Nội dung chính của bài viết này chủ yếu chủ yếu xét hoạt động công nghiệp phát sinh chấn động rung từ quá trình nổ mìn trong lỗ khoan của các mỏ khai thác đá xây dựng. Mời các bạn tham khảo chi tiết nội dung bài viết này!
33(2)[CĐ], 224-230 Tạp chí CÁC KHOA HỌC VỀ TRÁI ĐẤT 6-2011 ĐO THAM SỐ CHẤN ĐỘNG RUNG TRONG QUẢN LÝ MƠI TRƯỜNG BẰNG CÁC MÁY THĂM DỊ ĐỊA CHẤN VŨ TRỌNG TẤN, NGUYỄN NGỌC THU, VÕ THỊ HỒNG QUYÊN E-mail: vutrongtan@gmail.com Trung tâm Địa vật lý - Liên đoàn Bản đồ Địa chất miền Nam Ngày nhận bài: 4-4-2011 Mở đầu Các hoạt động sản xuất công nghiệp nổ mìn khai thác đá, hoạt động máy quay ly tâm tải trọng động lớn, đóng cọc cừ bê tông, giao thông,… phát sinh chấn động rung (cịn gọi rung động) lan truyền mơi trường gây thiệt hại vật chất sức khỏe cho cộng đồng dân cư lân cận cần theo dõi Tại số địa phương, công tác giám sát định kỳ hàng năm đánh giá tác động môi trường bao gồm thu thập thông số khơng khí, bụi, nước, tiếng ồn, rung động, xí nghiệp khai mỏ, sở sản xuất, công trường xây dựng thực theo Luật Môi trường quy định hành Bên cạnh số địa phương ngành quản lý, việc đo đạc thông số chấn động rung chưa đưa vào chương trình giám sát định kỳ yêu cầu doanh nghiệp đo đạc xung quanh vùng khai thác mỏ có mật độ dân cư cao [1, 3] Hiện Việt Nam quy định tham số chấn động rung, máy đo phương pháp đo dừng lại mức độ khái quát thông qua tiêu chuẩn quy chuẩn như: TCVN 6963-2001, TCVN 7378:2004 QCVN 27:2010/BTNMT Phương pháp đo giới thiệu tiêu chuẩn bao gồm loại máy đo phổ biến có chế độ định sẵn, việc chuẩn định máy để có thơng số xác chưa hướng dẫn cụ thể Từ thực tế phương pháp đo tham số chấn động rung gây hoạt động sản xuất công nghiệp trạm máy thăm dị địa chấn có sẵn 224 công tác địa vật lý cho phép thực đo đánh giá tác động môi trường Khái quát rung động Chấn động rung (hay rung động) phát sinh từ yếu tố tự nhiên yếu tố người Hoạt động kiến tạo vỏ Trái Đất động đất, núi lửa tai biến tự nhiên, lượng giải phóng truyền bên mặt đất tạo nên rung động nhiều cấp độ khác Đây tượng mà thời điểm phát sinh, người chưa hoàn toàn xác định trước Các nguồn phát sinh chấn động gây hoạt động người như: hoạt động giao thông đường bộ, đường sắt; vận hành thiết bị công nghiệp máy nghiền sàng, máy quay ly tâm đúc bê tông nghiền xi măng, bơm thủy lực; hoạt động xây dựng sử dụng búa máy đóng cọc bê tơng vào móng cơng trình; vụ nổ khai thác khoáng sản [2] Trong báo này, chủ yếu xét hoạt động công nghiệp phát sinh chấn động rung từ trình nổ mìn lỗ khoan mỏ khai thác đá xây dựng Rung động nổ mìn khai thác đá xây dựng Thuốc nổ phụ kiện nổ dùng công nghiệp gọi chung vật liệu nổ công nghiệp (VLNCN) Khi phối hợp với phương tiện nổ khác để kích hoạt lượng thuốc nổ tạo phương pháp nổ mìn khác nhằm đạt hiệu tối đa công khai thác an tồn Theo nghĩa đơn giản, nổ mìn lỗ khoan phản ứng hóa học thuốc nổ với khơng khí sinh khối khí với áp suất lớn (khoảng 105Kg/cm3) nhiệt độ cao