BÀI 9 cấu TRÚC LƯỢNG THUỐC, BUA mìn, tác DỤNG của nổ tức THỜI và VI SAI

cấu TRÚC LƯỢNG THUỐC, BUA mìn, tác DỤNG của nổ ,tức THỜI và VI SAI

BÀI 9 CẤU TRÚC LƯỢNG THUỐC, BUA MÌN, TÁC DỤNG CỦA NỔ

TỨC THỜI VÀ VI SAI 9.1 Cấu trúc lượng thuốc nổ và phân loại cấu trúc lượng thuốc nổ trong lỗ khoan

9.1.1 Cấu trúc lượng thuốc nổ và bua mìn trong lỗ khoan

Cấu trúc lượng thuốc trong lỗ khoan là trật tự sắp xếp hay cách bố trí lượng thuốc trong lỗ khoan nhằm đảm bảo sự kích nổ hoàn toàn, nâng cao chất lượng và đảm bảo mức độ đập vỡ đất đá theo yêu cầu

Đối với lượng thuốc dài nạp liên tục đã lựa chọn từ trước, khi thay đổi cấu trúc của nó (kết cấu, chiều cao, đường kính, hình dạng, mật độ ) sẽ làm thay đổi một phần cơ chế phá huỷ đất đá của lượng thuốc nổ trong lỗ mìn, đồng thời kéo theo sự thay đổi về bua mìn nạp trong lỗ khoan Do đó, bua mìn cũng là một thông

số liên quan đến cấu trúc của lượng thuốc nổ

Tuỳ thuộc vào tình hình địa chất mỏ mà ta có thể tiến hành thay đổi cấu trúc của lượng thuốc cũng như bua mìn Tuy nhiên, chiều dài cột bua về phía miệng lỗ mìn cần phải tính theo một nguyên tắc nhất định Do vậy, để tận dụng được năng lượng hữu ích của thuốc nổ một cách tối đa và bua không bị phụt sớm, chúng ta cũng cần phải thay đổi vật liệu làm bua

9.1.2 Phân loại cấu trúc lượng thuốc nổ trong lỗ khoan.

Trong mỏ hầm lò, một trong những biện pháp để nâng cao được hiệu quả phá vỡ đất đá là phải thay đổi cấu trúc lượng thuốc và chủng loại chất nổ nạp trong lỗ khoan Dựa vào các kết quả nghiên cứu và tình hình sử dụng lượng thuốc nổ ở thực

tế mà ta phân ra nhiều kiểu cấu trúc của lượng thuốc trong lỗ khoan Ngoài lượng thuốc dài nạp liên tục một chủng loại thuốc nổ trong lỗ khoan (hình 9.1a), có thể áp dụng một số kiểu cấu trúc lượng thuốc mang lai hiêu quả kinh tế trong khoan nổ mìn khai thác mỏ hầm lò ở Việt Nam như sau :

+ Lượng thuốc dài liên tục nạp 2 loại chất nổ trong lỗ khoan: là lượng thuốc khi nạp xuống lỗ khoan không bị phân chia thành từng đoạn khác nhau Trong lỗ khoan có hai loại chất nổ trở và chúng không bị pha trộn lẫn nhau (hình 9.1b) Kiểu nạp thuốc nổ theo cấu trúc này xuất hiện trên ở một số mỏ Việt Nam từ những năm 2000 Ở đây, chất nổ nạp phía đáy là chất nổ mạnh, chịu nước như: Nhũ tương, Watergel…và chất nổ phía trên là chất nổ yếu hơn Kiểu nạp này đã giảm được chi phí thuốc nổ trong lỗ mìn mà vẫn giữ được mức độ đập vỡ đất đá so với kiểu nạp một loại chất nổ

+ Lượng thuốc phân đoạn nạp một loại chất nổ trong lỗ khoan: là lượng thuốc khi nạp xuống lỗ khoan được phân chia thành từng đoạn khác nhau bởi cột không khí, cột nước hoặc cột bua vật liệu rắn (hình 9.1c) Kiểu nạp này đã xuất hiện từ khá lâu nhằm giảm chi phí và chấn động khi nổ, nhưng công tác nạp rất phức tạp nên ít được sử dụng

