khoan, phân loại đất đá mỏ theo các số liệu đặc trưng: - Tốc độ khoan được, mm/phút. - Số mũi khoan tiêu hao cho 1 m lỗ khoan; chiếc/m. Chia đất đá thành 16 cấp theo mức độ khó khoan theo bảng (1-3). Bảng 1-3. Phân loại đất đá theo độ khoan. CÊp ®Êt ®¸ theo M.M. Pr«t«®iak«n«s. CÊp ®Êt ®¸ theo ®é khoan §é khoan Tiªu thô mòi khoan, ch/m Tèc ®é khoan, mm/phót CÊp ®Êt ®¸ HÖ sè f Choßng thÐp Hîp kim cøng Choßng thÐp Hîp kim cøng - - 1 §Æc biÖt khã khoan 50 1.00 12 31 - - 2 37 0.75 15 40 I 20 3 25 0.5 20 50 - 18 4 RÊt khã khoan 14 0.35 26 60 II 15 5 11 0.23 30 75 IIa 12 6 7 0.15 40 90 III 10 7 Khã khoan 4.5 0.10 50 110 IIIa 8-9 8 3 0.07 65 130 IV 6-7 9 Khã khoan trung b×nh 2 0.05 85 160 IVa 5 10 1.4 0.04 110 200 V 4 11 1 0.03 150 250 Va 3 12 Trung b×nh 1.7 0.025 200 300 VI 2 13 T¬ng ®èi dÔ khoan 0.5 0.020 250 350 VIa 1.5 14 0.35 0.018 325 400 VII 1.0 15 DÔ khoan 0.25 0.015 425 500 VIIa 0.8 16 0.15 0.010 550 600 Mức độ khó khoan của đất đã cũng có thể xác định theo công thức kinh nghiệm: P k = 0,07 ( n δ + c δ ) + 0,7γ (1-8) Ta có: n δ , c δ - Độ bền nén, cắt của đất đá, Mpa. 39 3. Phõn loi t ỏ theo n: C s phõn loi t ỏ theo n l xỏc nh ch tiờu thuc n q tc (tiờu hao thuc n tiờu chun) phỏ v 1 m 3 t ỏ thnh cỏc cc cú kớch thc t yờu cu. Cỏc iu kin tiờu chun ú l: - Khi ỏ hỡnh lp phng cú kớch thc cnh: 1m. - Thuc n dựng loi Amụnit N 0 6 JV. - Lng thuc n t ti trung tõm khi ỏ. S xỏc nh q tc th hin hỡnh 1-1. Hỡnh 1-1. Xỏc nh tiờu hao thuc n q tc . Sau khi n xỏc nh kớch thc trung bỡnh ca cỏc cc ỏ v so vi kớch thc yờu cu phi tho món d tb d yc . Nu khụng tho món phi tng q tc . Cn c vo q tc phõn loi t ỏ theo mc khú phỏ v theo bng 1-4. Cng cú th xỏc nh q tc theo cụng thc thc nghim: q tc = 0,2( n + c + k ) + 2, g/m 3 (1-8) Bng 1-4. Phõn loi t ỏ theo mc khú phỏ v. Cp Mc Loi Tng ng cỏc ch tiờu P d P k q tc , g/m 3 I D n T 1-5 1-5 1-5 < 10 II D n va T 6-10 5.1-10 5.1-10 10.1-20 III Khú n T 11-15 10.1-15 10.1-15 20.1-30 IV Khú n va T 16-20 15.1-20 15.1-20 30.1-40 V Rt khú T 21-25 20.1-25 20.1-25 40.1-50 T thớ nghim trờn thy rng kớch thc cỏc cc ỏ ph thuc vo nhiu yu t: loi thuc n s dng, cng ca t ỏ, khong cỏch trung bỡnh gia cỏc khe nt Do vy kt qu trờn ch s b phõn loi t ỏ theo mc khú n. Trong thc t n mỡn tiờu hao thuc n khỏc hon ton kt qu trờn v ln hn rt nhiu. Trong bng (1-5) l kt qu phõn loi khi n m l thiờn cú H= 12 ữ 15m ; = 65 ữ 70 0 ; D = 243 ữ 269 mm, thuc n Gramụnit 79/21, n vi sai nhiu hng theo ng chộo. Bng 