BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT ---***--- VŨ ĐÌNH HANH NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ NỔ MÌN NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ GIẢM TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG CHO CÁC MỎ KHAI THÁC
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT -*** -
VŨ ĐÌNH HANH
NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ NỔ MÌN NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ GIẢM TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG CHO CÁC MỎ KHAI THÁC LỘ THIÊN
TỈNH HÀ GIANG
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
HÀ NỘI – 2011
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT -*** -
VŨ ĐÌNH HANH
NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ NỔ MÌN NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ GIẢM TÁC ĐỘNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG CHO CÁC MỎ KHAI THÁC LỘ THIÊN
TỈNH HÀ GIANG
Chuyên nghành : Khai thác mỏ
Mã số : 60.53.05
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Người hướng dẫn khoa học GS.TS Nhữ Văn Bách
HÀ NỘI – 2011
Trang 3Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Hà Nội, ngày 14 tháng 8 năm 2011
Tác giả luận văn
Vũ Đình Hanh
Trang 4Trang phụ bỡa i
Lời cam đoan ii
Mục lục iii
Lời núi đầu 1 Chương 1: Hiện trạng công tác khai thác vμ nổ mìn ở một số mỏ 4
khai thác lộ thiên trên địa bμn tỉnh Hμ Giang
1.1 Mở đầu 1.2 Khoáng sản kim loại 4
1.3 Hiện trạng về công nghệ khai thác vμ nổ mìn tại một số mỏ trên địa bμn tỉnh Hμ Giang 7 1.4 Đánh giá chung 16
Chương 2: Nghiên cứu phương pháp nổ mìn có thể áp dụng 18 cho một số mỏ khai thác lộ thiên trên địa bμn tỉnh hμ giang 2.1 Bản chất vật lý của quá trình phá vỡ đất đá bằng nổ mìn 18 2.2 Quá trình phá vỡ đất đá mềm yếu 18
2.3 Quá trình phá vỡ đất đá đồng nhất 19
2.4 Cơ cấu phá vỡ đất đá cứng nứt nẻ 22
2.5 Khái niệm chung về công nghệ nổ mìn 24
Chương 3: nghiên cứu vμ hoμn thiện công nghệ nổ mìn nhằm 34
nâng cao hiệu quả vμ giảm tác động đến môi trường cho các mỏ khai thác lộ thiên ở tỉnh Hμ Giang 3.1 Đánh giá hiệu quả công tác nổ mìn 34
3.2 Đánh giá những tác động có hại đến môi trường khi nổ mìn 37
3.3 Yêu cầu của công tác nổ mìn tại một số mỏ lộ thiên trên địa 50 bμn tỉnh Hμ Giang 3.4 Hoμn thiện công nghệ nổ mìn nhằm nâng cao hiệu quảvμ giảm 50 tác động đến môi trường cho các mỏ khai thác lộ thiên ở tỉnh Hμ Giang Kết luận 78
Tài liệu tham khảo 80
Trang 51 1.1 C¸c th«ng sè HTKT má s¾t ThÇu Lòng - Gi¸p Trung 8
2 1.2 Tổng hợp các thông số nổ mìn mỏ đang áp dụng 9
3 1.3 Tọa độ các điểm mốc khu mỏ 10
4 1.4 Đặc điểm các thân quặng mỏ Tùng Bá 11
Trang 6STT HÌNH VẼ NỘI DUNG TRANG
ĐỒ THỊ
1 2.1 Trình tự phá vỡ đất đá mềm bằng nổ mìn 19
2 2.2 Sơ đồ phá vỡ đất đá cứng đồng nhất xung quanh lượng thuốc 20
3 2.3 Sơ đồ tạo thành nứt nẻ hướng tâm và nứt nẻ vòng xung quanh lượng thuốc 21
4 2.4 Sơ đồ tạo thành sóng phản xạ ở bề mặt tự do 21
5 2.5 Sơ đồ giảm trị số ứng suất khi nổ lượng thuốc 22
nổ trong đất đá nứt nẻ 6 2.6 Sơ đồ phản xạ sóng chấn động từ bề mặt tự do 23
7 2.7 Sự thay đổi vùng đập vỡ có điều khiển khi thay đổi kết cấu lượng thuốc 28
8 2.8 Kết cấu lượng thuốc nổ 28
9 2.9 Sơ đồ tác dụng nhóm các lượng thuốc trong môi trường khi nổ mìn vi sai 29
10 2.10 Ảnh hưởng số mặt tự do tới thể tích đất đá 30
11 2.11 Sơ đồ giao thoa sóng ứng suất khi nổ mìn vi sai 31
12 2.12 Sơ đồ tạo thành mặt tự do phụ khi nổ mìn vi sai 31
13 3.1 Ảnh hưởng của công tác nổ mìn đến môi trường xung quanh 37
14 3.2 Quỹ đạo chuyển động nền đất trong mặt phẳng nằm ngang khi lượng thuốc nổ 4400 kg ở khoảng cách 560m 40
15 3.3 Thời gian tác dụng nổ tỷ lệ nghịch với áp lực nổ
trong lỗ khoan 54
Trang 718 3.6 Sơ đồ hai nhánh lệch pha về thời gian vi sai 61
19 3.7 Sơ đồ quan hệ giữa hướng khởi nổ với tác dụng
chấn động 62
20 3.8 Sơ đồ đấu ghép mạng nổ khi sử dụng dây nổ với
kíp điện vi sai 62
21 3.9 Sự phụ thuộc của tỷ lệ đá quá cỡ vào chỉ tiêu thuốc
nổ khi đường kính lượng thuốc nổ khác nhau 63
22 3.10 Biểu đồ xác định chỉ tiêu thuốc nổ q 64
dụng mạng lỗ khoan khác nhau
23 3.11 Sự phụ thuộc của hằng số đập vỡ vào độ bên nén
đất đá vào khoảng cách trung bình giữa các khe nứt 65
24 3.12 Quy luật phân bố cỡ hạt 66
Trang 8
LỜI NểI ĐẦU
Đối với mỗi quốc gia, khai thác khoáng sản luôn lμ một ngμnh công nghiệp quan trọng bởi nó cung cấp nguyên, nhiên liệu cho các ngμnh công nghiệp khác trong nền kinh tế quốc dân
Trên lãnh thổ nước ta có rất nhiều loại kháng sản quan trọng vμ giμu tiềm năng như: dầu khí, than đá, vật liệu xây dựng (VLXD), sắt, bauxit, apatit, cromit, nước Về mặt trữ lượng tμi nguyên của Việt Nam còn nhỏ bé so với thế giới như trữ lượng than chỉ bằng 1,3% so với thế giới, trữ lượng sắt chỉ bằng 5,5% so với
Mỹ, 2,1% của Trung Quốc, trữ lượng thiếc chỉ bằng 2,4 % của Indonexia; 1,4% của Malaixia; 0,6% của Trung Quốc Tuy nhiên Việt nam có những khoáng sản
có trữ lượng được xếp vμo top 10 của thế giới như Bauxit, Apatit, Cromit vμ có những khoáng sản thuộc loaị lớn như Than, Imenhít, VLXD, cát công nghiệp
Hμ Giang nằm trong khu vực địa bμn vùng núi cao phía Bắc lãnh thổ Việt Nam, lμ một tỉnh rất giμu tiềm năng để phát triển ngμnh khai thác mỏ khoáng sản Hiện trên địa bμn tỉnh có tới hơn 55 khu vực mỏ do các công ty tư nhân hoạt
động trong lĩnh vực khai thác mỏ với qui mô vừa vμ nhỏ Do qui mô khai thác nhỏ cũng như chưa được chú trọng đầu tư thiết bị khai thác tiên tiến đồng bộ nên hầu hết các mỏ nμy sử dụng dây truyền khai thác còn ở mức khiêm tốn, lạc hầu
Điều kiện khai thác chưa thật sự đảm bảo, hiện tượng mất an toμn thường xuyên xảy ra, chi phí sản suất không hợp lý dẫn đến giá thμnh sản suất còn cao
Công tác nghiên khoa học cứu nhằm tăng hiệu quả cho sản suất cũng chưa được quan tâm đúng mức Trong đó khâu nổ mìn trên các mỏ khai thác khoáng sản lμ khâu đầu tiên vμ quan trọng nhất trong dây truyền công nghệ khai thác, có tính chất quyết định đến sản lượng, năng suất vμ an toμn trong khai thác Việc sử dụng thuốc nổ, liều lượng, loại thuốc nổ phương pháp nổ mỗi mỏ đều chỉ theo kinh nghiệm, thiếu khoa học, dẫn đến lãng phí vμ gây mất an toμn, chất lượng nổ mìn không cao, tỷ lệ đá phải sử lý lần hai quá mức cho phép Chính vì