+ Lượng thuốc dài liên tục có đường kính khác nhau nạp trong lỗ khoan: điển hình

là lượng thuốc nổ mà phần thuốc nạp ở phía đáy có đường kính bằng đường kính

lỗ khoan, còn phần thuốc phía trên có đường kính nhỏ hơn đường

kính lỗ khoan (hình 9.1d)

Hình 9.1.Một số cấu trúc lượng thuốc nổ nạp trong lỗ khoan hầm lò

a/ lượng thuốc nổ dài liên tục b/ lượng thuốc nổ phân đoạn

c/ lượng thuốc nổ dài phối hợp 2 loại thuốc nổ d/ lượng thuốc nổ có đường kính khác nhau

9.2 Bua mìn và ảnh hưởng của nó đến hiệu quả nổ và môi trường

Bua mìn là thông số quan trọng trong các thông nổ mìn trên mỏ lộ thiên Những thông số của bua liên quan nhiều đến các thông số nổ mìn và một vài điều kiện kỹ thuật khác Khi nghiên cứu bua mìn sẽ kéo theo hàng loạt các mối liên hệ

d/

c/

ràng buộc khác, đặc biệt nó là một thông số của cấu trúc lượng thuốc nổ trong lỗ khoan Do vậy, trong chương này sẽ trình bày những nội dung cơ bản về vai trò nạp bua, tác dụng của bua và những ảnh hưởng của nó đến môi trường khi tiến hành nổ mìn

9.2.1 Khái niệm cơ bản về bua mìn trên mỏ lộ thiên

Có thể hiểu bua mìn là những vật liệu trơ với thuốc nổ (đất đá hạt nhỏ, cát, đất sét, chất dính kết, nước, không khí v.v hoặc hỗn hợp giữa chúng) được nạp vào một phần hay nhiều phần của lỗ khoan nhằm nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá

và bảo vệ môi trường xung quanh (hình 9.1)

Hình 3.1 Sơ đồ các cấu trúc cột bua trong lỗ mìn

1- lỗ mìn bua liên tục; 2- lỗ mìn bua liên tục hở ; 3- lỗ mìn phân đoạn bua; 4- lỗ mìn lượng thuốc phân đoạn không khí và bua liên tục; 5- lỗ mìn bua phân đoạn không khí; 6- lỗ mìn bua có lượng thuốc khoá; 7- lỗ mìn bua vật liệu rắn kết hợp bua nước; 8- lỗ mìn bua nước liên tục.

4

9.2.2 Vai trò nạp bua mìn

Trong công tác khoan nổ mìn, khi khoan vào đất đá cứng và có độ mài mòn lớn, khâu khoan tốn nhiều công sức và chiếm tỷ lệ giá thành cao hơn so với khâu

nổ Vì vậy, cần phải sử dụng tối đa chiều sâu và dung tích của lỗ khoan Điều này

có liên quan đến vai trò nạp bua trong lỗ mìn và xác định các thông số khoan nổ, đặc biệt là chiều dài nạp bua cần thiết nhằm nâng cao những tác dụng có lợi khi nổ

Đa số các tác giả đều cho rằng: Nếu nhồi bua không chặt thì một phần năng lượng vô ích và khí nổ sẽ thoát ra, làm cho đất đá phá vỡ không đồng đều thậm chí chỉ bị nứt nẻ Khi không nhồi bua, hầu như đa phần năng lượng và các sản phẩm

nổ phụt ra ngoài làm cho đất đá không bị phá vỡ

Ngoài ra, nếu không nạp bua thì đa phần lượng thuốc ở phần phía miẹng lỗ chưa kịp cháy hết hoặc các sản phẩm khí nổ sẽ dễ dàng phụt qua lỗ khoan, do có bề mặt tự do tiếp xúc ngay với lượng thuốc sinh ra nhiều khói cùng với các khí độc hại làm ô nhiễm môi trường Ở đây chúng ta chưa bàn tới mức độ đập vỡ đất đá của lượng thuốc và những khả năng khác sinh ra Như vậy, trên cơ sở lý luận và thực tiễn ta khẳng định rằng: Vai trò nạp bua mìn có ý nghĩa lớn trong công tác nổ mìn và khi tiến hành nổ mìn, nhất thiết phải nạp bua mìn Đồng thời, phải tính toán lựa chọn thế nào đó để tìm ra những loại bua hợp lý về vật liệu và thông số cho từng điều kiện cụ thể