1-5. Kt qu phõn loi theo n m l thiờn. Cấp đấ đá theo độ Chỉ tiêu thuốc nổ Kg/m 3 Khoảng cách trung bình giữa các vết Tỷ lệ % của các khối nứt có kích thớc Độ bền nén của đất đá 10 6 N/m 2 Mật độ đất đá (g/cm 3 ) Cấp đất đá theo Prô tô điakônốp Giới hạn của cấp Chỉ số >500 (mm) >1.500 (mm) 40 d tb d max næ trung b×nh nøt (Pa) I 0.12-0.8 0.15 < 0.1 0-2 0 10-30 1.4-1.8 VII-VI II 0.18-0.27 0.225 0.1-0.25 2-16 0 20-45 1.75-2.35 VII-VI III 0.27-0.38 0.32 0.2-0.5 10-52 0-1 30-65 2.25-2.55 V-IV IV 0.38-0.52 0.45 0.45-0.75 45-80 0-4 50-90 2.5-2.8 IV-IIIa V 0.52-0.68 0.60 0.70-1.00 75-98 2-15.7 80-120 2.75-2.90 IIIa-III VI 0.68-0.88 0.78 0.95-1.25 96-100 10-30 110-160 2.85-3.10 III-II VII 0.88-1.10 0.99 1.20-1.50 100 25-47 145-205 2.95-3.20 II-I VIII 1.10-1.37 1.235 1.45-1.70 100 43-63 195-250 3.15-3.40 I IX 1.37-1.68 1.525 1.65-1.90 100 58-78 235-300 3.35-3.60 I X 1.68-2.03 1.855 1.85 vµ h¬n n÷a 100 75-100 285 vµ h¬n n÷a 3.55 vµ h¬n n÷a I BÀI 2. CHẤT NỔ VÀ MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA NÓ 2.1. Chất nổ (thuốc nổ) 2.1.1. Khái niệm: Chất nổ (thuốc nổ) là hợp chất hóa học hoặc hỗn hợp cơ học của nhiều chất mà dưới tác dụng của các xung lực từ bên ngoài (va đập, ma sát, nhiệt ) có thể gây ra nổ. Trong thực tế có nhiều loại chất có khả năng gây ra hiện tượng nổ khi có những tác động đủ lớn từ bên ngoài. Ví dụ: hỗn hợp Mêtan + không khí với hàm lượng từ 3 ÷ 5 % Hỗn hợp Axêtylen + Không khí. Các loại thuốc nổ thông thường như: TNT, AH1,AĐ1… 2.1.2. Các đặc điểm nổ của thuốc nổ: Đa số các thuốc nổ, khi nổ xảy ra quá trình ôxy hóa các nguyên tố cháy là Hyđrô và Các bon để tạo thành nước và CO 2 , hoặc CO. Khác với quá trình cháy của vật chất bình thường, ôxy được cung cấp để thực hiện phản ứng ôxy hóa từ không khí. Khi nổ thuốc nổ ôxy được lấy trực tiếp trong thành phần thuốc nổ, nên nổ thuốc nổ có các đặc điểm sau: - Đặc điểm thứ nhất: Tốc độ xảy ra cực kỳ nhanh. Đây là đặc điểm quyết định của thuốc nổ. Khi nổ thuốc nổ, tốc độ phản ứng ôxy hóa xảy ra cực kỳ nhanh, hàng ngàn m/s, năng lượng giải phóng được tập trung cao trong thể tích nhỏ, không kịp phân tán ra môi trường xung quanh, nhờ đó tạo lên sự chênh lệch rất lớn về áp suất và nhiệt độ. Như vậy thuốc nổ có công suất rất lớn biểu thị bằng số năng lượng giải phóng trên một đơn vị thời gian rất lớn. Ví dụ: - Khi nổ, thuốc nổ giải phóng ra năng lượng : 1000Kcal/Kg với tốc độ 2000 ÷ 7 000 m/s . Dầu lửa: 11000 Kcal/Kg, than