Nghiên cứu sử dụng hợp lý các loại vật liệu nổ công nghiệp trong nước sản xuất nhằm nâng cao hiệu quả nổ mìn trong một số mỏ khai thác lộ thiên lớn khu vực hòn gai quảng ninh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN HOÀNG TRƯỜNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỢP LÝ CÁC LOẠI VẬT LIỆU NỔ CÔNG NGHIỆP TRONG NƯỚC SẢN XUẤT NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ NỔ MÌN TRONG MỘT SỐ MỎ KHAI THÁC LỘ THIÊN LỚN KHU VỰC HÒN GAI - QUẢNG NINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN HOÀNG TRƯỜNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỢP LÝ CÁC LOẠI VẬT LIỆU NỔ CÔNG NGHIỆP TRONG NƯỚC SẢN XUẤT NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ NỔ MÌN TRONG MỘT SỐ MỎ KHAI THÁC LỘ THIÊN LỚN KHU VỰC HÒN GAI - QUẢNG NINH CHUYÊN NGÀNH: 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 – 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu luận văn trung thực; luận điểm kết nghiên cứu luận văn chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn ký tên Nguyễn Hoàng Trường MỤC LỤC Trang Lời cam đoan Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng biểu Danh mục hình minh họa Mở Đầu Chương 1: Đặc điểm tự nhiên kỹ thuật số mỏ than lộ thiên lớn khu vực Hòn Gai – Quảng Ninh Đặc điểm tự nhiên kỹ thuật mỏ than Núi Béo Đặc điểm tự nhiên kỹ thuật mỏ than Hà Tu 20 Đặc điểm tự nhiên kỹ thuật mỏ than 917 29 Chương 2: Các loại chất nổ phổ biến Việt Nam sản xuất 37 2.1 Nguyên tác chế tạo loại chất nổ công nghiệp 37 2.2 Xu chế tạo, sử dụng loại chất nổ 42 Chương 3: Phân tích ảnh hưởng tính chất chất nổ tính chất 53 lý đất đá đến hiệu nổ mìn Ảnh hưởng tính chất chất nổ đến hiệu nổ mìn 53 Các tính chất lý đất đá có ảnh hưởng đến cơng tác nổ mìn 63 Chương 4: Lựa chọn sử dụng hợp lý chất nổ Việt Nam sản 68 xuất để nổ mìn khai thác mỏ vùng Hòn Gai – Quảng Ninh Các định hướng việc sử dụng chất nổ 69 Các tiêu chí lựa chọn chất nổ 69 Sử dụng lượng nổ phù hợp với đặc tính đất đá 71 Sử dung thuốc nổ phù hợp với trạng thái lỗ mìn 75 Sử dụng chất nổ đảm bảo chi phí nổ mìn thấp 77 Kết tính chọn loại chất nổ phù hợp cho điều kiện đất đá vùng 80 mỏ Hòn Gai – Quảng Ninh Kết luận 98 Tài liệu tham khảo 99 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT AN - Amoni nitrat ANFO - chất nổ gồm 94% AN 6% dầu nhiên liệu CN - Canxi nitrat CNKT - Công nghệ khai thác FO - Dầu nhiên liệu KNCN - Khả công nổ HTKT - Hệ thống khai thác NG - Nitroglycerin SCP - Sức công phá VLNCN - Vật liệu nổ công nghiệp VOD - Tốc độ nổ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1: Tính chất lý đất đá khu vực công trường vỉa 14 cánh Đông 11 Tây mỏ than Núi Béo Bảng 1.2: Tính chất lý đất đá cơng trường vỉa 11 vỉa 13 mở 13 rộng Bảng 1.3: Sản lượng mỏ Núi Béo năm trở lại 14 Bảng 1.4: Cỏc thụng số HTKT mỏ than Nỳi Bộo 14 Bảng 1.5: Cỏc loại mỏy khoan sử dụng mỏ than Nỳi Bộo 15 Bảng 1.6: Các thơng số mạng lỗ khoan với đường kính d = 250 mm 15 Bảng 1.7: Các thông số mạng lỗ khoan với đường kính d = 230 mm 16 Bảng 1.8: Các thông số mạng lỗ khoan với đường kính d = 200 mm 16 Bảng 1.9: Các thơng số mạng lỗ khoan với đường kính d = 127 mm 17 Bảng 1.10: Tính chất lý đất đá mỏ Hà Tu 22 Bảng 1.11: Sản lượng mỏ Hà Tu từ năm 2005 đến 2009 22 Bảng 1.12: Cỏc thụng số HTKT mỏ than Hà Tu 23 Bảng 1.13: Chỉ tiờu cỏc thụng số mạng khoan nổ mỡn mỏ Hà Tu 25 Bảng 1.14: Tổng hợp cỏc thiết bị khai thỏc phụ trợ mỏ Hà Tu 26 Bảng 1.15: Chỉ tiêu lý đất đá mỏ than 917 31 Bảng 1.16: Cỏc thụng số HTKT mỏ than 917 32 Bảng 1.17: Sản lượng mỏ than 917 năm năm trở lại (2005-2009) 32 Bảng 1.18: Số lượng, chất lượng cỏc mỏy khoan mỏ 917 33 Bảng 1.19: Cỏc thụng số khoan – nổ mỡn mỏ 917 34 Bảng 1.20: Số lượng, chất lượng máy xúc sử dụng mỏ 917 34 Bảng 1.21: Các thiết bị vận tải, thải đá thoát nước mỏ 917 35 Bảng 2.1: Nhiệt lượng tạo thành chất từ đơn chất thành phần 38 chất nổ Bảng 2.2: Các thành phần (gam nguyên tử) 1kg ANFO 41 (94,5/5,5) Bảng 2.3: Các thành phần (gam nguyên tử) 1kg ANFO (92/8) 41 Bảng 2.4: Tính chất loại chất nổ Việt Nam sản xuất sử 52 dụng thị trường nước ta Bảng 3.1: Trị số môđun Young số loại đất đá 64 Bảng 4.1: Hệ số quan hệ trở kháng ứng suất tác dụng lên thành lỗ 72 mìn loại chất nổ nhóm đất đá tương ứng Bảng 4.2: Phân loại đất đá theo độ nổ (V.K Rupsốp) 74 Bảng 4.3: Kết chọn loại chất nổ phù hợp vói lượng nổ chất 74 nổ Bảng 4.4: Các phương pháp nạp chất nổ cho lỗ khoan có nước theo tốc 77 độ thấm chiều cao cột nước lỗ khoan Bảng 4.5: Giá bán VLNCN Việt Nam sản xuất 78 Bảng 4.6: Giá thành khoan 1m khoan ứng với số đường kính lỗ 79 khoan Bảng 4.7-a: Chi phí đơn vị lượng nổ nhỏ (cE min) 80 ứng với nhóm đất đa khác (đường kính lỗ khoan dk = 127mm) Bảng 4.7-b: Chi phí đơn vị lượng nổ nhỏ (cE  min) 83 ứng với nhóm đất đa khác (đường kính lỗ khoan dk = 250mm) Bảng 4.8: Lựa chọn loại chất nổ theo chi phí đơn vị lượng 85 nổ nhỏ Ce  (theo thứ tự ưu tiên) Bảng 4.9-a: Bảng tính tốn tiêu thuốc nổ cho loại chất nổ 89 nhóm đất đá tương ứng với đồng thiết bị H =15m, dlk= 127mm, E=2,0-3,5m3 Bảng 4.9-b: Bảng tính tốn tiêu thuốc nổ cho loại chất nổ 91 nhóm đất đá tương ứng với đồng thiết bị H =15m, dlk= 