vậy tác giả đã lựa chọn đề tμi: “Nghiên cứu hoμn thiện công nghệ nổ mìn
nhằm nâng cao hiệu quả vμ giảm thiểu tác động đến môi trường cho các mỏ khai thác lộ thiên ở tỉnh Hμ Giang”
Trang 91 Tính cấp thiết của đề tμi:
Hiện nay, trên địa bμn tỉnh Hμ Giang có hơn 55 mỏ lộ thiên đang hoạt
động trong đó phần lớn các mỏ đều sử dụng thuốc nổ để phá vỡ đất đá
Công nghệ lμm tơi đất đá đang được sử dụng tại các mỏ nμy chủ yếu lμ khoan – nổ mìn Thuốc nổ vμ phương tiện nổ sử dụng chủ yếu lμ ANFO thường, ANFO chịu nước, AD 1, phương tiện nổ điện vμ phi điện do các công ty Hóa chất mỏ vμ Công nghiệp Quốc phòng cung cấp
Do khai thác với sản lượng lớn, khối lượng bóc hμng năm lớn, cho nên những tác hại của nổ mìn, đặc biệt lμ ảnh hưởng tới môi trường trong quá trình khai thác ngμy cμng gia tăng vμ đang lμ một vấn đề có tính cấp thiết, đang được tỉnh vμ các đơn vị khai thác quan tâm, nghiên cứu
Chính vì vậy, đề tμi: “Nghiên cứu hoμn thiện công nghệ nổ mìn nhằm
nâng cao hiệu quả vμ giảm thiểu tác động đến môi trường cho các mỏ khai thác lộ thiên ở tỉnh Hμ Giang” mμ tác giả luận văn lựa chọn vμ thực hiện lμ
nhiệm vụ cấp thiết, có tính khoa học vμ thực tiễn cao
Kết quả nghiên cứu của luận văn góp phần nâng cao hiệu quả khai thác vμ giảm tác động đến môi trường trong quá trình khai thác tạo bước phát triển bền vững cho công tác khai thác lộ thiên tại các mỏ trên địa bμn tỉnh Hμ Giang
2 Đối tượng vμ phạm vi nghiên cứu của đề tμi:
- Đối tượng nghiên cứu lμ các mỏ khai thác lộ thiên trên địa bμn tỉnh Hμ Giang
- Phạm vi nghiên cứu lμ nghiên cứu vμ hoμn thiện công nghệ nổ mìn nhằm nâng cao hiệu quả vμ giảm tác động đến môi trường cho các mỏ khai thác lộ thiên ở tỉnh Hμ Giang
3 Mục đích của đề tμi:
Nghiên cứu đưa ra các biện pháp nhằm hoμn thiện công nghệ nổ mìn nhằm nâng cao hiệu quả vμ giảm tác động đến môi trường cho các mỏ khai thác
lộ thiên ở tỉnh Hμ Giang
4 Nhiệm vụ vμ nội dung nghiên cứu của đề tμi:
- Phân tích đánh giá hiện trạng công tác nổ mìn tại một số mỏ khai thác lộ thiên trên địa bμn tỉnh Hμ Giang
- Nghiên cứu các biện pháp để hoμn thiện công nghệ nổ mìn để nâng cao hiệu quả vμ giảm tác động đến môi trường khi khai thác tại các mỏ lô thiên
Trang 10- Tính toán áp dụng đối với điều kiện cụ thể của một số mỏ khai thác lộ thiên trên địa bμn tỉnh Hμ Giang
5 Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp thống kê, phân tích, đánh giá, tổng hợp các số liệu trên cơ
sở thực tế công nghệ nổ mìn hiện nay đang sử dụng
- Phương pháp chuyên gia: tham khảo ý kiến của các chuyên gia trong lĩnh vực nổ mìn khai thác mỏ
6 ý nghĩa khoa học vμ thực tiễn:
- Góp phần bổ sung vμo cơ sở khoa học của việc xác định các biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả nổ mìn trong khai thác lộ thiên phục vụ cho sự phát triển bền vững của ngμnh công nghiệp mỏ;
- Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng cho các mỏ khai thác lộ thiên ở tỉnh
Hμ Giang vμ những mỏ có điều kiện tương tự
7 Cấu trỳc của luận văn
Luận văn gồm phần mở đầu, 03 chương, phần kết luận, được trình bμy trong 81 trang
Luận văn được hoμn thμnh với sự cố gắng nỗ lực của bản thân, sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của GS.TS Nhữ Văn Bách cùng các thầy trong bộ môn Khai thác mỏ lộ thiên vμ các bạn đồng nghiệp
Tác giả xin chân thμnh cảm ơn thầy hướng dẫn, các thầy trong Bộ môn KTLT, các bạn đồng nghiệp về sự giúp đỡ quý báu nμy
Trang 11Chương 1 Hiện trạng công tác khai thác vμ nổ mìn ở một số mỏ khai thác lộ thiên trên địa bμn tỉnh Hμ Giang
- Vùng núi đất phía tây gồm các huyện Hoμng Su Phì, Xín Mần lμ một phần của cao nguyên Bắc Hμ Địa hình nơi đây phổ biến dạng vòm hoặc nửa vòm, có sự chia cắt mạnh, nhiều nếp gấp Nơi đây có đỉnh Tây Côn Lĩnh cao 2.500 vμ được mệnh danh lμ nóc nhμ thứ hai của Đông Dương
- Vùng núi thấp bao gồm địa bμn các huyện thị còn lại, khu vực nμy có những dải rừng giμ xen kẽ những thung thũng tương đối bằng phẳng nằm dọc theo sông suối, đây lμ vùng đất đai phì nhiêu thích ứng với nhiều loại cây trồng
cho phát triển kinh tế, đồng thời đây cũng lμ những vựa lúa lớn của tỉnh
Hiện nay, trên địa bμn tỉnh Hμ Giang có cú 215 mỏ và điểm khoỏng sản, bao gồm kim loại, khụng kim loại và nước khoỏng, bao gồm:
1.2 Khoáng sản kim loại
Trang 12Quặng mangan
Kết quả đo vẽ bản đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000 vμ nhân dân phát hiện đã ghi nhận trong tỉnh có 26 điểm quặng mangan Quặng mangan gồm 2 loại: quặng gốc vμ eluvi-deluvi, có liên quan chủ yếu đến tập đá trầm tích lục nguyên: đá phiến sét, sét-silic, đá phiến silic Các thân quặng gốc có dạng vỉa, thấu kính, chuỗi thấu kính, dμi 20-1400m, dμy 0,35-4,00m, độ sâu chưa khống chế, thμnh phần khoáng vật psilomelan, pyroluzit, lẫn oxyt sắt, hμm lượng Mn: 10,01-31,30% (cá biệt 55,80%); Fe: 1,53-25,00% Quặng eluvi-deluvi phân bố thμnh dải dọc theo các đới quặng gốc mangan, chủ yếu ở điểm quặng Đồng Tâm, Ngọc Linh, Bản Xám với mật độ khá dμy, kích thước lớn, có chất lượng tốt Hiện nay tại các điểm quặng Đồng Tâm, Ngọc Linh đang được khai thác tận thu chủ yếu quặng eluvi-deluvi
Tổng trữ lượng vμ TNDB: C2 +P1+P2= 1.317.157 tấn quặng
Quặng antimon
Tỉnh Hμ Giang phát hiện được 9 mỏ vμ điểm quặng antimon, bao gồm huyện Yên Minh 3 điểm (Mậu Duệ, Bó Mới, Co Noong); huyện Đồng Văn 1
điểm (Lũng Thầu); huyện Mèo Vạc 4 điểm (Bản Trang, Phe Thán, Lèo Chá Phìn,
Pó Ma); huyện Bắc Mê 1 điểm ( Bản Đáy), trong đó mỏ Mậu Duệ thuộc mỏ lớn Các thân quặng antimon phân bố dọc theo các đứt gãy, khe nứt, xuyên cắt trong tập đá trầm tích lục nguyên xen carbonat vμ đá vôi, dμi 20 - 1300m, dμy 0,20m - 9,24m, thμnh phần khoáng vật chủ yếu antimonit, ít valentinit, hμm lượng đạt loại quặng giμu (Sb=1,76 - 55,96%)
Tổng trữ lượng vμ TNDB: cấp C1+C2 +P2= 42.962 tấn Sb (cấp C1+C2 = 37.292 tấn Sb)
Quặng chì-kẽm
Trên lãnh thổ tỉnh Hμ Giang đã ghi nhận 15 mỏ vμ điểm quặng (trong đó
có 2 mỏ nhỏ), chủ yếu phân bố trong 3 vùng quặng: Minh Sơn (6 điểm); Ao Xanh-Khuổi Bốc (2 điểm); Cao Mã Pờ - Tμ Ván (4 điểm) vμ 3 điểm độc lập (xem hình vẽ số 6) Các thân quặng chì-kẽm có liên quan đến đứt gãy hoặc đới dập vỡ, xuyên cắt trong tập đá vôi, đá vôi dolomit (13 điểm), trong đá trầm tích lục nguyên xen phun trμo (1 điểm), đá granit (1 điểm), chủ yếu có dạng mạch, mạng mạch, đôi khi dạng giả tầng, thμnh phần khoáng vật quặng gồm galenit,
Trang 13sphalerit, rất ít oxyt chì-kẽm, hμm lượng Pb+Zn đạt loại giμu 35,02%)
(Pb+Zn=7,03-Tổng trữ lượng vμ TNDB: cấp C2+P1+P2=600.525 tấn Pb+Zn (cấp C2=152.692 tấn Pb+Zn)
Quặng thiếc-volfram
Kết quả thăm dò quặng sa khoáng thiếc – vonfram tại khu vực Tả Phìn vμ Tả Cô Ván, xã Hố Quáng Phìn, huyện Đồng Văn, tỉnh Hμ Giang đã xác định
được 2 thân quặng deluvi – eluvi vμ 4 mạch biểu hiện quặng gốc
Trữ lượng thân quặng 2 tính được lμ 235,5 tấn casiterit, 2,4 tấn vonframit cấp 122
Quặng thuỷ ngân
Trong tỉnh duy nhất phát hiện được 1 điểm thuỷ ngân Khao Lộc Điểm quặng người Pháp khai thác vμ được khảo sát trong đo vẽ bản đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000 Quặng có dạng mạch, mạng mạch xuyên cắt trong tập đá vôi, thμnh phần khoáng vật cinabas, pyrit, galenit Kết quả mẫu giã đãi cinabas: 11,46-2823 g/t
Quặng nhôm: (Gồm bauxit vμ alit)
Các mỏ vμ điểm quặng nhôm tập trung phân bố tại 4 huyện vùng cao:
Đồng Văn, Mèo Vạc, Yên Minh, Quản Bạ Kết quả đo vẽ 1: 50.000 vμ tìm kiếm
Đoμn 17 đã xác nhận có 23 mỏ vμ điểm quặng, bao gồm 16 điểm bauxit, 7 điểm alit, trong đó có 4 mỏ bauxit Các thân quặng nhôm phân bố tại ranh giới của 2
hệ tầng Bắc Sơn vμ Đồng Đăng, có dạng vỉa, dạng thấu kính Quặng tồn tại dưới
2 dạng: quặng gốc vμ quặng lăn Các thân quặng gốc có chiều dμi vμ chiều dμy không ổn định (phụ thuộc vμo mức độ bóc mòn), các thân quặng sa khoáng thường được phân bố gần nơi quặng gốc hoặc tại các thung lũng đá vôi
Về chất lượng quặng nhôm, thμnh phần khoáng vật chủ yếu diaspo, bơnit, gipxit, hμm lượng quặng bauxit: Al2O3 = 28,3-63,29%; Msi = 2,7-21,7; quặng alit: Al2O3 = 14,70-55,18%; Msi < 2,6
Tổng trữ lượng vμ TNDB: C1+C2+P1=64,168 triệu tấn quặng (C1+C2=16 triệu tấn quặng
Quặng đồng
Trong tỉnh duy nhất phát hiện được 1 điểm quặng đồng Vằn Chải dạng các mạch thạch anh sulfur phân bố trong đá vôi hệ tầng Đồng Đăng, dọc đứt gãy
Trang 14Vằn Chải - Nμ Hảo Thμnh phần khoáng vật gồm calcopyrit, covelin, malachit, azurit, tetredrit, tennantit, pyrit, mennicovit Điểm quặng được phát hiện trong đo
vẽ bản đồ địa chất tỷ lệ 1:50.000
Quặng vμng
Theo tμi liệu khảo sát thực địa của Liên đoμn địa chất Đông Bắc năm 2009
vμ các điểm vμng do nhân dân phát hiện thì trên địa bμn tỉnh Hμ Giang có 75 mỏ,
điểm quặng vμng vμ arsen chứa thiếc-vμng Chúng phân bố chủ yếu ở huyện Bắc Quang, Vị Xuyên, Quang Bình, ngoμi ra còn phân bố rải rác ở huyện Yên Minh, huyện Mèo Vạc, huyện Bắc Mê
1.3 Hiện trạng về công nghệ khai thác vμ nổ mìn tại một số mỏ trên địa bμn tỉnh Hμ Giang
1.3.1 Mỏ sắt Thầu Lũng-Giáp Trung
a Đặc điểm tự nhiên
Mỏ sắt Thầu Lũng - Giáp Trung thuộc địa phận xã Giáp Trung, huyện Bắc Mê, tỉnh Hμ Giang, có diện tích 180ha Địa hình khu vực Thầu Lũng có độ cao tuyệt đối từ 400-1000m chia cắt rất phức tạp, tạo sườn núi dốc Đá vôi thường tạo thμnh những vách cao dựng đứng, đá lục nguyên tạo nên nền địa hình mềm mại hơn, quặng nằm ở độ cao từ 500 đến 950m gần ranh giới đá vôi với trầm tích lục nguyên
Tại cỏc sườn nỳi trong mỏ chủ yếu rừng tỏi sinh và nương róy, trờn nỳi cao cũn tồn tại ớt rừng cõy gỗ, tre, nứa, vầu nhưng hiện tại đang bị dõn khai thỏc, làm nhà Diện tớch thõn quặng là sườn nỳi bỏ hoang, một số ít diện tích lμ nương róy và rừng sản xuất
b Đặc điểm địa chất mỏ
Vùng mỏ Thầu Lũng lμ một phần của dải quặng Tòng Bá - Bắc Mê, nằm trong đới sinh khoáng Phú Ngữ - Tòng Bá với đặc điểm địa tầng, magma, cấu tạo, kiến tạo khá phức tạp
Trên diện khai thác mỏ sắt Thầu Lũng xã Giáp Trung, huyện Bắc Mê, tỉnh
Hμ Giang có mặt các hệ tầng kéo dμi từ Devon đến Cambri
Trong diện tích vùng khai thác lộ ra 2 điểm nhỏ nằm ở gần trung tâm Khối magma nμy xuyên cắt các đá của hệ tầng Tòng Bá, thuộc phức hệ Cao Bằng Thμnh phần thạch học chủ yếu Gabro olivin, gabro diabas, congadiabas
Trang 15Về cấu trúc địa chất các tập đá của khu mỏ có thế nằm đơn nghiêng cắm
chủ yếu vμ phía Nam - Tây Nam Một phần phía Tây bắc cắm về phía Tây Bắc
Các tập đá có góc dốc 20-450
Trong khu vực thăm dò xác định được 2 hệ thống đứt gãy:
- Hệ thống đứt gãy á kinh tuyến phân bố dọc suối Nậm Nưng
- Hệ thống đứt gãy phương Đông Bắc - Tây Nam
Theo các tμi liệu khảo sát, thăm dò kết hợp với một số tμi liệu cũ, trong
khu mỏ sắt Thầu Lũng gồm có 5 thân quặng vμ 2 thấu kính quặng kéo dμi không
liên tục thμnh dải theo phương Tây Bắc - Đông Nam vμ Đông Bắc - Tây Nam
Các thân quặng có dạng vỉa, giả vỉa phân bố trong tập đá trầm tích lục
nguyên xen carbonat của tập 1 hệ tầng Tòng Bá - phân hệ tầng trên
c Hiện trạng về công nghệ khai thác vμ nổ mìn
Mỏ sắt Thầu Lũng - Giáp Trung có sản lượng khai thác hμng năm của
mỏ: Khai thác quặng nguyên khai Q = 300.000 T/năm, tương đương V=
80.000m3/năm, đất bóc 248.800 m3/năm
Công nghệ khai thác được sử dụng ở mỏ lμ HTKT xuống sâu, lớp dốc
nghiêng, một bờ công tác, khấu quặng chọn lọc bằng khoan nổ mìn kết hợp với
bóc đất đá, xúc bốc vận tải trực tiếp có các thông số cơ bản trình bμy ở bảng 1
như sau:
Bảng 1.1: Các thông số HTKT mỏ sắt Thầu Lũng - Giáp Trung
3 Chiều rộng mặt tầng công tác tối thiểu Bmin m 20
4 Chiều rộng mặt tầng kết thúc khai thác bkt m 3
6 Góc nghiêng sườn tầng khi kết thúc khai thác αkt độ 60
9 Chiều rộng dải khấu (nổ mìn lỗ khoan lớn) A m 15-20
Trang 16Công tác khoan nổ mìn tại mỏ bao gồm:
- Khoan nổ mìn bóc đất đá (theo báo cáo địa chất đất đá cần nổ mìn chiếm
khoảng 70% sản lượng đá bóc, còn 30% lμ đất đá phong hóa)
- Khoan nổ mìn lμm tơi quặng (theo báo cáo địa chất quặng cần nổ mìn