9.2.3 Tác dụng của bua mìn

Theo các kết luận của nhiều tác giả và kết quả nghiên cứu, thực nghiệm tại thực tế sản xuất, tác giả khẳng định rằng: khi vật liệu bua và thông số kỹ thuật của

nó hợp lý sẽ mang lại những tác dụng có lợi như sau:

- Khi nổ, đất đá không bị văng về phía miệng lỗ khoan, chống được tổn thất năng lượng trong quá trình kích nổ chất nổ, thúc đẩy kích nổ hoàn toàn và giải phóng năng lượng tối đa

- Tạo điều kiện hoàn thành phản ứng phân huỷ lần thứ hai trong sản phẩm kích

nổ và tăng được năng lượng nổ

- Tăng thời hạn tác dụng của sản phẩm kích nổ và kéo dài trạng thái căng của đất

đá nhất là khi sử dụng lỗ mìn phân đoạn không khí

- Ngăn cản, giảm sự tạo thành sóng va đập trong không khí

- Giảm số lượng khí độc, bụi trong sản phẩm kích nổ và ngăn cản sự bay xa của các cục đá và bụi mỏ Điều này có ý nghĩa lớn trong công tác bảo vệ môi trường

Tóm lại, nổ mìn là phương pháp phá vỡ đất đá tiên tiến và khẳng định được

vị trí quan trọng hàng đầu trong dây chuyền sản xuất mỏ Tuy nhiên, nổ mìn cũng mang đến những mối hiểm nguy cho con người, động vật, các sinh vật xung quanh

và huỷ hoại môi trường, do những nguyên nhân của các cục đá bay, bụi khí độc

hại, chấn động và sóng va đập không khí, xuất phát từ việc sử dụng vật liệu bua không đảm bảo chất lượng và không đảm bảo chiều dài

Hiện nay, các công trình nghiên cứu hoàn thiện các thông số nổ mìn trong

đó có thông số bua ở nước ta còn rất ít Cần phải nghiên cứu và tìm ra các giải pháp để khắc phục những tác động có hại khi tiến hành nạp nổ Đây là một yêu cầu cần thiết, cấp bách và có ý nghĩa thực tiễn trong thời kỳ phát triển kinh tế - kỹ thuật theo chiến lược công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước và chiến lược bảo vệ môi trường đang diễn ra trên toàn thế giới

9.2.4 Những ảnh hưởng của bua mìn đến môi trường khi tiến hành nổ mìn

Khi tiến hành nổ mìn trên mỏ lộ thiên, nếu vật liệu bua chỉ làm từ một loại vật liệu như phoi khoan, hoặc đất sét sẽ ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của vụ nổ, bao gồm:

- Tạo sóng chấn động mạnh hơn

- Gây phụt bua sớm, làm giảm khả năng tác dụng nổ của lượng thuốc nổ trong lỗ khoan và tạo ra nhiều đấ quá cỡ: Ta biết rằng, khi cùng điều kiện áp lực khí nổ, tốc

độ phụt bua phụ thuộc vào độ chặt, vật liệu và chiều dài của bua Nếu vật liệu bua

có trọng lượng thể tích nhỏ thì thời gian bịt kín buồng nổ tồn tại ngắn hơn, do đó

dễ gây phụt bua và làm giảm hiệu quả phá vỡ đất đá

- Tạo ra bụi nhiều hơn: Hiện nay, nhiều mỏ hầm lò Việt Nam khi tiến hành nổ mìn chỉ nạp bua bằng vật liệu phoi khoan hoặc đất sét Vì vậy, khi nổ luôn tạo ra một lượng bụi, khí khá lớn tung đầy lò, làm thay đổi thành phần không khí và tác động mạnh mẽ đến môi trường xung quanh lò.Vì vậy, trước khi tiến hành điều khiển vụ

nổ, cần có biện pháp hạn chế phát sinh bụi (biện pháp hạn chế bụi được xử lý bằng sét KABENLIS nhằm đảm bảo nồng độ bụi và khí độc nhỏ hơn nồng độ bụi cho phép

9.2.5 Tính chiều dài bua mìn

9.2.6 Ứng dụng bua mìn làm từ Kabenlis kết hợp với phoi khoan và đá dăm nhằm nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá và bảo vệ môi trường mỏ