đá 7000 Kcal/Kg nhưng tốc độ giải phóng chậm. - Đặc điểm thứ 2: 41 Tỏa ra nhiều nhiệt. Đây là đặc điểm quan trọng của thuốc nổ, khi nổ các thuốc nổ tỏa ra một lượng nhiệt rất lớn (còn gọi là Nhiệt nổ) từ 600 ÷ 1700 Kcal/kg. Nhiệt lượng này sẽ đốt nóng các sản phẩm nổ(chủ yếu là các chất khí) lên đến nhiệt độ nổ 1900 ÷ 4500 0 C (nhiệt độ tại thời điểm nổ). Các sản phẩm khí nổ giãn nở nhanh, tạo lên sự tăng áp đột ngột có sức phá hoại lớn. Ví dụ: Nổ thuốc nổ TNT: sinh ra 1000Kcal/kg, PENT: 1400Kcal/kg. - Đặc điểm thứ 3: Sinh ra nhiều khí . Đây là đặc điểm cần thiết của thuốc nổ, khi nổ thuốc nổ sinh ra lượng lớn các chất khí gọi là sản phẩm khí nổ, từ 600 ÷ 1000l/kg(ở điều kiện tiêu chuẩn: 0 0 C và 760mmHg). Các chất khí gặp nhiệt độ cao sẽ giãn nở rất nhanh, tạo lên áp suất lớn. Khi lượng khí này giảm áp sẽ có sự biến đổi nhanh chóng từ thế năng sang động năng và công cơ học phá vỡ môi trường xung quanh. Ba đặc điểm nổ thuốc nổ có sự liên quan mật thiết với nhau, thúc đẩy nhau. Nếu thiếu một trong ba đặc điểm trên sẽ không tạo thành hiện tượng nổ hóa học được.Vì vậy có thể gọi quá trình nổ thuốc nổ là: - Sự tập trung năng lượng thể tích cao. - Tốc độ chuyển hóa lớn. - Qúa trình phát nhiệt lớn. - Các sản phẩm khí tạo thành lớn. 2.1.3. Các dạng biến đổi hóa học của thuốc nổ: Thuốc nổ có đặc điểm chung là biến đổi hóa học với phản ứng ôxy hóa. Trong thực tế, tùy theo tốc độ biến đổi hóa học nhanh hay chậm, đặc tính lan truyền và tác động tới môi trường khác nhau, mà phân biệt ra các dạng biến đổi hóa học của thuốc nổ như sau: - Sự nổ thuốc nổ: Có đặc trưng là tốc độ ôxy hóa xảy ra cực kỳ lớn, đến hàng ngàn m/s. Ví dụ: TNT nổ với tốc độ: 7000 m/s. TEN nổ với tốc độ: 8000 m/s. Sự nổ lan truyền và ổn định tốc độ nhờ sóng xung kích (sóng va đâp, sóng nén) ít phụ thuộc vào áp suất bên ngoài. Với mỗi loại thuốc nổ và đường kính nhất định thì tốc độ lan truyền sóng nổ là không đổi, nó được duy trì bằng chính năng lượng nổ của các lớp thuốc nổ kế tiếp khi phản ứng. Trong trường hợp đặc biệt, do một nguyên nhân hoặc điều kiện nào đó, năng lượng nổ không đủ để duy trì tốc độ nổ, mà giảm dần và đến một giới hạn nào đó sẽ chuyển thành cháy. - Sự cháy thuốc nổ: Được đặc trưng bởi tốc độ ôxy hóa xảy ra với tốc độ chậm, từ vài cm/s đến vài trăm m/s. Ví dụ: Cháy dây cháy chậm với tốc độ ≈ 1cm/s. Đặc tính lan truyền của cháy là truyền nhiệt, tốc độ cháy phụ thuộc lớn vào nhiệt độ và áp suất bên ngoài. Áp suất càng lớn quá trình xảy ra cháy với tốc độ 42 [...]