chiếm khoảng 60% quặng nguyên khai, còn 40% lμ quặng phong hóa)
- Hiện tại Mỏ dùng máy khoan thuỷ lực có đường kính mũi khoan Φ =
75-105mm Sử dụng sơ đồ mạng lỗ khoan ô vuông hoặc tam giác đều
- Phương pháp vμ phương tiện nổ mỏ đang áp dụng lμ phương pháp nổ mìn
vi sai với phương tiện nổ lμ kíp điện hoặc phương tiện nổ phi điện Thuốc nổ sử
dụng lμ ANFO, AD-1 vμ thuốc nổ nhũ tương Các thông số khoan nổ mìn mỏ
đang áp dụng giới thiệu ở bảng 1.2
Bảng 1.2: Tổng hợp các thông số khoan nổ mìn mỏ đang áp dụng
7 Khoảng cách giữa các lỗ khoan a m 4,0 3,0
8 Khoảng cách giữa 2 hμng lỗ khoan b m 4,0 3,0
11 Khối lượng thuốc nổ trong 1 đợt nổ Q1đ kg 647 205
12 Khối lượng thuốc nổ trong năm Qn kg 63.364 20.160
13 Chiều dμi cột thuốc trong lỗ khoan Lt m 6,0 2,0
14 Chiều dμi cột bua trong lỗ khoan lb m 5,0 3,5
15 Suất phá đá, quặng của 1 m lỗ khoan S m3/m 14,55 8,0
Trang 171.3.2 Mỏ sắt Tùng Bá
a Đặc điểm tự nhiên
Khu vực mỏ sắt Tùng Bá, thuộc địa bμn các xã Thuận Hoμ, Tùng Bá, huyện Vị Xuyên vμ xã Thái An, huyện Quảng Bạ, tỉnh Hμ Giang, cách thị xã Hμ Giang khoảng 18 km về phía Đông Bắc
Khu vực mỏ gồm 02 khu nhỏ khu Trung Vinh vμ khu Hạ Vinh có diện tích 1,21 km2, được giới hạn bởi các điểm khép góc khu Trung Vinh (1,2,3,4,5)
vμ khu Hạ Vinh (6,7,8,9,10,11,12) có toạ độ hệ VN2000 (theo giấy phép thăm
dò số 149/GP - BTNMT ngμy 25 tháng 01 năm 2008 của Bộ Tμi nguyên vμ Môi trường) ở bảng 1.3
Bảng 1.3 Toạ độ các điểm mốc khu mỏ
Hệ toạ độ VN 2000 (kinh tuyến
105, mỳi chiếu 60) Tờn khu Điểm khộp gúc
Diện tớch (km2)
b Đặc điểm địa chất mỏ
Thân quặng I chỉ có ở khu Hạ Vinh Thân quặng I phân bố ở phần thấp mặt cắt của tập chứa quặng, xen trong đá phiến thạch anh - mica Thân quặng có dạng thấu kính kéo dμi 720m theo phương Tây Bắc - Đông Nam, hướng cắm về
Đông Bắc với góc dốc từ 200 - 500
Thân quặng II nằm trên thân quặng I từ 60 - 90m, quặng nằm xen chỉnh
Trang 18hợp trong đá phiến thạch anh - mica Phần trên mặt thân quặng II gồm các thấu kính có kích thước khác nhau phân bố kéo dμi theo phương Tây Bắc - Đông Nam khoảng 2,2 km từ tuyến 1 đến tuyến 24
Đặc điểm các thân quặng mỏ sắt Tùng Bá trình bμy ở bảng 1.4
Thế nằm thõn quặng
Hàm lượng Fe Trung bỡnh ( %)
Chiều dày trung bỡnh ( m)
kế tính theo quặng khai thác lμ 250.000 tấn/năm
Mỏ sắt Tùng Bá có 3 khai trường: Khai trường Bắc Hạ Vinh; khai trường Nam Hạ Vinh vμ khai trường Trung Vinh Các khai trường đều có chung đặc
điểm địa hình đồi núi cao, chiều dầy thân quặng nhỏ, hệ số bóc đá lớn Để giảm khối lượng đất bóc, tăng hiệu quả kinh tế công nghệ khai thác được sử dụng ở
mỏ lμ hệ thống khai thác khấu theo lớp đứng, trên bờ mỏ chia thμnh nhiều nhóm tầng, có các thông số cơ bản trình bμy ở bảng 1.5
Trang 195 Chiều rộng dải khấu A ,, 12ữ13
Đất đá vμ quặng mỏ Tùng Bá thuộc loại khó nổ đến rất khó nổ, với fTB đá =
8 ữ 10, fTB quặng = 12, mỏ sử dụng máy khoan thuỷ lực đập đỉnh với đường kính lỗ khoan d = 102 mm Mỏ sử dụng phương pháp nổ mìn vi sai với các phương tiện
nổ kíp điện vi sai, kíp phi điện vμ thuốc nổ trong nước sản xuất như Anfo (thường) cho lỗ khoan khô vμ EE-31, NT-13 trong các lỗ khoan có nước
1.3.3 Mỏ đá vôi Ngọc Đường - Công ty xi măng Hμ Giang
a Đặc điểm tự nhiên
Mỏ đá vôi Ngọc Đường - Phường Ngọc Hμ - Thị xã Hμ giang cách thị xã
Hμ Giang khoảng 4 km trên đường Hμ Giang - Bắc Mê, cách quốc lộ 34 khoảng
700 m về hướng Đông Nam, cú toạ độ hệ VN2000 trình bμy ở bảng sau:
b Đặc điểm địa chất mỏ
- Địa tầng: đá vôi mμu xám sáng, xám xi măng đến xám tro Đa phần lμ mμu xám xi măng, hiếm hoi lμ mμu trắng đục phớt hồng
Phần lớn đá vôi bị tái kết tinh nhẹ, hạt mịn kết cấu bền chắc, rắn, dòn, phân lớp dμy, không sủi bọt khi nhỏ a xít HCl vμ HNO3 pha loãng dưới 4% còn nồng độ a xít trên 5% đá vôi đều sủi bọt tốt
Trang 20Thế nằm đá vôi trên phạm vi khống chế tương đối ổn định, chỉ dao động trong khoảng 40o - 60o, 32o- 50o, trung bình: 45o - 60o
Đặc tính của tầng nguyên liệu:
Tầng nguyên liệu rất dμy, thế nằm đá vôi tương đối ổn định, kéo dμi theo phương Tây bắc - Đông Nam
Cấu tạo: Lớp dμy hướng cắm rõ rμng nhìn chung nham thạch có đường phương ít biến đổi
Trong tầng nguyên liệu có xen nhiều lớp vμ thấu kính đôlômít, có thấu kính dμy tới 60 mét Cứ một lớp đá vôi có phẩm chất tốt lại xen một lớp đá vôi bị
đôlômít hoá giầu MgO
Tính chất hoá học:
Phạm vi đá vôi có phẩm chất kém, thμnh phần CaO chiếm từ 45 - 49%, hμm lượng MgO không cao lắm Song vượt ra ngoμi chỉ tiêu yêu cầu sử dụng để sản xuất Xi măng trung bình MgO chiếm 3 - 5% vμ có khi đến trên 10%
Qua kết quả phân tích mẫu đá cho biết:
+ Thể trạng trung bình của đá vôi: 2,72 t/m3
+ Tỷ trọng trung bình của đá vôi: 2,77 t/m3
+ Độ ẩm trung bình của đá vôi: 0,244 %
+ Độ rỗng trung bình của đá vôi: 0,16 %
c Hiện trạng về công nghệ khai thác vμ nổ mìn
Mỏ đá vôi Ngọc Đường khai thác dùng lμm nguyên liệu phục vụ cho sản xuất xi măng vμ cung cấp đá cho các đơn vị thi công xây dựng, giao thông của
địa phương với sản lượng hμng năm của mỏ lμ 450.000 m3/năm
Công nghệ khai thác được sử dụng ở mỏ lμ hệ thống khai thác khấu theo lớp đứng cắt tầng nhỏ chuyển tải bằng nổ mìn
Với hệ thống khai thác khấu theo lớp đứng cắt tầng nhỏ, thiết bị khai thác
lμ búa khoan YO - 18 có đường kính mũi khoan d = 36mm, sử dụng phương pháp nổ mìn tập trung tức thời với phương tiện nổ lμ kíp điện có tác dụng nổ tức thời hoặc dây nổ Trong bảng 1.6 trình bμy các thông số khoan nổ mìn mỏ dang
áp dụng
Trang 21Bảng 1.6: Tổng hợp các thông số khoan nổ mìn mỏ đang áp dụng
13 L−ợng thuốc nổ trong 1 lỗ khoan Q Kg 1,1
14 Số lỗ khoan trong một đợt nổ n lỗ 10-13
1.3.4 Mỏ quặng sắt Sμng Thần
a Đặc điểm tự nhiên
Mỏ sắt Sμng Thần thuộc địa bμn xã Minh Sơn, huyện Bắc Mê, tỉnh Hμ
Giang, có diện tích 1,0 km2, gồm hai khu đ−ợc giới hạn bởi các điểm khép góc
khu A (1, 2, 3, 4); khu B (5, 6, 7, 8) có toạ độ hệ VN2000 nh− sau:
Bảng 1.7: Tọa độ vịa trí khu mỏ
Hệ toạ độ VN 2000 (kinh tuyến 105,
múi chiếu 60) Tên
Khu
Điểm khép góc
Diện tích (km2)
Trang 22b Đặc điểm địa chất mỏ
