Nghiên cứu lựa chọn các thông số nổ mìn hợp lý trong khai thác đá làm vật liệu xây dựng ở một số mỏ vùng đà nẵng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯƠNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT -*** TRẦN HẠNH VINH NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC THƠNG SỐ NỔ MÌN HỢP LÝ TRONG KHAI THÁC ĐÁ LÀM VẬT LIỆU XÂY DỰNG Ở MỘT SỐ MỎ VÙNG ĐÀ NẴNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2008 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯƠNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT -*** TRẦN HẠNH VINH NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CÁC THƠNG SỐ NỔ MÌN HỢP LÝ TRONG KHAI THÁC ĐÁ LÀM VẬT LIỆU XÂY DỰNG Ở MỘT SỐ MỎ VÙNG ĐÀ NẴNG Chuyên nghành : Khai thác mỏ Mã số : 60.53.05 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Đăng Tế HÀ NỘI – 2008 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi, số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2008 Tác giả luận văn TRẦN HẠNH VINH MỤC LỤC Trang phụ bìa i Lời cam đoan ii Mục lục iii Danh mục bảng iv Danh mục hình vẽ, đồ thị v Mở đầu Chương 1: Tổng quan công nghệ khai thác đá làm vật liệu xây dựng khu vực Đà Nẵng 1.1 Thực trạng công tác khai thác đá vật liệu xây dựng xí nghiệp mỏ khu vực, ưu nhược điểm 1.2 Đánh giá tiềm phát triển ngành khai thác đá xây dựng 15 vùng 1.3 Vài nét cơng nghệ nổ mìn khai thác đá làm vật liệu 17 xây dựng Chương 2: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu công tác nổ mìn 27 khai thác đá làm vật liệu xây dựng 2.1 Một số vấn đề tác dụng nổ lượng thuốc nổ 27 môi trường đất đá 2.2 Phân loại yếu tố ảnh hưởng đến hiệu cơng tác nổ mìn 33 2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố tự nhiên đến hiệu cơng 33 tác nổ mìn khai thác đá làm vật liệu xây dựng khu vực Đà Nẵng 2.4 Ảnh hưởng yếu tố kỹ thuật cơng nghệ đến hiệu 44 cơng tác nổ mìn 2.5 Ảnh hưởng yếu tố tổ chức kinh tế đến hiệu cơng tác nổ mìn 63 Chương 3: Nghiên cứu lựa chọn thông số nổ mìn hợp lý 65 Trong khai thác đá làm vật liệu xây dựng khu vực Đà Nẵng 3.1 Giới thiệu thiết bị khoan sử dụng phù hợp khai thác 65 đá vật liệu xây dựng số mỏ khu vực Đà Nẵng 3.2 Cơ sở lý thuyết lựa chọn loại vật liệu nổ sử dụng hợp lý 68 khai thác đá làm vật liệu xây dựng số mỏ vùng Đà Nẵng 3.3 Nghiên cứu tính tốn lựa chọn thơng số nổ mìn hợp lý 84 3.4 Giới thiệu lựa chọn phương pháp điều khiển nổ sơ 104 đồ mạng nổ hợp lý Kết luận 112 Tài liệu tham khảo 114 DANH MỤC CÁC BẢNG STT BẢNG 1.1 NỘI DUNG TRANG Tổng hợp tiêu lý đá mỏ khu vực Đà Nẵng 1.2 Quy trình cơng nghệ khai thác đá vật liệu xây dựng 13 số mỏ điển hình khu vực Đà Nẵng 1.3 Trữ lượng đá xây thạch anh – biotit granit – gnei 16 số mỏ khu vực theo số liệu thăm dò cấp C1 + C2 Đoàn địa chất 501 1.4 Các thơng số nổ mìn áp dụng số mỏ đá xây 22 dựng khu vực Đà Nẵng 2.1 Phân loại đất đá theo độ nổ mỏ đá vật liệu 36 xây dựng vùng Đà Nẵng 2.2 Phân loại đất đá theo mức độ nứt nẻ 37 2.3 Độ nứt nẻ đá vật liệu xây dựng vùng Đà Nẵng 39 2.4 Hệ số quy đổi với loại thuốc nổ 59 3.1 Các loại thuốc nổ công nghiệp sử 83 mỏ khai thác đá xây dựng 10 3.2 Các loại phụ kiện nổ sử dụng mỏ 84 khai thác đá làm vật liệu xây dựng 11 3.3 Các thơng số nổ mìn hợp lý 109 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ STT HÌNH VẼ ĐỒ THỊ 1.1 NỘI DUNG TRANG Các sơ đồ nổ mìn sử dụng mỏ khai 20 thác đá làm vật liệu xây dựng vùng Đà Nẵng 2.1 Sơ đồ tác dụng nổ lượng thuốc khác 28 2.2 Sơ đồ vùng tác dụng nổ 29 2.3 Các thông số nổ mìn thuật ngữ 30 2.4 Đường cong mực nước hàng lỗ khoan 42 tầng khai thác 2.5 Sơ đồ giao thoa của sóng ứng suất nổ vi 51 sai lượng thuốc khác 2.6 Sự thay đổi điều kiện tác dụng nổ phụ thuộc vào 52 số lượng mặt tự 2.7 Sơ đồ tạo thành mặt tự phụ 52 2.8 Quan hệ đường kính lỗ khoan đường cản 55 10 2.9 Tỉ lệ cục đá lớn (đá cỡ) phụ thuộc vào 57 tiêu thuộc vào tiêu thuốc nổ 11 2.10 Sự thay đổi áp lực nổ theo thời gian 58 12 2.11 Sơ đồ cấu tạo lượng thuốc 60 13 2.12 Sự thay đổi áp lực khí nổ theo thời gian 60 14 2.13 Thay đổi trạng thái ứng suất theo hướng khởi nổ 61 15 3.1 Sự phụ thuộc tỉ lệ đá cỡ vào tiêu thuốc nổ 70 đường đường kính lượng thuốc nổ khác 16 3.2 Biểu đồ xác định tiêu thuốc nổ 72 17 3.3 Sự phụ thuộc số đập vỡ vào độ bền nén 73 đất đá khoảng cách trung bình khe nứt 18 3.4 Quy luật phân bố cỡ hạt 74 19 3.5 Phạm vi sử dụng đường kính lỗ khoan 88 20 3.6 Biểu đồ quan hệ đường kính lỗ khoan chiều 90 cao tầng 21 3.7 Sơ đồ bố trí mạng lỗ khoan tầng 96 22 3.8 Sơ đồ xác định vùng đập vỡ không điều khiển sử 97 dụng mạng lỗ khoan khác 23 3.9 Các sơ đồ nổ vi sai 106 24 3.10 Các sơ đồ đấu ghép mạng nổ vi sai phi điện 108 MỞ ĐẦU Đà Nẵng thành phố loại nằm trung Việt Nam, cửa ngõ quan trọng khu vực nước giao lưu nước ta giới Tại có hệ thống cảng biển đặc biệt cảng nước sâu Tiên Sa sân bay quốc tế Đà Nẵng, ba sân bay quốc tế Việt Nam tổ chức Hàng không quốc tế (ICAO) công nhận Ở phía đơng có quốc lộ 1A đường sắt thống chạy song song với xuyên suốt chiều dài thành phố Phía tây có quốc lộ 14B nằm hệ thống đường quan trọng nước gắn bó Đà Nẵng với vùng đất có tiềm kinh tế Tây Nguyên, Lào, Căm Pu Chia … Đà Nẵng có nguồn tài ngun khống sản nói chung tài nguyên đá thiên nhiên làm vật liệu xây dựng