Nghiên cứu ảnh hưởng về chấn động khi nổ mìn và các giải pháp ngăn ngừa các ảnh hưởng bất lợi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI Phạm Thế Nam NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG VỀ CHẤN ĐỘNG KHI NỔ MÌN VÀ CÁC GIẢI PHÁP NGĂN NGỪA CÁC ẢNH HƯỞNG BẤT LỢI LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI Phạm Thế Nam NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG VỀ CHẤN ĐỘNG KHI NỔ MÌN VÀ CÁC GIẢI PHÁP NGĂN NGỪA CÁC ẢNH HƯỞNG BẤT LỢI Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình thuỷ Mã số: 60 - 58 - 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi Văn Vịnh Hà Nội - 2011 LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng cơng trình thuỷ với đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng chấn động nổ mìn giải pháp ngăn ngừa ảnh hưởng bất lợi’’ hoàn thành với quan tâm giúp đỡ tận tình q thầy giáo Khoa cơng trình, Bộ mơn công nghệ quản lý xây dựng, cán trường Đại học thuỷ lợi, đồng nghiệp bạn bè Tác giả xin chân thành cảm ơn quý quan, quý thầy cô, đồng nghiệp tạo điều kiện cho tác giả có hội học tập, trau dồi, nâng cao kiến thức suốt thời gian vừa qua Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo Phó giáo sư - Tiến sĩ Bùi Văn Vịnh dành nhiều tâm huyết, hết lịng dìu dắt, giúp đỡ, hướng dẫn, tạo điều kiện để tác giả vượt qua trở ngại hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn đơn vị, cá nhân cho phép sử dụng tài liệu công bố để luận văn hồn thành tốt Với thời gian trình độ có hạn, luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Kính mong q thầy cơ, q đồng nghiệp bạn bè góp ý xây dựng để tác giả tiếp tục học tập nghiên cứu hồn thiện đề tài Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 19 tháng năm 2011 Tác giả Phạm Thế Nam ` MỤC LỤC MỞ ĐẦU T T 1 Tính cấp thiết đề tài T T Mục đích đề tài T T Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu T T Kết dự kiến đạt T T Những vấn đề cần giải luận văn T T CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠNG TÁC NỔ MÌN TRONG XÂY T DỰNG THỦY LỢI – THỦY ĐIỆN T 1.1 Tổng quan cơng tác nổ mìn T T 1.2 Các phương pháp nổ mìn xây dựng thủy lợi – thủy điện T T 1.2.1 Phương pháp nổ mìn lỗ nơng 10 T T 1.2.2 Phương pháp nổ mìn lỗ sâu 10 T T 1.2.3 Nổ mìn khối thuốc tập trung 12 T T 1.2.3.1 Phương pháp nổ mìn bầu 12 T T 1.2.3.2 Phương pháp nổ mìn buồng (hầm) 12 T T 1.2.3.3 Phương pháp nổ mìn ốp 13 T T 1.2.4 Phương pháp nổ mìn vi sai 14 T T 1.2.5 Phương pháp nổ mìn tạo viền 14 T T 1.2.6 Phương pháp nổ mìn phân đoạn khơng khí 15 T T 1.3 Tình hình ứng dụng số vấn đề liên quan cơng nghệ nổ mìn 16 T T 1.3.1 Ứng dụng cơng nghệ nổ mìn 16 T T 1.3.2 Các phương pháp nổ mìn áp dụng để thi công công T trình thuỷ lợi - thuỷ điện Việt Nam 17 T 1.3.2.1 Nổ mìn khai thác đá đào móng cơng trình thuỷ lợi 17 T Học viên: Phạm Thế Nam T Lớp cao học 16C2 ` 1.3.2.2 Đắp đập phương pháp nổ mìn định hướng 19 T T 1.3.2.3 Nổ mìn để đào kênh 20 T T CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHẤN ĐỘNG KHI NỔ MÌN 23 T T 2.1 Một số khái niệm lý thuyết nổ 23 T T 2.1.1 Sóng nổ 23 T T 2.1.2 Xác định tác động sóng nổ mìn phá đá đến ổn định T cơng trình khu vực vùng lân cận 25 T 2.1.2.1 Áp lực sản phẩm kích nổ 26 T T 2.1.2.2 Tiêu chuẩn đánh giá tác động trường sóng nổ 27 T T 2.2 Xác định tác động sóng nổ đến độ bền cơng trình 31 T T 2.2.1 Áp lực sóng xung kích điểm không gian 31 T T 2.2.2 Áp lực vận tốc hạt môi trường nổ đất đá 34 T T 2.3 Tính tốn thơng số an tồn nổ mìn 39 T T 2.3.1 Khoảng cách an toàn sóng xung kích 39 T T 2.3.2 Khoảng cách an tồn sóng địa chấn 41 T T 2.3.3 Khoảng cách an toàn sạt lở 42 T T 2.4 Các trường hợp cần thiết phải giảm chấn động biện pháp ngăn T ngừa để giảm thiệt hại mức thấp nhằm đạt hiệu tối ưu nổ mìn 43 T 2.4.1 Các trường hợp cần thiết phải giảm chấn động nổ mìn 43 T T 2.4.2 Các biện pháp ngăn ngừa để giảm thiệt hại mức độ thấp T nhằm đạt hiệu tối ưu nổ mìn 43 T 2.4.2.1 Phương pháp tạo màng ngăn sóng địa chấn 43 T T 2.4.2.2 Phương pháp dùng hào để làm giảm địa chấn 44 T T 2.4.2.3 Phương pháp dùng lớp đá nát vụn để làm giảm địa chấn 46 T Học viên: Phạm Thế Nam T Lớp cao học 16C2 ` 2.4.2.4 Phương pháp tạo khe nứt hoàn chỉnh để làm màng ngăn địa T chấn (Phương pháp nổ mìn tạo viền) 48 T 2.4.2.5 Phương pháp giảm tác dụng địa chấn sóng nổ nổ mìn T vi sai 54 T 2.4.3 Những nhân tố ảnh hưởng đến sóng chấn động nổ mìn 56 T T 2.4.3.1 Ảnh hưởng đặc tính lý đá đến sóng chấn động T nổ mìn 56 T 2.4.3.2 Ảnh hưởng địa chất đến sóng chấn động nổ mìn 57 T T 2.4.4 Các phương pháp nổ mìn thi cơng đường hầm 58 T T CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN GIẢI PHÁP NGĂN NGỪA VÀ T GIẢM CHẤN ĐỘNG KHI NỔ MÌN THI CƠNG CỬA VÀO TUYNEL DẪN NƯỚC VÀO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN THUỘC TIỂU DỰ ÁN CƠNG TRÌNH ĐẦU MỐI HỒ CHỨA NƯỚC NGÀN TƯƠI, TỈNH HÀ TĨNH 59 T 3.1 Giới thiệu cơng trình 59 T T 3.1.1 Phạm vi cơng trình đặc điểm địa bàn xây dựng 59 T T 3.1.3 Đặc điểm địa chất 60 T T 3.1.4 Đặc điểm địa chất thuỷ văn 63 T T 3.1.5 Tóm tắt đặc điểm thơng số cơng trình lấy nước số 163 T T 3.1.6 Vị trí cơng trí cơng trình 65 T T 3.2 Nghiên cứu, lựa chọn giải pháp ngăn ngừa giảm chấn động nổ T mìn thi công cửa vào tuynel dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện (thuộc Tiểu dự án cơng trình đầu mối hồ chứa nước Ngàn Trươi, tỉnh Hà Tĩnh) 69 T 