Khu mỏ có độ cao từ 900 ữ 1255m, thuộc địa hình núi cao, địa hình cao dần từ phía tây nam (900m) lên phía đông bắc khu mỏ (1255m thượng nguồn suối Lũng Vầy) Bề mặt địa hình bị phân cắt rất phức tạp bởi hai nhánh của suối Lũng Vầy có phương Tây Bắc – Đông Nam vμ hệ thống các khe suối nhỏ phương Đông Bắc – Tây Nam hình thμnh nhiều sườn dốc, vách dựng đứng Cũng chính mức độ phân cắt sâu của địa hình lμm xuất lộ vỉa quặng sắt của mỏ Sμng Thần dọc 2 nhánh của suối Lũng Vầy
Quặng sắt mỏ Sμng Thần phân bố ở trong cấu trúc các nếp lõm, trong đó thân quặng 1 có qui mô lớn với trữ lượng 30,84 triệu tấn chiếm 96% trữ lượng toμn mỏ Quặng bị phong hóa mạnh khá mềm bở, mμu xám, xám nâu, nâu đỏ Cấu tạo phân dải, sự phân bố các nguyên tố trong quặng rất đồng đều theo chiều sâu vμ theo phương kéo dμi
Quặng sắt mỏ Sμng Thần có thể trọng vμ hμm lượng sắt của các thân quặng gốc lμ:
* Thân quặng 1: Thể trọng: 3,04 tấn/m3
Hμm lượng sắt trung bình: TFe = 44,01%;
* Thân quặng 4:
Thể trọng: 3,18 T/m3 Hμm lượng sắt trung bình: TFe = 42,80%
c Hiện trạng về công nghệ khai thác vμ nổ mìn
Với công suất mỏ theo quặng nguyên khai: 740.648 tấn/năm vμ đặc điểm hiện trạng thân quặng 1 + 2, mỏ áp dụng hệ thống khai thác khấu theo lớp nghiêng, trên bờ mỏ có 1 nhóm tầng hoạt động, có các thông số cơ bản trình bμy
Trang 23Đối với quặng sắt của mỏ Sμng Thần có f = 8 ữ10, mỏ sử dụng máy khoan
thủy lực có đường kính lỗ khoan dLK = 102mm Thuốc nổ sử dụng loại thuốc nổ
trong nước sản xuất như Anfo (thường) cho lỗ khoan khô vμ nhũ tương đối với lỗ
khoan có nước, phương tiện nổ lμ kíp điện vi sai hoặc kíp vi sai phi điện Các
thông số nổ mìn mỏ đang áp dụng giới thiệu ở bảng 1.8
1.4 Đánh giá chung
Trong những năm gần đây để đáp ứng kịp với nhu cầu cung phát triển của
xã hội vμ các tỉnh trung du miền núi phía Bắc nói chung, ở tỉnh Hμ Giang nói
riêng, ngμnh khai thác mỏ đã có những bước phát triển đáng kể Tỉnh Hμ Giang
với địa hình đồi núi, việc khai thác khoáng sản, thi công các công trình giao
Trang 24thông, xây dựng, thuỷ lợi, đều phải sử dụng đến vật liệu nổ công nghiệp Qua tổng kết vμ đánh giá thực trạng khai thác vμ khoan nổ mìn một số mỏ khai thác
lộ thiên trên địa bμn tỉnh Hμ Giang có một số nhận xét như sau:
+ Hiện nay công tác khai thác tại mộ số mỏ lộ thiên trên địa bμn tỉnh Hμ Giang có qui mô khai thác nhỏ, thiết bị khai thác chưa đồng bộ, năng suất thấp,
dễ gây mất an toμn trong sản suất
+ Phương pháp nổ mìn đơn giản, việc tính toán các thông số nổ mìn vμ sử dụng vật liệu nổ chưa được chú ý nên còn gây lãng phí vμ chất lượng nổ mìn không cao
+ Qui trình thực hiện thi công khoan, nổ mìn vμ tính toán khoảng cách an toμn chưa được coi trọng nên còn gây nguy cơ mất an toμn vμ lμm ảnh hưởng đến các công trình dân sinh vμ công nghiệp gần khu vực khai thác
Vì vậy cần thiết phải nghiên cứu vμ hoμn thiện công nghệ nổ mìn nhằm nâng cao hiệu quả vμ giảm tác động đến môi trường cho các mỏ khai thác lộ thiên ở tỉnh Hμ Giang
Trang 25Chương 2 Nghiên cứu phương pháp nổ mìn có thể áp dụng
cho một số mỏ khai thác lộ thiên trên địa bμn tỉnh hμ
giang
2.1 Bản chất vật lý của quá trình phá vỡ đất đá bằng nổ mìn
Khác với quá trình phá vỡ đất đá bằng phương pháp cơ học hay các phương pháp điện lý khác, bản chất vật lý của quá trình phá vỡ bằng nổ mìn có những đặc trưng riêng Để có thể xác định đúng đắn chỉ tiêu thuốc nổ cũng như thông số nổ mìn khác ta cần nghiên cứu bản chất của những đặc trưng đó
Đất đá lμ đối tượng chịu tác động trực tiếp của năng lượng sinh ra khi nổ chất nổ Năng lượng đó được đặc trưng bằng nhiệt lượng nổ, thể tích sản phẩm khí nổ, áp lực vμ sóng ứng suất Đất đá lμ môi trường không đồng nhất có kiến tạo phức tạp, có tính chất cơ lý khác nhau
Theo đặc tính phá vỡ ta có thể phân chia đất đá thμnh 3 loại theo giá trị độ
+ Loại 3: Đất đá cứng đồng nhất có độ cứng âm thanh >15.105g/cm2 s
2.2 Quá trình phá vỡ đất đá mềm yếu
Tuỳ theo loại đất đá mμ vai trò các yếu tố của năng lượng chất nổ phát huy tác dụng tích cực hay không tích cực Người ta tiến hμnh nghiên cứu trường hợp nμy bằng mô hình hoá mẫu nổ
Dùng một thùng có tường lμm bằng thuỷ tinh hữu cơ có quang tính mạch (plecsiglas), trong chứa đầy cát Lượng thuốc nổ lμ azit chì đặt bên trong cát cách tường từ 20 ữ 50 mm Quá trình nổ được ghi lại bằng máy quay phim cực nhanh tốc độ 4000 ảnh/sec Trình tự phát triển quá trình phá vỡ được giới thiệu trên (Hình 2.1)
Trang 261 2 3 4
Hình 2.1- Trình tự phá vỡ đất đá mềm bằng nổ mìn
1 ữ 7- Các pha dịch chuyển của đất đá
Khi nổ tạo nên hốc hình cầu xung quanh lượng thuốc vμ chứa đầy sản phẩm khí nổ Diễn biến tiếp theo hình cầu phát triển biến dạng thμnh hình “quả lê” không đối xứng có trục dμi theo đường kháng nhỏ nhất
Sự thay đổi kích thước của hốc phụ thuộc vμo sức kháng chuyển dịch của cả phần đất đá Phần dưới của hốc được mở rộng nhanh lan truyền tới bề mặt tự
do của môi trường vμ hình thμnh phễu nổ
Kết quả thực nghiệm nμy đã chỉ ra vai trò phá vỡ đất đá mềm yếu lμ do sự bμnh chướng của sản phẩm khí nổ, còn tác dụng của sóng ứng suất (do nhiệt lượng nổ sinh ra) đóng vai trò không đáng kể
Điều nμy cũng dễ dμng giải thích được lμ khi nổ mìn phá vỡ đất đá mềm yếu nên quan tâm đến thể tích của sản phẩm khí nổ hơn lμ nhiệt lượng hay tốc độ kích nổ
2.3 Quá trình phá vỡ đất đá cứng đồng nhất
Tốc độ kích nổ của chất nổ lớn hơn rất nhiều so với tốc độ lan truyền sóng ứng suất trong đất đá Vì vậy bề mặt đất đá tiếp thu tác dụng nổ đồng thời trên toμn bộ diện tích tiếp xúc lượng thuốc với đất đá
Trên bề mặt ranh giới giữa lượng thuốc vμ đất đá sóng kích nổ chuyển thμnh sóng đập với biên độ lớn hơn Sóng đập nghiền nát đất đá rất mạnh trong
điều kiện nén các phía không đều đặn Cμng xa lượng thuốc thì biên độ sóng đập cμng giảm Tại những điểm của môi trường cách lượng thuốc khoảng 5 ữ 6 lần bán kính lượng thuốc thì sóng đập chuyển thμnh sóng đμn hồi Tốc độ lan truyền của nó nhỏ hơn tốc độ lan truyền sóng đập vμ bằng tốc độ âm trong môi trường
đất đá
ứng suất trên mặt sóng nổ cao hơn nhiều so với độ bền của đất đá về nén,