Vật kiệu bua hỗn hợp được TS Lê Ngọc Ninh sáng chế với nguyên liệu chính là đất sét KBENLIS + Phoi khoan và đá dăm con hoặc cát vàng Nó có tác dụng hút bụi và làm sạch nước thải mỏ Sau khi thử nghiệm, có thể khẳng định rằng vật liệu bua mìn làm từ Kabenlis kết hợp với phoi khoan và đá dăm con đảm bảo nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá và bảo vệ môi trường khi khai thác mỏ

1 Kabenlis và ứng dụng của nó làm vật liệu bua mìn

Kabenlis tên viết tắt của hỗn hợp sét giàu thành phần khoáng vật Kaolinite

và Monmorinolite (thường có trong hai loại sét Cao lanh và sét Bentonite), có pha

thêm một ít chất xúc tác Lis là ôxit Can Xi và muối ăn Do đó hỗn hợp này có những đặc tính nổi bật sau:

- Giàu thành phần SiO2 và Al2O3, MgO là những thành phần cơ bản tạo ra nhân keo âm, dương khi chúng hoà trộn với Lis và nước Loại Kabenlis này chuyên dùng để xử lý nước thải mỏ và các loại nước thải khác Tuy nhiên, Khi làm bua mìn ta có thể điều chế Kabenlis từ một loại đất sét đơn thuần hay đất sét có trong tự nhiên (đất sét tự nhiên có thành phần Kaolinite & monmorinolite) nhưng khả năng lọc sạch nước có giảm đi

Lis là hợp chất xúc tác đưa vào hỗn hợp sét nhằm tạo ra môi trường kiềm xung quanh các hạt sét để tạo thành các hạt keo mang điện tích trái dấu khi cho chúng tác dụng với nước

Mặt khác, khi ở dạng dung dịch pha loãng, nó có khả năng dính kết và giữ các hạt bụi có kích thước < 1000 µm với thời gian tính đến hàng tuần ở nhiệt độ mùa hè Do đó ta có thể sử dụng dung dịch Kabenlis để làm nước khử bụi trong lò

và trên mặt mỏ

Kaben lis được điều chế theo 2 dạng: dạng bột khô và dạng dung dịch Dạng bột dùng để làm vật liệu bua cho những lỗ mìn chứa nước, dạng dung dịch dùng để làm vật liệu bua cho những lỗ mìn khô

Tóm lại, việc chọn hợp chất này làm một trong những thành phần vật liệu bua và nước khử bụi mỏ với những lý do sau:

- Làm vật liệu bua cho các lỗ khoan vì loại bua này vừa có tính trương nở vừa có trọng lượng thể tích lớn Đây là nút mìn vừa đảm bảo độ chặt vừa hấp phụ được bụi khoan, thi công đơn giản và khả năng phụt bua thấp đi, tăng được hiệu quả nổ cũng như hạn chế được khí độc hại khi nổ mìn trên các mỏ đá lộ thiên

- Làm “ nước khử bụi mỏ” để tưới lên mặt mỏ và đường hầm để hấp phụ bụi, cũng như khí độc trong mỏ

- Sau khi nổ mìn, Kabenlis được hoà lẫn cùng với nước thải trong lò, ngoài tác dụng dính kết bụi nó còn có tác dụng lọc các thành phần cặn bã, độc hại trong nước thải (nhất là các mỏ khai thác quặng), ngăn cho chúng không làm ô nhiễm nguồn nước các sông, suối gần mỏ

2 Phoi khoan

Phoi khoan là sản phẩm đất đá bị nghiền nát sau khi khoan một lỗ mìn

Ở Việt Nam, khi khảo sát cho thấy: công tác chống bụi khi khoan còn nhiều hạn chế Một phần lượng bụi tản mát vào kông khí và đa phần phoi khoan lưu lại canh gương lò, chúng là tác nhân gây bụi nhiều nhất khi nổ mìn Do đó, cần phải trộn vật liệu này với Kabenlis để làm bua mìn

3 Đá dămhoặc cát hạt thô

Chúng ta đều biết rằng: Hiệu quả của bua phụ thuộc vào các yếu tố như: Trọng lượng của bua, lực ma sát của bua với thành lỗ khoan mà nó liên quan đến