3.2.1 Lựa chọn giải pháp khoan nổ để ngăn ngừa giảm chấn động T thi công cửa vào TN1 69 T Học viên: Phạm Thế Nam Lớp cao học 16C2 ` 3.2.2 Giải pháp ngăn ngừa ảnh hưởng chấn động thi công cửa vào T tuynel TN1 dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện phương pháp nổ mìn 70 3.2.2.1 Các thơng số phục vụ tính toán 70 T T 3.2.2.2 Thiết kế khoan - nổ mìn 70 T T 3.2.2.3 Thi cơng khoan nổ mìn 81 T T 3.3 Đánh giá kết đạt 83 T T CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84 T T 4.1 Những kết đạt luận văn 84 T T 4.2 Phương hướng tiếp tục nghiên cứu ứng dụng 84 T T TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 T T Tiếng Việt 86 T T Tiếng Nga 86 T T Học viên: Phạm Thế Nam Lớp cao học 16C2 T ` THỐNG KÊ CÁC HÌNH ẢNH Hình 1-1: Sơ đồ bố trí nổ mìn lỗ nơng đào theo bậc thang 10 T T Hình 1-2: Nổ mìn lỗ sâu 11 T T Hình 1-3: Sơ đồ nổ mìn bầu 12 T T Hình 1-4: Sơ đồ bố trí nổ mìn buồng 13 T T Hình 1-5: Sơ đồ bố trí nổ mìn ốp phá đá mồ côi 13 T T Hình 1-6: Sơ đồ cấu tạo nổ mìn tạo viền 15 T T Hình 2-1: Các giai đoạn tương tác thuốc nổ đất đá 25 T T Hình 2-2: Sơ đồ áp lực nổ không 33 T T Hình 2-3: Sơ đồ tính tốn mức độ giảm chấn hào 44 T T Hình 2-4: Sơ đồ màng ngăn sóng địa chấn cấu tạo mặt tiếp xúc lớp T đá nát vụn khối đá nguyên thể 47 T Hình 2-5: Sơ đồ tác dụng tương hỗ nổ lỗ mìn tạo viền 50 T T Hình 3-1: Vị trí cơng trình hồ chứa nước Ngàn Trươi 65 T T Hình 3-2: Mặt bố trí cửa vào tuyến tuynel TN1 65 T T Hình 3-3: Cắt dọc tuyến tuynel TN1 65 T T Hình 3-4: Mặt cắt tính tốn khoan nổ mìn 71 T T Hình 3-5: Bố trí lỗ mìn với gương đào bậc 78 T T Hình 3-6: Bố trí lỗ mìn với gương đào bậc 80 T T Hình 3-7: Bố trí lỗ mìn cho tồn mặt cắt 80 T T Hình 3-8: Cấu tạo bao thuốc nổ viền 82 T Học viên: Phạm Thế Nam T Lớp cao học 16C2 ` THỐNG KÊ CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2-1: Trị số K n K p ghi cho vài loại đất đá 36 T R R R R T Bảng 2-2: Sự phụ thuộc vào độ sâu đặt thuốc (H) hệ số F 37 T T Bảng 2-3: Sự phụ thuộc p, K vận tốc truyền âm loại đất đá 38 T T Bảng 2-4: Trị số hệ số K B dùng để tính tốn khoảng cách an tồn theo tác T R R dụng sóng xung kích 40 T Bảng 2-5: Bảng xác định giá trị hệ số α 41 T T Bảng 2-6: Bảng xác định giá trị hệ số K c 41 T R R1 T Bảng 3-1: Chỉ tiêu lớp đất đới phong hố hồn tồn 62 T T Bảng 3-2: Các thông số hầm nel số 64 T T Bảng 3-3: Độ xác tính tốn mật độ nạp thuốc nổ lỗ mìn viền 72 T T Bảng 3-4: Độ xác tính tốn khoảng cách lỗ mìn viền kề 73 T T Bảng 3-5: Đặc tính gương đào bậc 77 T T Bảng 3-6: Đặc tính gương đào bậc 79 T Học viên: Phạm Thế Nam T Lớp cao học 16C2 ` MỞ ĐẦU Tên đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng chấn động nổ mìn giải pháp