BÀI 1 đất đá mỏ và ẢNH HƯỞNG của nó đên CÔNG tác KHOAN nổ mìn

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.. Hiệu quả củ

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

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:

v r

r V V

V n



Trong đó: V r , 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

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 S n

r

n n V

V

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)

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/cm3 , Kg/dm3, T/m3 (1-3) Trong đó: G - khối lượng của đất đá có thể tích nguyên khối là V ngk

Mật độ của một loại đất đá phụ thuộc rất lớn vào độ ẩm của đá

- Than có t  0  , 9 1 , 8 T/m3 than có độ tro AK càng lớn thì t càng lớn

- Đất đá trầm tích γ đ = 2 - 2,5 T/m3

- Đá vôi γ đ = 2,3 - 3 T/m3

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)

vr

V

Trong đó: V vr - Thể tích đất đá khi bị vỡ rời có thể tích nguyên khối là V ngk

Từ (1-3) và (1-4) có:

vr

ngk



Do Kv > 1 nên vr < ngk

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 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

nứt

nẻ

Mức độ nứt nẻ (độ

khối của đất đá

Độ nứt

nẻ riêng

(m -1 )

Đường kính TB của khối (m)

Tỷ lệ(%) của các khối có kích thước lớn hơn, cm truyền Chỉ số

âm A i

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:

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 n  100 KG/cm2 (9.8.106 N/m2, Pa) thì có hệ số độ cứng f = 1

(n  100 KG/cm2 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

n n

Trong đó: n - Độ bền nén khi nén 1 trục, KG/cm2

n

  - Độ bền nén khi nén 1 trục, N/m2, (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

sát  độ

I 20 Đất đá có độ cứng rất cao Bazan, quắcdít rất cứng và đặc Những loại đấtđá khác đặc biệt cứng 87 0 08

II 15 Đất đá rất cứng Garnit rất cứng, pocfia thạch anh, đá phiếnsilic, 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 82053

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 khôngcứng 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 56019 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 loạiđất chảy khác 16 0 42 Theo cách phân loại này cho thấy:

- Đất đá càng khó khoan sẽ càng khó nổ

- 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:

Pđ= 0,05 Kn (n+c+k)) + 0,5 (1-7)

Trong đó: Kn- Hệ số kể đến độ nứt nẻ của đất đá

n

 , c, k - Độ bền nén, cắt, kéo của đất đá, Mpa

- Khối lượng thể tích, T/m3

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 khớ nộn: 4,5 Kg/cm2.

- Đường kớnh đầu choũng: 42 mm

- Hỡnh dỏng đầu choũng chữ thập, gúc sắc  = 90o

- Chiều dài choũng khoan: 1 m

Căn cứ vào kết quả khoan, phõn loại đất đỏ mỏ theo cỏc số liệu đặc trưng:

- Tốc độ khoan được, mm/phỳt

- Số mũi khoan tiờu hao cho 1 m lỗ khoan; chiếc/m

Chia đất đỏ thành 16 cấp theo mức độ khú khoan theo bảng (1-3)

B ng 1-3 Phõn lo i ảng 1-3 Phõn loại đất đỏ theo độ khoan ại đất đỏ theo độ khoan đất đỏ theo độ khoan đt ỏ theo độ khoan khoan

Cấp đất đá theo

M.M.

Prôtôđiakônôs.

Cấp đất

đá theo

độ khoan

Độ khoan

Tiêu thụ mũi khoan, ch/m Tốc độ khoan, mm/phút Cấp

đất đá Hệ số f

Choòng thép

Hợp kim cứng

Choòng thép

Hợp kim cứng

- - 1 Đặc biệt khó khoan 50 1.00 12 31

- 18 4 Rất khó khoan 14 0.35 26 60

III 10 7 Khó khoan 4.5 0.10 50 110

IV 6-7 9 Khó khoan trungbình 2 0.05 85 160

Va 3 12 Trung bình 1.7 0.025 200 300

VI 2 13 Tơng đối dễ khoan 0.5 0.020 250 350

VII 1.0 15 Dễ khoan 0.25 0.015 425 500

Mức độ khú khoan của đất đó cũng cú thể xỏc định theo cụng thức kinh nghiệm:

Ta cú: n, c- Độ bền nộn, cắt của đất đỏ, Mpa

3 Phõn loại đất đỏ theo độ nổ:

Cơ sở để phõn loại đất đỏ theo độ nổ là xỏc định chỉ tiờu thuốc nổ qtc (tiờu hao thuốc nổ tiờu chuẩn) để phỏ vỡ 1 m3 đất đỏ thành cỏc cục cú kớch thước đạt yờu cầu

Cỏc điều kiện tiờu chuẩn đú là:

- Khối đá hình lập phương có kích thước cạnh: 1m.

- Thuốc nổ dùng loại Amônit N0 6 JV

- Lượng thuốc nổ đặt tại trung tâm khối đá

Sơ đồ xác định qtc thể hiện ở hình 1-1

Hình 1-1 Xác định tiêu hao thuốc nổ q tc

Sau khi nổ xác định kích thước trung bình của các cục đá và so với kích thước yêu cầu phải thoả mãn dtb  d yc

Nếu không thoả mãn phải tăng qtc Căn cứ vào qtc phân loại đất đá theo mức độ khó phá vỡ theo bảng 1-4

Cũng có thể xác định qtc theo công thức thực nghiệm:

qtc = 0,2(n+c+k) + 2, g/m3 (1-8)

B ng 1-4 Phân lo i ảng 1-3 Phân loại đất đá theo độ khoan ại đất đá theo độ khoan đất đá theo độ khoan đt á theo m c ức độ khó phá vỡ độ khoan khó phá v ỡ

P d P k q tc , g/m 3

I Dễ nổ Từ 1-5 1-5 1-5 < 10

II Dễ nổ vừa Từ 6-10 5.1-10 5.1-10 10.1-20 III Khó nổ Từ 11-15 10.1-15 10.1-15 20.1-30

IV Khó nổ vừa Từ 16-20 15.1-20 15.1-20 30.1-40

V Rất khó Từ 21-25 20.1-25 20.1-25 40.1-50

Từ thí nghiệm trên thấy rằng kích thước các cục đá phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại thuốc nổ sử dụng, độ cứng của đất đá, khoảng cách trung bình giữa các khe nứt…

Do vậy kết quả trên chỉ sơ bộ phân loại đất đá theo mức độ khó nổ Trong thực

tế nổ mìn tiêu hao thuốc nổ khác hoàn toàn kết quả trên và lớn hơn rất nhiều Trong bảng (1-5) là kết quả phân loại khi nổ ở mỏ lộ thiên có H= 1215m ;  = 65  700 ;

dtb

dmax

D = 243 269 mm, thuốc nổ Gramụnit 79/21, nổ vi sai nhiều hàng theo đường chộo

B ng 1-5 K t qu phõn lo i theo ảng 1-3 Phõn loại đất đỏ theo độ khoan ết quả phõn loại theo độ nổ ở mỏ lộ thiờn ảng 1-3 Phõn loại đất đỏ theo độ khoan ại đất đỏ theo độ khoan độ khoan ổ ở mỏ lộ thiờn ở mỏ lộ thiờn ỏ lộ thiờn ộ khoan n m l thiờn

Cấp

đấ

đá

theo

độ

nổ

Chỉ tiêu thuốc nổ

Kg/m 3

Khoảng cách trung bình giữa các vết nứt (m)

Tỷ lệ % của các khối nứt có kích thớc

Độ bền nén của

đất đá

10 6

N/m 2

(Pa)

Mật độ

đất đá

 (g/cm 3 )

Cấp đất

đá theo Prô tô

điakônốp

Giới hạn

của cấp

Chỉ số trung bình

>500 (mm) >1.500 (mm)

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 hơn nữa1.85 và 100 75-100 285 và hơnnữa 3.55 và hơnnữa I