Khối khí đập vào phần đá xung quanh lỗ khoan chứa thuốc nổ Năng lượng giải phóng nhanh Đây pha thứ trình nổ mìn Pha thứ hai, tiếp nối sau pha thứ nhất, pha truyền sóng nén sóng va đập Khi mặt sóng dịch chuyển tới, gặp mơi trường bất đồng mặt ranh giới Tại đó, phần lượng truyền qua, phần lại phản xạ Trong q trình truyền sóng, khối khí mang áp suất lớn nhiệt độ cao lan truyền xâm nhập theo hướng vào khe, vết nứt đới bất liên tục đó, ranh giới liên kết lớp,… khối đá bị vỡ bị rời khỏi khối đá gốc, khơng cịn lực tác dụng xuất sau nguồn lượng nổ giải phóng hết Tồn q trình diễn vài mili giây tính từ khởi nổ Phần lượng không tham gia vào việc phá hủy đá, gọi lượng hao phí Nó chuyển hóa dạng khác chấn động rung, sóng va đập khơng khí, sóng chấn động mạch nước nhiệt độ [2] Trong trường hợp này, rung động dạng chuyển động hình thành nguồn lượng nổ mìn cộng với phần phát sinh có chuyển động khối đá Rung động hệ khơng mong muốn q trình nổ mìn phá đá truyền môi trường xung quanh gây ảnh hưởng xấu đến đời sống cơng trình Sóng rung động sinh nổ mìn chia thành hai loại chính: sóng dọc, sóng ngang sóng mặt Một rung động toàn diện đánh giá ba thành phần trực giao với theo ba hướng sau: Ngang - dịch chuyển ngang góc thích hợp so với điểm nổ; Thẳng đứng; Dọc - dịch chuyển dọc đường thẳng tuyến đo nơi nổ mìn Ở khoảng cách gần nguồn nổ, sóng rung sinh chủ yếu sóng khối Các sóng lan truyền theo dạng cầu hướng xung quanh nguồn nổ gặp mặt ranh giới Ranh giới lớp đá khác, mặt thống, khe nứt, chỗ tiếp xúc, bề mặt lớp đất Khi sóng khối gặp ranh giới sinh sóng mặt Khi sóng khối tiếp xúc với mặt thoáng, vận tốc đỉnh tăng gần gấp đôi, phương pháp đo rung thông thường đặt máy ghi không phù hợp cho kết không [2] Tốc độ rung động truyền môi trường đơn vị thời gian gọi vận tốc truyền, lượng đường truyền gọi suy giảm chấn động Để mô tả chi tiết thành phần rung động nổ mìn, dựa vào so sánh tương đối rung động mặt đất với chuyển động phần tử mặt nước hồ có sóng Các thành phần chuyển động phần tử lúc sau: - Chiều dài sóng khoảng cách đỉnh sóng mà phần tử đạt tới; - Vận tốc truyền tốc độ dịch chuyển phần tử hướng trước sau nguồn lượng đơn vị thời gian; - Vận tốc thành phần tốc độ phần tử dao động lên xuống xung quanh vị trí cân Trong nổ mìn, dao động thành phần đất hay cịn gọi dịch chuyển thành phần, tương ứng với sóng rung động đo theo đại lượng vận tốc thành phần, tính milli mét/giây; - Vận tốc đỉnh PPV vận tốc thành phần cực đại; - Tần số số lần dao động phần tử giây Sự dao động tính Hertz (Hz); - Gia tốc (a), định nghĩa vận tốc tính cho đơn vị thời gian Việc quan trắc sóng thực cách ghi dao động mặt đất vị trí định Đồ thị dao động gọi hình dạng sóng hay biểu đồ sóng, biểu diễn thay đổi dịch chuyển môi trường theo thời gian điểm quan sát Dao động sóng đồ thị có dạng hình sin tắt dần Độ tắt dần tỷ lệ thuận với tỷ số Vs/Vp (tỷ số tốc độ n) mơi trường vùng đặt nguồn Biên độ sóng quan