... kích nổ thì nó sẽ lan truyền trong khối chất nổ như trong môi trường trơ và tắt dần • Tốc độ nổ của thuốc nổ: Từ lý thuyết về kích nổ thuốc nổ có thể khái niệm về tốc độ nổ như sau: Tốc độ nổ là tốc độ của sóng kích nổ lan truyền trong khối thuốc nổ làm chuyển hóa toàn bộ khối thuốc nổ dưới dạng nổ Tốc độ nổ là ổn định đối với mỗi loại thuốc nổ và điều kiện nổ nhất định 2 Khả năng công nổ của thuốc nổ: ... độ cứng f càng lớn, độ khó nổ Pn càng lớn thì tiêu hao thuốc nổ lớn - Điều kiện và phương pháp nổ: Nổ mìn có nhiều hay ít mặt tự do, nổ mìn lỗ khoan lớn, lỗ khoan con …hoặc phương pháp nổ đồng loạt hay vi sai - Loại thuốc nổ sử dụng: Đặc trưng cho nó là năng lượng nổ mạnh hay yếu, biểu thị bởi khả năng công nổ A của thuốc nổ được lựa chọn và sử dụng cho vụ nổ - Mục đích nổ: nổ mạnh hay yếu, làm tơi hay... 2.6 Khoảng cách truyền nổ; X, cm 1 Khái niệm: khoảng cách truyền nổ là khoảng cách tối đa khi nổ lượng thuốc nổ này sẽ truyền nổ sang lượng thuốc nổ khác 2 Các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường truyền nổ: Khả năng truyền nổ khi nổ lượng thuốc nổ này sang lượng thuốc nổ khác là do sóng kích nổ của lượng thuốc chủ động (hình 2-9) Sau khi kích nổ lượng thuốc nổ chủ động, sóng kích nổ chuyển thành sóng đập... mồi nổ) và cố định lại Bao chất nổ mang ngòi mìn gọi là mìn mồi hoặc khi nổ bằng khối mồi nổ gọi là lượng thuốc mồi nổ trung gian Chỉ được làm mìn mồi ở vị trí quy định, theo phương tiện nổ và điều kiện nổ ở lộ thiên và hầm lò… mà quy định vị trí làm mìn mồi khác nhau Chỉ được phép làm mìn mồi trước giờ nạp mìn, đủ số lượng các phát mìn mồi Mọi người không có nhiệm vụ không có mặt tại vị trí làm mìn. .. các phát mìn nổ, nếu không đếm được (nghi ngờ có mìn câm) thợ mìn chỉ được vào kiểm tra vụ nổ sau 15 phút kể từ khi phát mìn cuối cùng nổ - Nếu chắc chắn không có mìn câm, thợ mìn chỉ được phép vào kiểm tra sau khi thông gió theo quy định ở hầm lò (30 - 45 phút) và sau 5 phút ở lộ thiên BÀI 5 PHƯƠNG PHÁP KHỞI NỔ BẰNG KÍP NỔ ĐIỆN 5.1 Kíp nổ điện: Để khởi nổ bằng kíp nổ điện có các phương tiện nổ là :... Nitrat, thuốc nổ có < 15% nitro etse lỏng, hecxogen giảm nhậy, dây nỏ, các khối mồi nổ - Nhóm 3: Thuốc nổ đen và thuốc nổ không khói - Nhóm 4: Các loại kíp nổ - Nhóm 5: Các loại đạn khoan và đạn đã nhồi thuốc nổ - Các loại thuốc nổ khác 7 Theo trạng thái vật lý của thuốc nổ và đóng gói: - Thuốc