ngăn ngừa ảnh hưởng bất lợi’’ Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, việc ứng dụng công nghệ nổ mìn thi cơng cơng trình thuỷ lợi với quy mô vừa lớn Việt Nam giới thể ưu điểm vượt trội so với biện pháp thi công khác, đặc biệt đẩy nhanh tiến độ thi cơng bị ảnh hưởng điều kiện thời tiết Công nghệ nổ mìn ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên, yếu tố tiêu cực nổ mìn không tránh khỏi gây ảnh hưởng đến công trình lân cận, đặc biệt chấn động nổ mìn Ảnh hưởng chấn động nổ mìn kể đến nổ mìn khai thác đá làm rạn nứt nhà dân gần khu vực nổ Nổ mìn thi cơng cơng trình thuỷ điện làm ảnh hưởng tới cơng trình khác, ví dụ nổ mìn cơng trình thuỷ điện Nậm Tng ngày 25/12/2010 gây sạt lở đất, đá vùi lấp tổ máy thuỷ điện Sử Phán (tỉnh Lào Cai) ảnh hưởng tới mơi trường Nổ mìn thi cơng kênh thoát lũ thuộc dự án Dự án Fomosa (tỉnh Hà Tĩnh) gây ảnh hưởng đến hàng trăm hộ dân làm rạn nứt ngơi nhà dân v.v Việc nghiên cứu chấn động nổ mìn cần thiết mang tính cấp bách Nhằm đưa biện pháp ngăn ngừa giảm thiểu ảnh hưởng bất lợi chấn động đến hạng mục cơng trình cơng trình lân cận Mục đích đề tài a) Nghiên cứu chấn động trường hợp nổ mìn khác nhau, từ tìm giải pháp nâng cao hiệu nổ mìn xây dựng thủy lợi – thủy điện ngăn ngừa ảnh hưởng bất lợi chấn động nổ mìn gây ravà áp dụng cụ thể nổ mìn thi cơng cửa vào tuynel dẫn nước vào nhà máy Học viên: Phạm Thế Nam Lớp cao học 16C2 73 ` Chiều cao cột thuốc: L ct = L lk - L lb R R R R R (3-4) R Với: L lb : Chiều dài lấp bua, L lb = 0,84m R R R R L lk : Chiều sâu lỗ khoan, L lk = 3,2m R R R R Thay số tính được: L ct = 3,2 – 0,84 = 2,36m R P R Lượng thuốc cần lỗ khoan tính sau: P Q= Π.d ∆.Lct (3-5) Thay d = 4,2cm, ∆ = 0,07g/cm3 , L ct = 235cm vào cơng thức (3-5) tính P P R R P P được: Q = 0,45Kg + Khoảng cách hai lỗ mìn tạo viền kề nhau: Khoảng cách lớn hai lỗ mìn tạo viền kề xác định theo công thức (2-59), (2-58) (2-57): a v = 3,2.( 6.169 169 + 0,25 ) / = 13,91 45 − 0,25 2.169 + Khoảng cách tương đối tối ưu hai lỗ mìn tạo viền kề là: a = a v – ma = 13,91 – 1,108 = 12,802 R R R R R R Trong đó: m a : Độ xác tính tốn khoảng cách hai lỗ mìn tạo viền kề R R nhau, xác định theo Bảng 3-4 Bảng 3-4: Độ xác tính tốn khoảng cách lỗ mìn viền kề Số lượng mẫu thí nghiệm Trị số m a (tính bán kính lỗ khoan) R R P = 50 P = 100 P = 250 4,0 2,2 2,0 10 3,0 1,7 1,5 20 2,0 1,2 1,0 Học viên: Phạm Thế Nam Lớp cao học 16C2 74 ` Trị tuyệt đối khoảng cách hai lỗ mìn tạo viền kề có xét đến ảnh hưởng nứt nẻ (K n =0,9; K hn =1) là: R R R R A = K n K hn a r k R R R R R R R (3-6) R Thay giá trị vào (3-6), ta tính được: A = 0,9.1.12,802.