sát vị trí định phụ thuộc vào công suất điều kiện nguồn phát, bao gồm: bán kính a lỗ hỗng, biên độ áp suất kích, tỷ số tốc độ n mật độ ρ môi trường đặt nguồn Tần số dao động phụ thuộc vào bán kính lỗ hổng, tỷ số tốc độ n tốc độ truyền sóng ngang Vs Các dao động tần số thấp hình thành bán kính a lớn, tốc độ truyền sóng ngang nhỏ tỷ 225 số tốc độ lớn Khi a nhỏ, Vs lớn, n nhỏ dao động hình thành có tần số cao Phương pháp đo chấn động rung 4.1 Yêu cầu kỹ thuật tiêu chuẩn đánh giá Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) áp dụng việc đo chấn động rung nghiên cứu, tổng hợp từ tiêu chuẩn, quy chuẩn tương đương sử dụng giới (ISO, ASTM, ANSI, USSR, DIN, ) Hiện có 10 tiêu chuẩn quy định vấn đề liên quan thiết bị, phương pháp sử dụng, thông số đo mức giới hạn rung động môi trường cho phép, áp dụng cho nhiều đối tượng gây rung chịu tác động rung Tuy vậy, tiêu chuẩn cần phải nghiên cứu thực tế để chi tiết hóa tiêu chuẩn cho dễ dàng sử dụng, đa dạng thiết bị, thống quy trình đánh giá theo trường hợp, đối tượng cách xác hiệu kinh tế Sau số thuật ngữ chuyên dùng, yêu cầu thiết bị đo, phương pháp đo, cơng tác đo rung (trích dẫn từ TCVN Trung tâm thông tin Tiêu chuẩn đo lường chất lượng Việt Nam phát hành) Gia tốc: đại lượng rung động Gia tốc chuyển động tịnh tiến biểu thị mét giây bình phương (m/s2) gia tốc chuyển động quay biểu thị radian giây bình phương (rad/s2) Đại lượng sử dụng giá trị trung bình bình phương (r.m.s), (TCVN 6964-1:2001) Trong trường hợp rung động có tần số thấp tín hiệu rung động yếu, tiến hành đo vận tốc rung động chuyển đổi sang gia tốc rung động Giá trị đỉnh tương đương (EQ peak): đại lượng trung bình giá trị cực đại gia tốc rung khoảng thời gian Giá trị hiệu dụng (r.m.s): giá trị trung bình bình phương, xác định theo cơng thức: T Ar m.s = a (t ).dt T ∫0 (1) đó: Ar.m.s giá trị hiệu dụng gia tốc rung r.m.s, tính mét giây bình phương; a(t) gia tốc rung, tính m/s2 ; T khoảng thời gian đo, tính giây 226 Điểm đo bản: Là điểm đo nằm đường ranh giới đường giao thông khu công cộng - dân cư Điểm đo suy giảm: Là điểm đo để đo mức rung suy giảm, nằm phạm vi khu vực công cộng - dân cư, đường lan truyền rung từ điểm đo nối tiếp nhau, cách theo khoảng cách định (3m, 5m, tùy thuộc vào yêu cầu cần xét) Thời gian đo: Thời gian đo cần đủ để đảm bảo tính xác thống kê Thiết bị: Dùng thiết bị đo chuyên dụng phải gồm thiết bị sau: Cảm biến; Thiết bị chuyển đổi tín hiệu; Thiết bị đọc ghi kết đo Thiết bị đo phải có đặc tính kỹ thuật tối thiểu sau: Dải tần số đo: Hz - 300 Hz; Gia tốc: 0,005 m/s2 - 200 m/s2; Đại lượng đo được: Giá trị đỉnh tương đương (EQ peak), Giá trị hiệu dụng (r.m.s) Các quy trình đánh giá thơng số rung động xác định TCVN 6964 (ISO 2631) sát nhập phương pháp lấy trung bình giá trị rung động theo thời gian dải tần số đo Thiết bị đo phải có dải động đủ lớn tín hiệu cao thấp Các tín hiệu ghi trước phân tích lọc lọc tần số thấp có