nổ lỏng - Thuốc nổ lỏng dạng keo, nhũ tương, huyền phù - Thuốc nổ bột, hạt min, hạt khô - Thuốc nổ dạng đúc,dạng... nổ: Khả năng công nổ là khả năng phá vỡ môi trường khi nổ thuốc nổ Khả năng công nổ phụ thuộc vào thể tích khí nổ, nhiệt lượng nổ và tốc độ kích nổ Do vậy khả năng công nổ là giá trị tương đối phản ánh khả năng phá vỡ môi trường của thuốc nổ Khả năng công nổ ký hiệu là e, đơn vị là cm 3 Có nhiều phương pháp để xác định khả năng công nổ: * Phương pháp xác định khả năng công nổ bằng nổ trong bom chì của... BÀI 3 VẬT LIỆU NỔ CÔNG NGHIỆP (VLNCN) 3.1 Khái niệm: Vật liệu nổ công nghiệp là thuốc nổ và các phụ kiện nổ sử dụng cho mục đích dân dụng Trong đó: - Thuốcnổ công nghiệp là thuốc nổ dùng cho mục đích công nghiệp - Phụ kiện nổ là tổ hợp các vật, dụng cụ như các loại kíp nổ, dây nổ, dây cháy chậm, mồi nổ, các vật phẩm chứa thuốc nổ có tác dụng tạo kích thích ban đầu làm nổ khối thuốc nổ hoặc các loại... nhiệt, có màu sắc, nổ an toàn trong môi trường có khí hoặc bụi nổ 3.2 Nguyên tắc lựa chọn thuốc nổ công nghiệp trong khai thác: Với các mục đích nổ, điều kiện nổ, phương pháp và phương tiện nổ khác nhau, cần lựa chọn loại thuốc nổ sử dụng phù hợp để nâng cao hiệu quả sử dụng, an toàn, thỏa mãn các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đã đặt ra 54 Khi nổ mìn trong hầm lò ở lò chuẩn bị, lò khai thác, hoặc các đường... mức độ khó nổ của đất đá, dùng chỉ tiêu thuốc nổ chuẩn q t/c, kg/m3,đó là chỉ tiêu thuốc nổ thoả mãn các điều kiện nổ chuẩn với phễu nổ tiêu chuẩn, thuốc nổ để nổ trong điều kiện đó gọi là thuốc nổ chuẩn Như vậy để xác định chỉ tiêu thuốc nổ thực tế, người ta sử dụng chỉ tiêu thuốc nổ tiêu chuẩn, làm cơ sở để điều chỉnh cho phù hợp với mục đích nổ khác nhau, độ cứng khác nhau và loại thuốc nổ thực tế . HỌC MỎ ĐỊA CHẤT KHOA MỎ GS.TS NHỮ VĂN BÁCH TS. LÊ NGỌC NINH (CHỦ BIÊN) THS. HOÀNG TUẤN CHUNG GIÁO TRÌNH KHOAN NỔ MÌN KHAI THÁC MỎ 4/2010 33 BÀI 1. ĐẤT ĐÁ MỎ VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐÊN CÔNG TÁC KHOAN. nghệ khoan nổ mìn. 1.1. CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT ĐÁ MỎ ẢNH HƯỞNG TỚI KHOAN NỔ MÌN: 1.1.1. Ý nghĩa của việc nghiên cứu các tính thuốc cơ lý của đất đá mỏ ảnh hưởng đến công tác khoan nổ mìn: Sức. thọ của thiết bị khai thác và làm tăng giá thành khai thác. Mục đích của công tác khoan nổ mìn là tạo trong khối đá lỗ khoan, nạp thuốc nổ, khởi nổ để sử dụng năng lượng thuốc nổ phá vỡ làm tơi