nói riêng phong phú Đà Nẵng đô thị đứng thứ ba nước quy mô dân số, đứng thứ tư phát triển kinh tế Đà Nẵng đánh giá điểm quan trọng bậc hệ thống đô thị Miền Trung Đồng thời Đà Nẵng trung tâm vùng kinh tế tỉnh Miền Trung Nam Trung Bộ có quan hệ chặt chẽ với vùng kinh tế nước Theo quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội thành phố Đà Nẵng thời kỳ 2001-2010 là; tiếp tục xây dựng phát triển kết cấu hạ tầng cách đồng bộ, nhanh chóng cải tạo mạng lưới đường nội thành; phối hợp ngành Trung ương hữu quan nâng cấp cảng biển Đà Nẵng, nâng cấp cảng hàng không quốc tế Đà Nẵng; hồn chỉnh trục giao thơng quan trọng từ thành phố nơi; nâng cấp mạng lưới cung cấp điện, cung cấp nước xây dựng sở xử lý nước thải, chất thải rắn; Phát triển nhà Vì nhu cầu vật liệu xây dựng nói chung đá xây dựng nói riêng Đà Nẵng lớn Đó trách nhiệm hội để xí nghiệp mỏ khai thác chế biến đá làm vật liệu xây dựng cải tạo, mở rộng nâng công suất mỏ Tính cấp thiết đề tài: Ngành khai thác đá làm vật liệu xây dựng khu vực Đà Nẵng ngày phát triển nhằm cung cấp đá phục vụ xây dựng sở hạ tầng, xây dựng khu công nghiệp dân dụng đáp ứng nhu cầu phát triển xã hội Hiện nay, khu vực Đà Nẵng có 30 mỏ khai thác đá làm vật liệu xây dựng, có sản lượng vừa nhỏ (từ 50.000 ÷ 200.000 m3/năm) với loại đá khai thác là: thạch anh-biotit granit-gnei, độ cứng khoảng f = 10 ÷ 14, phân bố tương đối đồng Khối lượng thuốc nổ mỏ sử dụng để khai thác đá hàng năm khoảng gần 300.000 kg Đa số mỏ có quy trình khai thác bán thủ cơng, cơng nghệ khoan nổ mìn cịn lạc hậu, chủ yếu sử dụng lỗ khoan đường kính lỗ khoan d=36 ÷ 42mm kết hợp với phương pháp nổ mìn điện với kíp nổ điện tức thời, nổ mìn dây nổ, nổ mìn dây cháy chậm Kỹ thuật khoan nổ mìn mỏ chưa trọng mức, thơng số nổ mìn, sơ đồ nổ mìn, phương pháp nổ, loại vật liệu nổ cơng nghiệp sử dụng chưa nghiên cứu tính toán cụ thể hợp lý, chủ yếu dựa theo kinh nghiệm, cảm tính cơng nhân khoan nổ mìn Vì cơng tác an tồn nổ mìn chưa thật đảm bảo làm ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh, chất lượng đập vỡ đất đá chưa tốt, tỉ lệ đá cỡ cao làm ảnh hưởng lớn đến suất thiết bị xúc bốc, vận chuyển, nghiền sàng hiệu khâu tiếp sau khoan nổ mìn Để khai thác có hiệu cần phải áp dụng công nghệ khai thác mỏ tiên tiến, trước hết công nghệ khoan nổ mìn, khoan nổ mìn khâu quy trình cơng nghệ khai thác mỏ Hơn nữa, tiến hành cơng tác nổ mìn thiết phải sử dụng biện pháp kỹ thuật hợp lý nhằm đảm bảo an toàn giảm tác động tiêu cực đến mơi trường Do đề tài “ Nghiên cứu lựa chọn thơng số nổ mìn hợp lý khai thác đá làm vật liệu xây dựng số mỏ vùng