ngưỡng cắt 3dB (khoảng 1,5 lần tần số đo cao nhất) để tăng cao tỷ lệ tín hiệu so với nhiễu tính chất tuyến tính pha dao động dải tần số đặc trưng (TCVN 6964 - ISO 2631) 4.2 Sử dụng máy thăm dò địa chấn đo tham số rung động Đối với mỏ khai thác đá nổ mìn, nguồn nổ xác định nguồn cầu dọc có phương truyền sóng phương tỏa tia nên tuyến quan sát thường bố trí hướng vào tâm nguồn nổ Cần tuân thủ nguyên tắc an toàn theo qui định mỏ trình tham gia đo cơng trường Khi đo vùng bán kính nguy hiểm (cách tâm bãi nổ mìn 300m), phải yêu cầu hỗ trợ phương tiện che chắn đá văng [4] Số lượng điểm thu cần thiết tuyến để đánh giá mức suy giảm rung người đo tự định theo thực tế trường theo yêu cầu mục đích lần đo Tuy nhiên cần bố trí đủ số lượng kênh để đo thành phần ngang thẳng đứng rải tuyến Để đánh giá đặc trưng riêng rung động (các tần số rung động) cơng trình xây dựng địi hỏi bố trí lựa chọn số điểm đo hợp lý Số lượng phụ thuộc vào kích thước mức độ phức tạp cơng trình xây dựng Chẳng hạn, để xác định ảnh hưởng rung động nguồn lan truyền môi trường, tác động lên tịa nhà cách tốt chọn vị trí đặt cảm biến nằm gần móng nhà Nếu khơng thể đo móng nhà chọn điểm đo điển hình tường ngồi chịu lực độ cao sàn tầng Việc xác định độ dịch chuyển kết cấu biến dạng trượt tịa nhà cần có thơng số đo trực tiếp thành phần chịu lực tạo nên độ cứng kết cấu, hầu hết phép đo theo ba phương góc cơng trình Phần lớn trường hợp thực tế, giới hạn khách quan nên phải đồng dạng đo đặc tính tối đa tồn kết cấu đồng thời kết hợp quan sát thành phần sàn, tường cửa sổ La = 20 lg( A / A0 ) -5 (2) A0 = 10 m/s A gia tốc rung, tính mét giây bình phương, đo trực tiếp máy theo giá trị r.m.s tính tốn theo hàm số (1) sử dụng hệ máy địa chấn [4] Kết đo chấn động rung mỏ đá xây dựng tỉnh Đồng Nai Dự án đo kiểm tra đánh giá thông số chấn động rung mỏ khai thác đá xây dựng tỉnh Đồng Nai bao gồm 30 tuyến đo địa chấn bố trí hướng đến tâm bãi mìn (hình 1) 4.2.1 Máy địa chấn Khi quan trắc chấn động phạm vi bán kính lớn xung quanh nguồn gây chấn để xác định bán kính an tồn cho khu vực lân cận việc lựa chọn hệ thống ghi nhận trạm ghi địa chấn có khả thích ứng với điều kiện địa hình đáp ứng dải tần số rộng Có số hệ máy ghi địa chấn thường thấy sử dụng Seistronix RAS-24, Terraloc MARK 6, Model 16S 12 and 24 Channel Seismographs, Model 12S12L Channel Seismograph,… [4] 4.2.2 Đặt thiết bị Cách gắn geophone: - Gắn geophone lên bề mặt đất kề đối tượng đo (sàn, nhà hay mặt đất, ) hướng phía nguồn rung để thu tín hiệu rung trung thực Tránh đo đường có thể; - Khi đo rung đất, geophone gắn cọc sắt có đường kính tương đương Φ ≥ 16mm, đóng sâu xuống đất khoảng từ 20 đến 40cm Đầu cọc sắt không nhô cao mặt đất q 2cm Tính tốn: Mức gia tốc rung La tính dexiben (dB), theo cơng thức sau: Hình Sơ đồ mơ vị trí máy đo rung Kết đo chấn động rung nổ mìn cho thấy mỏ có mức độ chấn động rung khoảng cách an toàn chấn động rung đo khác Dựa sở