(10,5/2) ≈ 42 cm + Bán kính thỏi thuốc nổ tạo viền Với: r k = 4,2 cm; ∆ = 0,081g/cm3; δ=1,1g/cm3 R R P P P Thay vào cơng thức (2-60), tính r t = 18mm R R + Tính tốn khoảng cách thỏi thuốc thành phần lỗ mìn Π.rt δ Lk ak = Q R (3-7) R a k : Là tỷ số chiều dài khơng khí/chiều dài thuốc nổ R R Thay số vào ta a k = 0,5 Vậy đoạn nạp thuốc có đoạn R R khơng khí * Khoan phá: + Tính lượng thuốc nổ cho lỗ khoan: Q = q S.L k R R R (3-8) R Trong đó: Q : Lượng tiêu hao thuốc nổ cho gương đào bậc trên, kg S : Diện tích gương đào, S = 43,27 m2 P L k : chiều sâu lỗ khoan, m R R q : Lượng tiêu hao thuốc nổ đơn vị, kg/m3 R R P q = (0,3 f R R s ) c.k.e.Ψ.ω (3-9) f : Độ kiên cố hoá đá f = 10 (theo PROTODJAKONOV) Học viên: Phạm Thế Nam Lớp cao học 16C2 75 ` c : Hệ số xét ảnh hưởng đường kính bao thuốc Với bao thuốc d = 45 ÷ 50mm c =0,9 k : Hệ số xét đến ảnh hưởng chiều sâu lỗ mìn Với lỗ khoan dài 1,5 ÷ 3m đá có độ cứng nhỏ f = 10 k = 0,4 e : Hệ số phụ thuộc vào loại thuốc nổ, với thuốc nổ TNT-AD (lấy tương đương thuốc nổ anomit N07) e = 0,8 Ψ : Hệ số mật độ nạp thuốc với đá có độ cứng nhỏ Ψ = 1,1 ω : Hệ số xét ảnh hưởng vết nứt kiến tạo đá nứt nẻ ω = 0,8 Thay thông số vào (3-9) với S = 43,27m2 được: P q = (0,3 × 0,5 + R R P ) × 0,9 × 0,4 × 0,8 ×1,1× 0,8 = 0,13 kg/m 43,27 P P L k : Chiều sâu lỗ khoan lớn nhất: R R maxL k = R R S 3,14 (3-10) Thay số vào (3-10), tính được: maxL k = R R 43,27 = 3,7 m 3,14 Chọn chiều sâu khoan nổ L k =3,0 m R R Thay thông số vào (3-8) tính được: Q= 0,13.43,27.3,0 = 16,88 kg + Tính số lỗ mìn mặt gương đào bậc trên: - Theo “Kinh nghiệm nổ mìn lỗ nơng”: Số lỗ khoan diện tích gương đào xác định theo theo cơng thức: n=2,7 × f × S (3-11) Thay số được: n=2,7 × 0,5 × 43,27 = 26,41 lỗ Chọn 26 lỗ Học viên: Phạm Thế Nam Lớp cao học 16C2 76 ` - Theo “Quy trình nổ mìn xây dựng thuỷ lợi thuỷ điện”: Khi thi cơng đường hầm, tính tốn bố trí lỗ khoan theo loại sau: Số lỗ khoan nổ tạo rạch: n rạch =2 π R/a R R R (3-12) R Trong đó: R: Bán kính tính từ trụ đào đến miệng lỗ khoan, R= 0,6m a : Khoảng cách lỗ khoan tạo rãnh với đá có f< tra bảng (13R R 1) a =1,2 m R R Thay giá trị vào (3-12), tính được: n rạch = × 3,14 × 0,6 / 1,2 = 3,14 lỗ Chọn lỗ R R Số lỗ khoan đường viền: n v =U/a k R R R (3-13) R Trong đó: U : Chu vi cơng trình đào: U = 25,51 m a k : Lấy 0,7 ÷ 1,0m Chọn a k = 1,0 m R R R R Thay giá trị vào (3-13), tính được: n v = 25,51/1,0 =25,51 lỗ Chọn 26 lỗ R R Tính số lỗ mìn phụ theo công thức sau: np = R R Sd − Sr Sk (3-14) Trong đó: S đ : Mặt cắt cơng trình đào, S d = 43,27 m2 R R R R P S r : Diện tích đáy rạch, S r = 0,8 x 0,8 = 0,64 m2 R R R R P S k : Diện tích gương tầng ứng với lỗ khoan phụ, tra bảng 13-2 (Quy R R trình nổ mìn xây dựng thuỷ lợi thuỷ điện ) với đá có f