do đó sau khi sóng nổ truyền qua đất đá bị đập vỡ, thường kết cấu ban đầu của
nó bị phá vỡ Vùng nμy được đặc trưng lμ vùng tác dụng dẻo khi nổ Nó thường
Trang 27giới hạn trong khoảng 10 ữ 12 lần bán kính lượng thuốc Trong vùng nμy sau khi sóng nổ truyền qua, khí nổ với áp lực cực lớn (20 ữ 70.108 N/m2) gây ra tác dụng phá vỡ nhất định
Dưới tác dụng của sóng vμ khí nổ đất đá gần lượng thuốc bị nén ép vμ chuyển dịch nhanh sau mặt sóng ứng suất Do đó mμ tạo thμnh vùng biến dạng mạnh với hệ thống nhiều nứt nẻ cắt nhau (Hình 2.2)
Dưới tác dụng của sóng ứng suất vμ khí nổ (lan truyền từ lượng thuốc), theo đường hướng tâm lμm phát sinh ứng suất nén vμ theo hướng tiếp tuyến phát sinh ứng suất kéo vμ do đó trong đất đá xuất hiện những nứt nẻ hướng tâm (Hình 2.3.a)
Ngoμi ra đất đá bị biến dạng dưới tác dụng áp lực cao, bán kính các vùng xung quanh lượng thuốc r1 vμ r2 tăng lên Khi đó theo hướng tiếp tuyến đất đá chịu tác dụng của ứng suất kéo, ứng suất nμy lμm phát triển nứt nẻ hướng tâm
Sự mở rộng khí nổ có ảnh hưởng nhất định đến sự mở rộng khe nứt Qua thí nghiệm người ta đã xác định rằng khi nổ lượng thuốc nổ không nạp bua thì
30 ữ 40% sản phẩm khí nổ xâm nhập vμo nứt nẻ, còn khi nổ lượng thuốc có bua thì hơn 70% Tuy nhiên hiện nay chưa có khả năng xác định ảnh hưởng định lượng của khí nổ đến hiệu quả phá vỡ trong khối đá
Trang 28Cμng xa lượng thuốc thì ứng suất kéo tiếp tuyến cμng giảm vμ sẽ nhỏ hơn sức kháng của đất đá Vì vậy đến một khoảng cách nhất định thì đất đá không bị phá vỡ mμ các phần tử của nó chỉ chuyển dịch dao động mμ thôi
Sau khi giảm áp lực khí nổ ở trung tâm nổ thì đất đá không bị nén nữa vμ nó chuyển dịch về phía trung tâm lượng thuốc, do đó bán kính của buồng hình cầu giảm vμ đất đá kề với buồng đó chịu ứng suất kéo theo đường hướng tâm Điều đó tạo ra những nứt nẻ vòng trong đất đá (Hình 2.3.b)
vμ nứt nẻ vòng xung quanh lượng thuốc
Những đặc tính đất đá cứng đồng nhất bị phá vỡ chủ yếu do tác dụng của sóng ứng suất, điều nμy đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm nổ phá vỡ đất đá trong ống có tường dμy Khe hở giữa các lỗ khoan vμ ống chứa đầy nước Khi nổ kết quả nhận được lμ ống còn nguyên, còn khối đá bị phá vỡ
Sự phá vỡ xảy ra do tác dụng trực tiếp của áp lực vμ sóng ứng suất đến vùng đất đá bị phá vỡ bao quanh lượng thuốc Tiếp theo đó lμ vùng đất đá bị phá
vỡ bởi hệ thống các vết nứt hướng tâm vμ tiếp tuyến
Sự phá vỡ lan truyền từ trung tâm lượng thuốc đến bề mặt tự do vμ ngược lại
90 0
900
1 2
3
4 WW
Hình 2.4- Sơ đồ tạo thμnh sóng phản xạ ở bề
mặt tự do 1- Lượng thuốc thực, 2- Lượng thuốc ảo, 3- Sóng tới (nén), 4- Sóng phản xạ
Trang 29Dưới tác dụng của áp lực nổ trong buồng mìn hình thμnh một cái hốc mμ
đất đá bao quanh bị biến dạng mạnh Trong vùng nμy đất đá bị phá huỷ vμ chuyển thμnh trạng thái dẻo Sau giới hạn của vùng biến dạng dẻo thì chỉ có sóng
đμn hồi lan truyền
Hình dạng của mặt đầu sóng nén phụ thuộc vμo tính chất của đất đá vμ loại chất nổ Đất đá như vậy thường bị phá vỡ bởi các kẽ nứt Khi đó sóng lan truyền từ trung tâm lượng thuốc tới các kẽ nứt gọi lμ sóng tới sau đó tạo lên sóng phản xạ lan truyền ngược trở lại (Hình 2.4)
Quá trình lan truyền của sóng nói chung phụ thuộc chủ yếu vμo tính chất của đất đá vμ của kẽ nứt Như vậy đối với loại đất đá nμy bị phá vỡ đồng thời do cả hai yếu tố lμ sóng ứng suất vμ áp lực khí nổ
2.4 Cơ cấu phá vỡ đất đá cứng nứt nẻ:
Đất đá nứt nẻ bị phá vỡ do tác dụng của áp lực khí nổ vμ của sóng ứng suất Sự phá vỡ được lan truyền ngược nhau tư buồng mìn vμ từ bề mặt tự do
Dưới tác dụng áp lực cao của khí nổ tại vị trí đặt thuốc tạo thμnh buồng
nổ, vùng đất đá bị phá vỡ phân bố xung quanh buồng đó
Những khe nứt của đất đá lμ những bề mặt phân chia, nó cản trở sự lan truyền sóng ứng suất vμ sự lan truyền quá trình phá vỡ ở bề mặt của mỗi nứt nẻ ứng suất trong sóng giảm rất mạnh do sự phản xạ từng phần của nó (Hình 2.5)
Hình 2.5 Sơ đồ giảm trị số ứng suất khi nổ lượng thuốc trong đất đá nứt nẻ
1 Đất đá không nứt nẻ; 2 Đất đá nứt nẻ; 3 Bề mặt nứt nẻ trong đất đá
Trang 30Do đó ứng suất trong đất đá nứt nẻ ở xa lượng thuốc giảm rất nhiều, còn những nứt nẻ từ lượng thuốc được lan truyền đến một khoảng cách nhỏ hơn so với trong đất đá không nứt nẻ Ngoμi giới hạn của khối tiếp xúc với lượng thuốc
đất đá bị phá vỡ chủ yếu do sự va đập cơ học cuả các khối Vì vậy trong đất đá tạo thμnh một số tâm phá vỡ dưới tác dụng của sóng phản xạ vμ khí nổ
Như vậy trong đất đá nứt nẻ có 2 cơ cấu phá vỡ khi nổ: những khối nứt nẻ chứa lượng thuốc nổ hoặc ở gần trực tiếp với nó bị phá vỡ bởi sóng, còn những khối phân bố ngoμi giới hạn vùng tác dụng của sóng bị phá vỡ bởi động năng va
đập cơ học vμ pháp vỡ mang tính ngẫu nhiên
Khi chiều sâu đặt lượng thuốc lớn, trên bề mặt tự do phát sinh dao động chấn động Cuối giai đoạn tác dụng nổ những phần tử hướng tâm của trạng thái ứng suất biến dạng, cũng như biên độ chuyển dịch của các phần tử bề mặt trên lượng thuốc có giá trị lớn hơn 2 lần so với chúng ở độ sâu W dưới lượng thuốc
Tốc độ vμ biên độ dịch chuyển các phần tử ở trên bề mặt tăng lên, khi đạt trị số W nhất định thì trên bề mặt đất đá bị vỡ lở
* 2
*
7,0
r r
W
k
nd =
≈σσ
Trang 31Khi nổ trong khối nứt nẻ thì ở bề mặt vết nứt xảy ra quá trình vỡ lở đất đá nếu chiều rộng của nưt nẻ σ>1mm (để đảm bảo sự phản xạ của sóng) Do nứt nẻ
có thể phân bố dưới những góc khác nhau so với hướng sóng tới vμ bề rộng nứt
nẻ có thể nhỏ hơn 1mm nên sự vỡ lở ở bề mặt nứt nẻ không phải lúc nμo cũng xảy ra Từ đó có thể xảy ra sự vỡ lở đất đá trên bề mặt nứt nẻ.Trị số r* lμ bán kính vùng đập vỡ không điều chỉnh, nghĩa lμ vùng trong đó có thể không xảy ra
sự phá vỡ
Đối với lượng thuốc dμi thì: ( )2
k nd 2
được giá trị cực đại Chính vì thế mμ nứt nẻ phá vỡ phát sinh đầu tiên trên đường kháng nhỏ nhất
Nếu ƯW= 2r.0 thì tạo thμnh những nứt nẻ vòng, những nứt nẻ nμy tạo ra phễu nổ văng xa vμ lμm vỡ lở đất đá
Như vậy khi nổ lượng thuốc gần bề mặt tự do có thể phân thμnh 4 trường hợp:
Trang 32đỏ, sao cho sử dụng tối đa năng lượng của chất nổ vào nhiệm vụ phỏ vỡ đất đỏ
Để điều khiển nổ Cú rất nhiều phương phỏp điều khiển nổ, mỗi phương phỏp khỏc nhau sẽ cú hiệu quả nổ mỡn khỏc nhau
Các mỏ lộ thiên trong những năm gần đây ngμy cμng phát triển, khối lượng đất đá nổ mìn ngμy cμng tăng Do vậy công tác nổ mìn ngμy cμng được chú trọng
Từ năm 1985 trở lại đây các mỏ đã sử dụng hầu hết các loại vật liệu nổ có trên thị trường Việt Nam như:
- Các loại vật liệu nổ do Liên Xô ( cũ ) sản xuất;
- Các loại vật liệu nổ do hãng ICI của Australia sản xuất;
- Các loại vật liệu nổ do Việt Nam sản xuất
Từ năm 1993 trở về trước các mỏ sử dụng công nghệ nổ mìn truyền thống của Liên Xô, phương pháp nổ mìn chủ yếu lμ đồng loạt, tỷ lệ nổ mìn vi sai ít, do
đó chất lượng nổ mìn giảm, tỷ lệ đá quá cỡ cao
Từ năm 1993 trở lại đây các mỏ đã áp dụng công nghệ nổ mìn mới, sử dụng các loại thuốc nổ nhũ tương Powergel 2560, NT - 13, EE - 31, ANFO chịu nước trong các lỗ khoan có nước, thuốc nổ ANFO thường AD-1 nạp trong các lỗ khoan khô bằng cơ giới hoặc bằng bao gói, các phương tiện nổ chủ yếu của các nhμ máy Z của Bộ Quốc phòng trong nước cung cấp
2.5.2 Phân loại phương pháp nổ mìn
Theo thứ tự nổ lượng thuốc cú cỏc phương phỏp nổ mỡn sau:
- Nổ đồng thời tất cả cỏc lượng thuốc
- Nổ vi sai giữa cỏc lượng thuốc hoặc giữa cỏc nhúm lượng thuốc Thời gian giữa cỏc đợt nổ nhỏ hơn 1000 miligiõy
- Nổ vi sai bờn trong lỗ phương phỏp này phải chia lượng thuốc bờn trong một lỗ khoan thành hai phần trở lờn và làm nổ từng phần lượng thuốc
- Nổ chậm, cỏc lượng thuốc nổ cỏch nhau một khoản thời gian tớnh bằng giõy (từ 1ữ4 s)
Theo cấu tạo lượng thuốc:
- Lượng thuốc liờn tục
- Lượng thuốc phõn đoạn – là lượng thuốc được phõn chia thành hai hay nhiều đoạn bởi cỏc mụi trường khỏc nhau
Trang 33- Lượng thuốc cú cấu tạo đặc biệt
Theo tớnh chất và nhệm vụ của cụng tỏc nổ
Nếu gọi một cách đầy đủ thì đây lμ phương pháp nổ mìn với lượng thuốc
có kết cấu liên tục, kích nổ đồng thời Phương pháp nμy hiện nay vẫn được dùng
ở nhiều mỏ Đây lμ phương pháp đơn giản, có thể áp dụng trong mọi điều kiện
Lượng thuốc nổ được bố trí liên tục trong lỗ khoan thẳng đứng hoặc nằm nghiêng Để kích nổ đồng thời các loạt lượng thuốc có thể dùng mạng nổ điện, dây nổ hoặc kết hợp mạng nổ điện với dây nổ
Sau đây lμ cơ sở lý thuyết của phương pháp nổ mìn tập trung tức thời: Trong phạm vi một lượng thuốc nổ, khi kích nổ sóng lan truyền trong đất
đá dưới dạng sóng ứng suất ở hai đầu lượng thuốc lan truyền theo mặt cầu, ở
đoạn giữa lượng thuốc sóng lan truyền theo mặt trụ Đất đá ở phần tiếp xúc với lượng thuốc dưới tác dụng của áp lực nổ cực lớn sẽ bị đập vỡ vμ nghiền vụn, cμng ra xa năng lượng thuốc bố trí gần mặt tự do, sóng ứng suất truyền tới bề mặt đó vμ phản xạ lại dưới dạng sóng kéo
Biểu đồ áp lực trong lỗ khoan có đặc điểm sau: áp lực nổ tăng rất nhanh tới trị số cực đại (Pmax), sau đó giảm đi rất nhanh trong thời gian ngắn do khí nổ xâm nhập vμo khe nứt tạo ra vμ bị phụt khỏi miệng lỗ khoan
Tác dụng nổ thể hiện mạnh ở khu vực gần lượng thuốc (hình 2.7- vùng 1),vùng nμy còn gọi lμ vùng đập vỡ có điều khiển Ngoμi vùng I đất đá bị phá vỡ yếu hơn vμ có tính chất ngẫu nhiên, chủ yếu do trọng lực vμ sự va đập của đất đá Vùng nμy được gọi lμ vùng đập vỡ không điều chỉnh (vùng II)
Để nâng cao chất lượng đập vỡ cần tăng thể tích vùng đập vỡ có điều chỉnh, giảm vùng đập vỡ không điều chỉnh Điều nμy có thể giải quyết bằng cách tăng chiều cao cột thuốc, kéo dμi thời gian tác dụng nổ Song phương pháp nμy
bị hạn chế vì cần đảm bảo chiều dμi bua để khi nổ không bị phụt bua
Trang 34Khi nổ đồng loạt nhiều lượng thuốc, do phải đảm bảo mặt tầng bằng phẳng nên các thông số mạng nổ mìn không được mở rộng Nếu tăng khoảng cách giữa các lỗ khoan thì vùng đất đá không bị đập vỡ ở nền tầng tăng lên
Mặt khác khi nổ nhiều hμng, những hμng phía trong do bí mặt tự do nên khoảng cách giữa các hμng phải thu hẹp vμ cần phải tăng chỉ tiêu thuốc nổ cho các hμng trong
Khi lượng thuốc bố trí trong lỗ khoan thẳng đứng, do sức kháng của đất đá theo chiều sâu lỗ khoan khác nhau (phần nền tầng có sức kháng lớn nhất), cho nên sau khi nổ mìn thường để lại mô chân tầng Điều nμy có thể khắc phục bằng cách bố trí lỗ khoan nghiêng
2.5.2.2 Phương pháp nổ mìn phân đoạn
Đây lμ phương pháp nổ mìn với lượng thuốc nổ có kết cấu không liên tục Giữa các phần của lượng thuốc được lấp đầy bằng các vật liệu như: cát, đất, nước hoặc bằng khoảng trống không khí (hình 2.7, 2.8)
Đặc điểm của phương pháp nμy lμ lượng thuốc nổ được phân bố đồng đều hơn trong đất đá, thể tích vùng đập vỡ được tăng lên
Nếu giữa các phần của lượng thuốc nổ có bố trí khoảng trống không khí thì gọi lμ phương pháp nổ mìn lưu cột không khí
Hình 2.7 Sự thay đổi vùng đập vỡ có điều khiển khi thay đổi kết cấu lượng thuốc
a- Liên tục; b- Phân đoạn cát; c- Phân đoạn không khí
Hình 2.8- Kết cấu lượng thuốc nổ
Trang 35a- Lố khoan khô; b- lỗ khoan có nước; c- Có bua thuốc nổ
Ngoμi tác dụng phân bố đều năng lượng theo không gian, phương pháp nổ lưu cột không khí còn có khả năng điều khiển năng lượng nổ theo thời gian do có
sự thay đổi quá trình khí động lực học trong lỗ khoan Điều đó có tác dụng giảm
áp lực ban đầu, kéo dμi thời gian tác dụng nổ trong môi trường, tạo ra sự giao thoa của sóng nổ
Khi nổ lưu cột không khí, sản phẩm khí nổ hoμ vμo khoảng trống lμm cho
áp lực vμ nhiệt độ nổ ban đầu giảm, sự va đập của 2 dòng sản phẩm khí nổ từ hai trung tâm nổ xảy ra giữa khoảng trống không khí lμm tăng áp lực ở vùng nμy Sau tác dụng tương hỗ đó sóng va đập phản xạ lại vμ chuyển động ngược trở lại
Cứ như vậy sóng đập sẽ tác dụng nhiều lần vμo môi trường lμm cho môi trường ở trong trạng thái ứng suất động Do đó môi trường sẽ liên tục nhận năng lượng dưới dạng xung lực phụ, thời gian tác dụng nổ kéo dμi, giảm năng lượng bị tổn thất, giảm đáng kể đất đá bị nghiền vụn vμ đá quá cỡ, đống đá nổ gọn hơn, tác dụng chấn động vμ hậu xung giảm