Đà Nẵng” cần thiết, 101 giao thoa sóng ứng suất Tính tốn, lựa chọn thời gian vi sai hợp lý làm phát huy hai yếu tố Trước hết cần xem xét mối liên quan tác dụng trường ứng suất với đất đá Trường ứng suất đất đá thường có ba thành phần: - Thành phần ứng suất động thành phần ứng suất thường tắt nhanh theo thời gian - Thành phần ứng suất tĩnh thành phần ứng suất có thời gian kéo dài - Thành phần ứng suất tựa thuỷ tĩnh thành phần ứng suất có thời gian tồn trung gian so với hai thành phần Tuỳ theo tính chất đất đá thời gian vi sai mà ta sử dụng giao thoa trường ứng suất Trong môi trường đất đá cứng liền khối, mô đun đàn hồi lớn (hệ số hấp thụ nhỏ) thành phần ứng suất động đóng vai trị gây phá huỷ đất đá, để phù hợp chọn thời gian vi sai ngắn để phát huy tối đa vai trò thành phần ứng suất động Ngược lại đất đá mền, nứt nẻ, phân lớp mạnh, mô đun đàn hồi nhỏ (hệ số hấp thụ lớn) thành phần ứng suất động bị tắt nhanh, vai trò gây phá huỷ chủ yếu thành phần ứng suất tĩnh tựa thuỷ tĩnh, phải chọn thời gian vi sai lớn nhằm phát huy vai trò thành phần tĩnh sóng ứng suất Có nhiều tác giả đưa công thức xác định thời gian vi sai Khi nổ làm tơi sơ đất đá sử dụng công thức sau để xác định thời gian vi sai - Theo G.I.Pakrôvki: xác định thời gian vi sai sở tạo giao thoa sóng tới sóng phản xạ hai lượng thuốc nổ gần hàng (hình 2.2) t  a  4w , s; Vd (3.54) 102 Trong đó: a - Khoảng cách lượng thuốc nổ, m; w - Đường kháng nhỏ nhất, m; Vd - Tốc độ lan truyền sóng dọc đất đá, m/s; - Theo K.N khatruc: xác định thời gian vi sai sở tạo giao thoa sóng ứng suất hai lượng thuốc nổ gần hàng  t  1,2 R0 w  8.10 3.R0 , s; C0 (3.55) Trong đó: R0 – Bán kính lượng thuốc nổ, m; C0 – Tốc độ sóng dọc đất đá, m/s; - Theo K.N.Khatruc: Trên sở tạo mặt tự phụ  t  6,12.R0  Trong :    10  , ms;  BB (3.56) W R0 , BB - Mật độ đất đá, mật độ thuốc nổ, T/m3 - Theo M.Ph.Drucôvanưi: Trên sở tạo mặt tự phụ  t  t1  t  t , ms; t1  (3.57) 2W : Thời gian tác dụng hiệu sóng ứng suất, thường 2÷4, Vd ms; t2  W    : Thời gian phát triển khe nứt từ lượng thuốc nổ đến mặt Vkn  cos  2 tự theo biên lăng trụ phá vỡ, ms; Vkn : Tốc độ phát triển khe nứt khối đặc ứng với tiêu thuốc nổ cho, m/s;  = 0,5÷1 : Hệ số nứt nẻ đất đá 103 β : Góc mở lăng trụ văng, độ;   T1 W  d tg   2 t3  , ms; Là thời gian chuyển động cần thiết để tạo dk mặt tự mới, xác định dựa vào lăng trụ văng tác dụng áp lực dư, ms; T1 = 1,26 T T - Hệ số tạm thời, thường 80.10-6 W - Đường kháng nhỏ nhất, cm; d - Dung trọng đất đá, kg/cm3; dk - Đường kính lượng thuốc, cm; β = 900 Cuối ta có:   1,26.80.10 6.W  d tg   2W W 2 t    , ms; Vd dk   Vkn  cos  2 (3.58) - Theo M.Ph.Drucôvanưi N.V.