tài liệu đo trường bãi nổ, tập thể tác giả tiến hành xử lý tài liệu để xây dựng biểu đồ cho mỏ nhằm làm sáng tỏ quy luật phát sinh chấn động rung, so sánh với QCVN 27-2010 chấn động 227 giá trị rung động) theo phương kéo dài, quy luật mô tương ứng với hàm mũ: rung nhằm xác lập khoảng cách an toàn cho mỏ cung cấp thông số cho nhà quản lý môi trường y = a.bx 5.1 Xử lý xây dựng tài liệu Trong đó: y giá trị gia tốc vị trí có khoảng cách x(m) từ tâm nổ đến điểm nội suy; a b hệ số nhận sở liệu quan trắc thực tế mỏ Các dạng tài liệu biểu diễn kết quả: Các kết đo rung động nổ mìn mỏ thể theo dạng tài liệu sau: - Đồ thị biểu diễn gia tốc rung động trung bình (dB) lúc nổ mìn; Biểu đồ sóng rung động - Biểu đồ gia tốc rung động lúc nổ mìn (m/s ) Thể mức độ rung động (miliVolt) số vị trí tuyến quan trắc Biểu đồ cho ta thấy sơ tính chất sóng bao gồm tần số, chu kỳ biên độ vị trí máy thu tuyến quan sát (hình 2) Đồ thị biểu diễn gia tốc rung Gia tốc rung giá trị gia tốc tổng tính theo giá trị bình phương trung bình phép cộng vectơ gia tốc rung động ghi nhận theo phương ngang phương thẳng đứng Đồ thị gia tốc rung thể theo ba thời điểm quan trắc khác (trước nổ, nổ mìn sau thời điểm nổ mìn) biểu diễn quy luật biến đổi (suy giảm Biểu đồ gia tốc rung động Thể gia tốc rung động trước nổ, nổ mìn sau thời điểm nổ mìn (dB), biểu đồ suy giảm gia tốc theo khoảng cách (hình 3) 10 -5 -10 10 -5 -10 10 11 12 a Hình Đồ thị sóng mỏ Tân Hạnh, a: geophone đứng, b: geophone ngang 228 (3) Hình Đồ thị biểu diễn gia tốc rung mỏ Tân Hạnh 5.2 Kết quan trắc chấn động rung mỏ Kết quan trắc thơng số rung động cịn tổng hợp dạng bảng giá trị đo đạc vị trí đặt máy thu cụ thể giá trị quy luật biến đổi tính theo hàm suy giảm (3) theo mỏ mỏ với nhiều quy mô bãi nổ (bảng 1) Bảng Kết đo gia tốc rung mỏ đá Mỏ Hang Nai Vị trí (m) ĐVT 211 233 250 266 277 288 293 Lúc nổ mìn 11h30’ dB 56,9 55,0 54,6 56,6 55,8 56,8 56,1 Quy luật biến đổi dB 56,38 56,19 56,05 55,91 55,82 55,73 55,68 Mỏ Tân Hạnh Vị trí (m) ĐVT 252,07 262,14 267,18 272,22 277,27 282,31 292,41 Lúc nổ mìn 11h5’21” dB 72,59 72,21 73,37 71,21 69,91 71,64 68,71 Quy luật biến đổi dB 73,3 72,3 71,8 71,4 70,9 70,4 69,5 Mỏ Sok Lu Vị trí (m) ĐVT 260,5 265,9 271,4 276,8 282,3 287,7 293,1 Lúc nổ mìn 11h05'21" dB 68,9 67,5 67,6 70,6 69,5 68,5 66,4 Quy luật biến đổi dB 69,6 69,3 69,0 68,7 68,4 68,0 67,7 229 Để đối sánh mức độ khác mỏ mức độ, thời gian chấn động khoảng cách an toàn theo QCVN 27:2010 xem bảng Bảng Bảng gia tốc rung đáp ứng QCVN 27:2010 (Khoảng cách tối thiểu theo quy luật suy giảm gia tốc đo thực tế) Mỏ Hang Nai Tân Hạnh Sok Lu 850 1428 2900 Khoảng cách tới điểm 100 nổ (m) 300 170 Gia tốc (dB) 57,4 68,78 74,7 QCVN 27:2010 75 Thuốc nổ (kg) Từ kết quan trắc tính tốn gia tốc rung động nổ mìn mỏ rút số nhận xét sau: - Gia tốc rung động quan trắc mỏ có quy luật suy giảm theo khoảng cách, quy luật mơ theo hàm (3) Sự suy giảm theo khoảng cách