độ chặt của bua, chiều dài cột bua… Ở nước ta, đa số các mỏ hầm lò khi khai thác đều đá tồn tại khá nhiều đá dăm con hoặc nguồn cát hạt thô có ở xung quanh mỏ khá nhiều, rất thuận lợi cho việc thu gom chúng đẻ làm bua mìn

Qua nhiều lần thí nghiệm, chúng ta đi đến kết luận rằng:

- Bua hỗn hợp làm từ sét Kabenlis kết hợp với phoi khoan và đá dăm hoặc cát hạt thô đảm bảo có hiệu quả nhất, nó vừa đảm bảo độ chặt khi nạp, đặc biệt là nó có khả năng giữ lại bụi vài không gây bụi khi nổ Tuy nhiên đối với lỗ khoan ngậm nước, khi nạp bua ta cần loại trừ thành phần đất sét

Ngày nay, công tác bảo vệ môi trường là nhiệm vụ sống còn của toàn thể xã hội loài người Trong khi đó, ngành khai thác mỏ là một trong những chủ nhân gây

ra nạn ô nhiễm môi trường, mà nguyên nhân sâu xa là từ khâu khoan nổ mìn chưa hợp lý về các thông số kỹ thuật của nó, trong đó có thông số về chiều cao cột bua

và vật liệu làm bua

9.3 Tác dụng của nổ tức thời và vi sai

9.3.1 Tác dụng phá vỡ đất đá khi nổ đồng thời vài lượng thuốc

Trong công nghiệp mỏ ít sử dụng nổ những lượng thuốc đơn độc, vì vậy cần biết đặc điểm tác dụng khi nổ đồng thời nhiều lượng thuốc

Qua thí nghiệm và thực tế sản xuất khi nổ đồng thời nhiều lượng thuốc thì chất lượng đập vỡ đất đá sẽ tăng lên rất nhiều so với nổ đơn độc, đó là do các sóng ứng suất gặp nhau thì trạng thái ứng suất của môi trường bị thay đổi nhiều, đồng thời bán kính phá vỡ các khối nứt nẻ theo đường nối các lượng thuốc tăng lên 1,6÷d lần Những khối đất đá bị phá vỡ chủ yếu bằng nứt nẻ Cuối kẽ nứt của khối này trùng với đầu kẽ nứt của khối tiếp theo Hiệu quả này được sử dụng để nổ mìn tạo biên khi đào lò và khi chọn sơ đồ nổ vi sai trên mỏ lộ thiên

Nhưng cũng có vùng đất đá phân bố giữa các lỗ khoan bề mặt tự do xảy ra

sự bù trừ ứng suất và làm cho trạng thái ứng suất bị yếu đi so với nổ lượng thuốc đơn độc Do vậy, trường hợp này đất đá lại bị phá vỡ kém đi trong một số trường hợp do có hiện tượng bù trừ ứng suất Tuy nhiên khi nổ tức thời thường gây chấn động lớn và đất đá bị phá vỡ không đồng đều

9.3.2 Tác dụng phá vỡ đất đá khi nổ vi sai

1 Khái niệm nổ vi sai:

Nổ vi sai là nổ liên tiếp hàng loạt hay từng loại thuốc riêng với thời gian dãn cách tính bằng phần nghìn giây, đôi khi phương pháp này gọi là phương pháp nổ mili giây Những yếu tố quyết định đến hiệu quả nổ vi sai gồm: thời gian dãn cách

và trình tự phá vỡ đất đá

Nổ vi sai đạt hiệu quả cao hơn các phương pháp khác bởi vì khi nổ vi sai xẩy ra sự tác dụng lẫn nhau của các lượng thuốc cạnh nhau, nổ vi sai tạo nên kết quả tối đa là

do có sự giao thoa của sóng ứng suất lan truyền trong đất đá và tạo thành mặt tự do phụ, đồng thời tạo ta sự va đập của các cục đá bay khi nổ những lượng thuốc cạnh nhau Sau đây là các dạng cơ bản tác dụng tương hỗ khi nổ vi sai các lượng thuốc

và vai trò của chúng trong việc cải thiện chất lượng phá vỡ đất đá Khi nổ mìn đào

lò trong đất đá cứng, để đơn giản trong thi công, người ta thường áp dụng nổ mìn

vi sai theo trình tự của các nhóm lỗ mìn (nhóm tạo rạch, nhóm phá và nhóm tạo biên)