Đupnơp xác định thời gian vi sai công thức thực nghiệm t = k.W , ms; (3.59) Trong đó: k - Là hệ số phụ thuộc vào loại đá + Với đất đá đặc biệt kiên cố (Granit, Feriđôtit) k = + Với đất đá kiên cố (cát kết, quặng sắt) k = + Với đất đá kiên cố trung bình (đá vơi, secpentin) k = + Với đất đá mềm (Alêvrôlit, Acgilit) k = Công thức (3.59) thuận tiện dễ tính tốn tương đối xác, khn khổ đề tài tác giả sử dụng công thức để tính thời gian vi sai Trong 104 cơng tác nổ mìn khai thác đá vật liệu xây dựng vùng Đà Nẵng chọn k = ÷ hồn tồn phù hợp Thay trị số thông số vào ta có Thời gian nổ vi sai lỗ áp dụng phương pháp nổ vi sai qua hàng qua lỗ là: t = 2,3 (4÷5) = (10 ÷ 12) ms 3.4 Giới thiệu lựa chọn phương pháp điều khiển nổ sơ đồ mạng nổ hợp lý Trong khai thác đá làm vật liệu xây dựng mỏ vùng Đà Nẵng, vị trí địa lý mỏ khu vực gần khu dân cư, doanh trại Quân đội, khu công nghiệp Ví dụ: Mỏ đá Hồ Phát thuộc Tổng cơng ty xi măng Việt Nam cách trung đồn phịng khơng khơng quân 75 400 m, cách tiểu đoàn tên lửa 180 200 m; mỏ đá Phước Tường cách sư đoàn 375 500 m, cách nhà nhân dân xung quanh khu mỏ nơi gần 300 m; mỏ đá Công ty Vạn Tường Quân khu cách bệnh viện lao phổi Miền trung khoảng 1000 m, cách tiểu đồn cơng binh khoảng 300 m;.v.v… Vì cơng nghệ nổ mìn khai thác đá khu vực cần phải lựa chọn phương pháp nổ mìn, sơ đồ mạng nổ, phương pháp điều khiển nổ phù hợp, để việc đạt chất lượng đập vỡ tốt phải giảm thiểu tác động có hại (như: Sóng chấn động, sóng va đập khơng khí, văng xa mảnh đá nổ, bụi nổ v.v…) môi trường xung quanh Để đạt yêu cầu tác giả đề nghị sử dụng phương pháp nổ mìn sau: - Phương pháp nổ mìn vi sai qua hàng (sử dụng kíp điện vi sai sử dụng dây nổ kết hợp với rơ le vi sai) - Phương pháp nổ mìn vi sai qua hàng, qua lỗ (sơ đồ nổ vi sai theo đường chéo) 105 - Phương pháp nổ mìn vi sai lỗ (nổ mìn vi sai hàng vi sai hàng) Song song với việc sử dụng phương pháp nổ mìn vi sai phù hợp, tác giả đề nghị áp dụng giải pháp kỹ thuật như: Nổ mìn lỗ khoan nghiêng; nổ mìn phân đoạn bua, lưu cột khơng khí; nổ mìn với giải pháp sử dụng bua tích cực, bua nước, để đảm bảo chất lượng đập vỡ tốt giảm thiểu tác động có hại môi trường xung quanh Sau số sơ đồ nổ vi sai thường áp dụng mỏ lộ thiên 50 75 25 50 25 25 50 a) Sơ đồ vi sai qua hàng b) Sơ đồ vi sai theo rạch dọc 100 75 50 25 50 75 100 125 d) Sơ đồ vi sai theo đường 25 25 25 e) Sơ đồ vi sai qua lỗ 106 75 50 25 25 50 75 50 25 25 50 75 g) Sơ đồ vi sai nêm tam giác dạng sóng 75 50 25 0 25 50 75 75 50 25 h) Sơ đồ vi sai nêm hình thang dạng sóng 84 42 