không phụ thuộc vào khối lượng thuốc nổ mà phụ thuộc mạnh mẽ vào môi trường nổ, đặc điểm địa chất khu vực - Các phương pháp nổ mìn áp dụng vi sai truyền thống, vi sai phi điện, vi sai dây nổ rải mặt,… có mối liên hệ chặt chẽ với định đến tham số chấn động rung mỏ, thời gian tắt chấn động Kết luận Phương pháp đo chấn động rung nhằm mục đích cung cấp tiêu đánh giá tác động môi trường khu vực có hoạt động sản xuất cơng nghiệp Việc áp dụng phương pháp đo thiết bị máy thăm dò địa chấn đo tham số chấn động rung nhà vật lý địa chất đo đạc đáp ứng yêu cầu độ xác, phù hợp phương pháp nổ áp dụng cấu trúc địa chất hoạt động khai thác Thông số cần nhà quản lý môi trường theo dõi thường xuyên theo định kỳ tháng báo cáo tác động môi trường định kỳ hàng quý nhằm kịp thời điều chỉnh lượng VLNCN phương pháp nổ cho phù hợp với mức độ cho phép tác động đến môi trường sống Công tác đánh giá tác động môi trường nên thực độc lập nhà quản lý mơi trường, nhằm đảm bảo tính khách quan TÀI LIỆU DẪN [1] Trịnh Việt Bắc, Đinh Văn Tồn, Nguyễn Chí Hiếu, 2001: Đánh giá ảnh hưởng vụ nổ mìn cơng nghiệp thiết bị địa chấn K2 Đồng Nai Tc Các KHvTĐ, T.23, 4CĐ, 447-452 [2] Võ Thị Hồng Quyên, 2005: Xây dựng quy trình đo rung vài loại hình hoạt động công nghiệp đề xuất giải pháp xử lý Luận văn Thạc sỹ Khoa học Môi trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp Hồ Chí Minh, trang 10-52 [3] Vũ Trọng Tấn (chủ biên), 2007: Báo cáo kết đánh giá chấn động rung hoạt động nổ mìn khai thác đá xây dựng mỏ Tân Vạn, Tp Biên Hịa, tỉnh Đồng Nai Liên đồn đồ địa chất miền Nam, Tp Hồ Chí Minh, trang 1-11 [4] Nguyễn Ngọc Thu (chủ biên), 2003: Báo cáo kết đánh giá chấn động rung hoạt động máy quay ly tâm nhà máy bê tông đúc sẵn Phan Vũ, KCN Sóng Thần, tỉnh Bình Dương, Liên đồn đồ địa chất miền Nam, Tp Hồ Chí Minh, trang 5-6 SUMMARY Vibration testing method in environmental management using seismic recording system Nowaday, industrial activities often face to environmental impacts exceeding safety levels To control these effects, local authorities should examine characteristic factors of undertaking actions regularly; apply modern monitoring methods to get more accuracy and convenience The article introduces a method of monitoring blast vibration parameters in Dong Nai province using seismic recording systems 230 ... pháp đo thiết bị máy thăm dò địa chấn đo tham số chấn động rung nhà vật lý địa chất đo đạc đáp ứng yêu cầu độ xác, phù hợp phương pháp nổ áp dụng cấu trúc địa chất hoạt động khai thác Thông số. .. gia tốc rung La tính dexiben (dB), theo cơng thức sau: Hình Sơ đồ mơ vị trí máy đo rung Kết đo chấn động rung nổ mìn cho thấy mỏ có mức độ chấn động rung khoảng cách an toàn chấn động rung đo khác... chẽ với định đến tham số chấn động rung mỏ, thời gian tắt chấn động Kết luận Phương pháp đo chấn động rung nhằm mục đích cung cấp tiêu đánh giá tác động mơi trường khu vực có hoạt động sản xuất