Để phát huy tác dụng tích cực của phương pháp nμy, điều quan trọng lμ lựa chọn chính xá chiều cao cột không khí vμ tỉ lệ giữa lượng thuốc chính vμ phụ
Chiều cao cột không khí phụ thuộc vμo loại đất đá, đường kính lỗ khoan, chiều cao cột thuốc trong lỗ khoan vμ xác định như sau:
- Đối với đất đá khó nổ:
- Đối với đất đá có f ≤ 6
hkk = (0,3 ữ 0,6)lt
- Đối với đất đá có f = 7 ữ 12
hkk = (0,2 ữ 0,29)lt
Trang 36- Đối với đất đá có f > 12
hkk = (0,12 ữ 0,19)lt Trong đó: hkk- Chiều cao cột không khí, m
Đôi khi phương pháp nμy gọi lμ phương pháp mili giây
Cơ sơ lý thuyết của phương pháp nμy như sau (hình 2.8):
Hình 2.9 Sơ đồ tác dụng của nhóm các lượng thuốc trong môi trương khi nổ mìn vi sai
I, II, II, IV, V- Thứ tự nổ các LTN với khoảng chậm vi sai lμ 0,25, 0,75, 100%oS
1 Thuốc nổ; 2 Sóng nén; 3 Sóng phản xạ; 4 Khe nứt được tao ra
5 Mặt tự do mới; 6.kíp nổ; 7 Sản phẩm khí nổ
Khi nổ lượng thuốc thứ nhất tác dụng nổ trong khối đá I diễn ra như phương pháp nổ tức thời Sau khoảng thời gian vi sai (t) ứng suất tạo ra do nổ lượng thuốc 1 vẫn còn tồn tại trong khối đá II tiếp tục kích nổ lượng thuốc 2 Như vậy, trong khối đá II sẽ đồng thời chịu tác dụng của 2 trường ứng suất do hai lượng thuốc 1 vμ 2 tạo ra Do đó trong khối đá II thời gian tác dụng nổ kéo dμi hơn, đồng thời còn có sự giao thoa của sóng ứng suất, ở các khối đá III, IV,
vμ V quá trình diễn ra cũng tương tự
Mặt khác, khi nổ lượng thuốc trước sẽ tạo ra mặt tự do mới, tạo điều kiện thuận lợi cho nổ lượng thuốc sau Mặt tự do có tác dụng tạo ra sóng phản xạ lμm
Trang 37cho khối đá bị vỡ mạnh hơn Lý thuyết vμ thực nghiệm đã chứng minh rằng thể tích đất đá bị phá vỡ tăng tỉ lệ với số lượng mặt tự do (hình 2.9)
Hình 2.10 ảnh hưởng số mặt tự do tới thể tích đất đá
Ngoμi ra, do khống chế thứ tự nổ các lượng thuốc khác nhau nên tốc độ vμ hướng chuyển động của các khối đá khác nhau, điều đó tạo ra quá trình đập vỡ phụ khi đất đá bay va đập với nhau
Như vậy, bằng phương pháp nổ vi sai có thể điều khiển được cơ chế phá huỷ đất đá Đất đá ở trạng thái ứng suất lâu hơn, chụi tác dụng của nhiều trường ứng suất hơn Việc tạo ra bề mặt tự do mới cho các lượng thuốc sau đã khắc phục
được hạn chế của phương pháp nổ tức thời Do đó có thể giảm chỉ tiêu thuốc nổ,
mở rộng mạng lưới lỗ khoan mμ vẫn đảm bảo chất lượng đập vỡ tốt Tác dụng
đập vỡ phụ sẽ phát huy hiệu quả khi lựa chọn sơ đồ vi sai thích hợp Ngoμi ra các phương pháp nμy còn có tác dụng giảm chấn động, giảm khoảng cách đá bay, nó
có ý nghĩa quan trọng khi tiến hμnh nổ mìn gần các đối tượng bảo vệ
Để phát huy tốt những ưu điểm của phương pháp nổ vi sai cần thiết phải xác định chính xác thời gian dãn cách vi sai lựa chọn sơ đồ nổ phù hợp
Thời gian dãn cách vi sai được xác định tuỳ thuộc vμo tính chất cơ lý của
đất đá, các thông số bố trí lượng thuốc vμ mục đích nổ mìn
Có thể xác định thời gian dãn cách vi sai theo 3 quan điểm:
- Theo quan điểm giao thoa của sóng ứng suất thì thời gian dãn cách vi sai
vW4a
Trang 38- Theo quan điểm mặt tự do mới thì thời gian dãn cách vi sai trung bình:
Để tạo mặt tự do mới (hình 2.11), A.N Khanukaep giới thiệu công thức xác định t như sau:
cp tp
wVw2
Trong đó: Vp- Tốc độ lan truyền sóng ứng suất, m/s
Vtp- Tốc độ phát triển khe nứt trong môi trường, m/s
Vcp- Tốc độ mở rộng khe nứt, m/s δ- Bề rộng khe hở được coi lμ mặt tự do mới, m
W301201
2
Hình 2.11 - Sơ đồ giao thoa của sóng
ứng suất khi nổ vi sai
trong đó: k – Hệ số phụ thuộc vμo tính chất của đất đá
k = 3- Đối với đất đá rất cứng
k = 4- Đối với đất đá cứng
k = 5- Đối với đất đá cứng trung bình
k = 6- Đối với đất đá mềm yếu
Trang 392.5.3 Những công nghệ nổ mìn có thể áp dụng trong khai thác lộ thiên
Những phương pháp nổ mìn nêu trên có những ưu nhược điểm sau đây:
2.5.3.1 Phương pháp nổ tập trung tức thời
Phương pháp nμy đơn giản, dễ thực hiện song nó có những hạn chế sau
đây:
- Khó điều khỉên mức độ đập vỡ, thể tích vùng đập vỡ, thể tích vùng đập
vỡ điều chỉnh nhỏ, tỉ lệ đá bị nghiền nát vμ đá quá cỡ lớn
- Các thông số mạng lưới nổ mìn không được mở rộng lμm giảm suất phá
đá, cần tăng chỉ tiêu thuốc nổ cho những hμng trong nên chi phí thuốc nổ tăng lên
- Quy mô đợt nổ không lớn, điều nμy lμm tăng chi phí phụ cho mỗi đợt nổ mìn
2.5.3.2 Phương pháp nổ mìn lưu cột không khí
Khi áp dụng phương pháp nμy có khó khăn lμ: phải tính toán chính xác chiều cao cột khí vμ tỉ lệ giữa lượng thuốc chính vμ phụ, việc thi công phức tạp
do phải để lại khoảng trống không khí
Phương pháp nμy có nhiều ưu việt, đó lμ:
- Có khả năng điều khiển mức độ đập vỡ do tăng được thể tích vùng đập
vỡ điều chỉnh, kéo dμi thời gian tác dụng nổ, tác dụng đập vỡ đất đá đồng đều, ít
đỏ quá cỡ
- Giảm tác dụng chấn động vμ hậu xung
- Giảm được chi phí thuốc nổ mμ chất lượng đập vỡ vẫn đảm bảo
- Có khả năng mở rộng mạng lưới lỗ khoan (do tạo ra bề mặt tự do mới)
mμ vẫn đảm bảo chất lượng đập vỡ, điều đó góp phần lμm giảm chi phí khoan do tăng suất phá đá
- Giảm được chỉ tiêu thuốc nổ mμ vẫn cải thiện được chất lượng đập vỡ
- Quy mô nổ mìn có thể tăng lên vμ điều khiển được tác dụng chấn động
Điều nμy rất có ỹ nghĩa khi nổ gần các công trình bảo vệ
Trang 40Khó khăn chính khi sử dụng phương pháp nổ vi sai lμ phải tính toán chính xác thời gian dãn cách vi sai, lựa chọn sơ đồ nổ thích hợp, đấu ghép mạng nổ phức tạp hơn
Thông qua việc đánh giá các phương pháp nổ mìn ở trên, kết hợp với thực
tế ở mỏ chúng ta thấy cần ưu tiên hμng đầu việc sử dụng phương pháp nổ mìn vi sai Phương pháp nμy thực tế đẫ được áp dụng ở mỏ Vấn đề quan trọng lμ phải chọn sơ đồ nổ vi sai vμ các thông số nổ mìn vi sai hợp lý để đảm bảo hiệu quả cao nhất
Về kết cấu lượng thuốc, tốt nhất lμ lưu cột không khí Trong trường hợp khó khăn có thể phân đoạn bằng bua (cát, đất, sét )
Về kết cấu của bua, có thể sử dụng bua thuốc nổ (bua tích cực) để phát huy tác dụng của bua vμ nâng cao chất lượng đập vỡ vùng gần miệng lỗ khoan
Như vậy để nâng cao hiệu quả nổ mìn cho các mỏ khai thác lộ thiên hợp lí
lμ sử dụng phương pháp nổ mìn vi sai với kết câú lượng thuốc phân đoạn