250mm, E=3,0-6,7m3 Bảng 4.10-a: Kết tính tốn chi phí khoan nổ (CKN) ứng với loại chất 93 nổ đồng thiết bị sử dụng (H =15m, dlk= 127mm, E=2,0-3,5m ) Bảng 4.10-b: Kết tính tốn chi phí khoan nổ (CKN) ứng với loại chất 95 nổ đồng thiết bị sử dụng (H =15m, dlk= 250mm, E=3,0-6,7m3) Bảng 4.11: Thứ tự ưu tiên lựa chọn chất nổ ứng với nhóm đất đá theo chi phí khoan nổ nhỏ (CK+CN-min) 97 DANH MỤC CÁC HÌNH MINH HỌA Trang Hình 1.1: Máy xúc CAT-5090 xúc bốc đất đá mỏ Núi Béo 18 Hình 1.2: Giàn xe ô tô CAT-773 trọng tải 55 18 Hình 1.3: Đồng thiết bị đổ thải theo chu vi bãi thải Chính Bắc 20 Cơng ty CP Than Núi Béo – TKV Hình 1.4: Máy khoan CBS-250MN làm việc khai trường mỏ Hà Tu 23 Hình 1.5: Sơ đồ cấu trúc lượng thuốc phân bố lỗ khoan mỏ 917 33 Hình 1.6: Máy xúc thủy lực gàu ngược làm việc mỏ 917 35 Hỡnh 3.1: Thời gian tỏc dụng nổ tỷ lệ nghịch với ỏp lực nổ lỗ 63 khoan MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Hiện nay, mỏ khai thác lộ thiên lớn vùng Hòn Gai - Quảng Ninh Núi Béo, Hà Tu sử dụng khối lượng vật liệu nổ công nghiệp lớn q trình khai thác Tuy nhiên, cơng nghệ thiết bị khai thác nhiều bất hợp lý, hiệu cơng tác nổ mìn chưa cao, cịn nhiều tác động tiêu cực đến mơi trường Chính điều gây nên việc tổn thất tài nguyên khống sản, nhiễm mơi trường sinh thái hiệu kinh tế chưa cao Chính việc quan tâm sử dụng chất nổ cho hợp lý việc cần thiết Trên sở lý thuyết thực tiễn cần đưa giải pháp lựa chọn sử dụng chất nổ Việt Nam sản xuất để nổ mìn cho vùng Hịn Gai - Quảng Ninh đem lại hiệu kinh tế cao Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài: - Đối tượng nghiên cứu công tác nổ mìn mỏ lộ thiên với việc sử dụng loại vật liệu nổ công nghiệp Việt Nam sản xuất để nổ mìn khai thác mỏ lộ thiên vùng Hòn Gai - Quảng Ninh - Phạm vi nghiên cứu lựa chọn sử dụng hợp lý loại vật liệu nổ công nghiệp Việt Nam sản xuất nhằm nâng cao hiệu nổ mìn cho số mỏ khai thác than lộ thiên lớn khu vực Hòn Gai - Quảng Ninh Mục đích đề tài: Đưa giải pháp lựa chọn sử dụng hợp lý loại vật liệu nổ công nghiệp nước sản xuất để nổ mìn khai thác mỏ lộ thiên vùng Hòn Gai nhằm đem lại hiệu kinh tế cao Nhiệm vụ nội dung nghiên cứu đề tài: - Phân tích tính chất đất đá vùng mỏ Hòn Gai - Quảng Ninh - Đánh giá loại vật liệu nổ công nghiệp Việt Nam sản xuất, thơng số đặc tính kỹ thuật chúng - Nghiên cứu ảnh hưởng tính chất chất nổ đến hiệu nổ mìn mỏ - Nghiên cứu đưa giải pháp lựa chọn sử dụng vật liệu nổ công nghiệp hợp lý để nổ mìn cho vùng Hịn Gai - Quảng Ninh 95 g Chỉ tiêu thuốc nổ (q) Chỉ tiêu thuốc nổ xác định theo công thức