101 59 17 118 76 34 135 93 51 i) Sơ đồ vi sai lỗ sử dụng phương tiện nổ phi điện Hình 3.9: Các sơ đồ nổ vi sai 107 Từ sơ đồ nổ vi sai, có nhiều phương pháp đấu ghép mạng nổ mìn vi sai Sau tác giả giới thiệu số phương pháp đấu ghép mạng nổ mìn vi sai phi điện sử dụng phổ biến mỏ lộ thiên Tâm khởi nổ 42mm 17mm Sơ đồ nổ mìn vi sai phi điện mạng nổ tam giác bãi nổ có 01 mặt thống Tâm khởi nổ 42ms 17ms Sơ đồ nổ mìn vi sai phi điện mạng nổ tam giác bãi nổ có 02 mặt thống 25mm 108 Tâm khởi nổ 42mm 17mm 25mm Sơ đồ nổ mìn vi sai phi điện mạng vng bãi nổ mặt thống Tâm kích nổ 42ms 17ms Sơ đồ nổ mìn vi sai phi điện mạng nổ tam giác bãi nổ có khơng có mặt thống Hình 3.10 – Các sơ đồ đấu ghép mạng nổ vi sai phi điện 109 Loại đất đá Chỉ tiêu thuốc nổ BẢNG 3.3: CÁC THƠNG SỐ NỔ MÌN HỢP LÝ (d = 76mm; H = 10m) Thuốc nổ Anfo thường ( = 0,85 g/cm3; P = 3,85 kg/m) Chiều cao cột 2,5 3,1 3,0 3,0 2,7 2,6 50,7 48,3 51 52,5 50,2 53 1,5 1,5 1,5 1,5÷1,8 1,9÷2,2 1,3÷1,7 9,7÷10 9,3÷9,6 9,8÷10,2 (kg/m3) Chiều cao cột bua 9,7÷10 0,68 2,6 3,5 thuốc lt (m) 1,5÷1,8 9,6÷10 lb Qtr 1,5 1,5÷1,9 9,4÷9,8 (m) Qn 38,8 1,5 1,7÷2,1 Chiều sâu khoan thêm 37,2 38,4 1,5 Lượng thuốc lỗ khoan a (m) 2,4 36,8 37,6 Khoảng cách hàng khoan Đường kháng chân tầng Wct (m) 2,7 2,5 36,2 qhl 2,3 2,9 2,7 lkt (m) 0,60 2,4 3,1 Q (kg) Granit-gnei 0,53 2,6 b (m) Granit-biotit 0,45 Khoản g cách lỗ khoan Thạch anh biotít Granit-gnei 0,6 2,9 Thuốc nổ Nhũ tương EE31 ( = 1,15 g/cm3; P = 5,2 kg/m) Granit-biotit 0,5 Loại đất đá Thạch anh biotít 110 Chỉ tiêu thuốc nổ BẢNG 3.3: CÁC THƠNG SỐ NỔ MÌN HỢP LÝ (d = 76mm; H = 10m) Chiều cao cột bua lb 9,3÷9,6 Chiều cao cột thuốc lt (m) 1,9÷2,2 9,6÷10 (m) Qtr 1,5 1,5÷1,9 9,1÷9,4 Chiều sâu khoan thêm Qn 46 1,5 2,1÷2,4 Lượng thuốc lỗ khoan Thuốc nổ AD1 ( = 1,05 g/cm3; P = 4,76 kg/m) Khoảng cách lỗ khoan b (m) 44,3 47,3 1,5 Loại đất đá qhl 2,7 45,6 44,6 lkt (m) 3,1 2,9 43,2 Q (kg) 2,6 3,4 3,1 Khoản g cách hàng khoan 0,55 2,8 3,6 a (m) Granit-gnei 0,48 3,0 Đường kháng chân tầng Wct (m) Granit-biotit 0,45 (kg/m3) Thạch anh biotít Granit-gnei 0,52 0,59 3,0 2,8 2,6 3,6 3,3 3,1 3,1 2,9 2,7 47,5 48 47,5 49,1 49,8 49,4 1,5 1,5 1,5 1,5÷1,7 1,5÷1,9 1,6÷2,0 9,5÷9,8 9,6÷10 9,5÷9,9 Thuốc nổ Watergel TFD-15 ( = 1,1 g/cm3; P = 5,0 kg/m) Granit-biotit 0,44 Loại đất đá Thạch anh biotít 111 Phương pháp nổ mìn vi sai lỗ một, sử dụng phương tiện nổ vi sai phi điện có ưu điểm sau - Khơng hạn chế số kíp cho lần nổ, cho phép qui hoạch diện khoan nổ lớn - Dù diện tích nổ có mặt thoáng cho phép thiết kế thời gian nổ vi sai định trước, tạo đường cản phụ nhỏ so với đường cản thiết kế (Wk