Kutuzôp: q  0,13..f 0, 25 0,6  3,3d d lk  0,5   dn  0, K tn  0,25  d tb   0, Trong đó: f - độ kiên cố đất đá  - dung trọng đất đá d tb - đường kính trung bình cục đá nổ theo mức đập vỡ với n = 2, d td  0,5m - kích thước trung bình khối đá, d  0,3  0,5m d lk - đường kính lỗ khoan, d lk  127mm d n - kích thước cho phép lớn cục đá, d n  0,9  1,0m (cho máy xúc E  2,0  3,5m ) K tn - hệ quy chuyển thuốc nổ, K tn  Q tc Q tt Q tc - nhiệt lượng thuốc nổ tiêu chuẩn, Kj Q tt - nhiệt lượng thuốc nổ sử dụng, Kj 6.2.2 Đối với đường kính lỗ khoan d=250 mm a Đường kháng chân tầng (WCT) Theo quan hệ đường kính khối thuốc mật độ nạp: WCT  53.k.d k .k n ,m .m Trong đó:  - mật độ thuốc nổ, g/ cm k - hệ số ý đến mức độ khó nổ đất đá khối d k - đường kính lỗ khoan, d k  0,25m  - dung trọng đất đá,    2,65 t/m tùy theo loại đất đá m - hệ số làm gần lỗ khoan, m   1,3 nổ vi sai k n - hệ số kể đến nứt nẻ đất đá, k n  0,95  1,15 b Khoảng cách hàng (b) lỗ khoan (a) + Khoảng cách lỗ khoan: a  m.WCT ,m + Khoảng cách hàng: b = 0,85a - dùng mang tam giác b = a - dùng mạng ô vuông 96 c Chiều sâu khoan (Lkt) L kt  K kt d, m Với đất đá cứng trung bình hệ số K kt   10d lk d lk - đường kính lỗ khoan, d lk  250mm d Chiều cao cột bua (Lb) Chiều cao cột bua xác định theo điều kiện an tồn, khơng để xảy tượng phụ bua: L b  0,75WCT e Sức chứa thuốc m lỗ khoan (P) P  7,85d  f Suất phá đá (S) S a.HW  n  1b , m3 / m n.L k Trong đó: H- chiều cao tầng, H= 15 m n- số hàng lỗ khoan g tiêu thuốc nổ (q) Chỉ tiêu thuốc nổ xác định theo công thức Kutuzôp: q  0,13..f 0, 25 0,6  3,3d d lk  0,5   dn  0, K tn  0,25  d tb   0, Trong đó: f - độ kiên cố đất đá  - dung trọng đất đá d tb - đường kính trung bình cục đá nổ theo mức đập vỡ với n = 2, d td  0,5m - kích thước trung bình khối đá, d  0,3  0,5m d lk - đường kính lỗ khoan, d lk  250mm d n - kích thước cho phép lớn cục đá, d n  1,0  1,5m (cho máy xúc E  3,5  6,7m ) K tn - hệ quy chuyển thuốc nổ, K tn  Q tc Q tt Q tc - nhiệt lượng thuốc nổ tiêu chuẩn, Kj Q tt - nhiệt lượng thuốc nổ sử dụng, Kj 97 Kết tính tốn tiêu thuốc nổ chi phí khoan nổ nhỏ trình bày bảng 4.9-a,b 4,10-a,b 98 Bảng 4.9-a: Bảng tính tốn tiêu thuốc nổ cho loại chất nổ nhóm đất đá tương ứng với đồng thiết bị H = 15m, dlk =127 mm, E = 2,03,5 m3 Tên chất nổ Độ kiên cố đất đá f=7,5; dung trọng đất đá ,   2,3 t m Hệ số quy Chỉ tiêu chuyển thuốc nổ, chất nổ, q (kg/m3) K tn 0,954 0,314 1,016 0,327 0,956 0,314 0,956 0,314 0,94 0,310 0,94 0,310 0,97 0,317 0,97 0,317 0,954 0,314 1,033 0,331 Độ kiên cố đất đá Độ kiên cố đất đá Độ kiên cố đất đá 7,5