1. Tính cấp thiết của đề tài:
Trong những năm gần đây việc ứng dụng năng lượng nổ phá trong xây dựng nói chung và trong xây dựng thủy lợi, thủy điện nói riêng ngày càng phát triển. Việc thi công các công trình bằng phương pháp nổ mìn là giải pháp thi công tiên tiến, rút gọn thời g...
Đối với những công trình cụ thể, việc thi công nổ mìn cũng cần có các phương án khác nhau vì nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đặc điểm địa chất, địa hình, yêu cầu tính năng của thuốc nổ, điều kiện về thi công, yêu cầu về tiếng ồn với vùng lân cận.
Hiện nay tại thế giới và tại Việt Nam đã đạt được nhiều thành tự về nghiên cứu ứng dụng nổ. Một trong những lý thuyết nổ được áp dụng hiệu quả trong xây dựng công trình thủy lợi, thủy điện là phương pháp nổ mìn cắt. Hàng loạt các trường hợp nổ mìn cắt...
Nổ mìn cắt các khối đá lớn trong thi công công trình được đánh giá là một giải pháp thi công tiên tiến, có nhiều ưu điểm nổi bật như rút ngắn thời gian thi công, nâng cao năng suất lao động vì có thể cơ giới hóa một phần hoặc toàn bộ công việc đào đá ...
Ở Việt Nam công tác nổ mìn trong xây dựng đã được áp dụng từ lâu và trong những năm gần đây người ta đã nghiên cứu và áp dụng phương pháp nổ mìn cắt các khối đá lớn và việc đánh giá hiệu quả kinh tế của nó chưa đầy đủ.
Rõ ràng là việc việc nghiên cứu ứng dụng nổ mìn cắt các khối đá lớn trong xây dựng thủy lợi – thủy điện và đánh giá hiệu quả kinh tế của nó là thực sự cần thiết. Đề tài này có ý nghĩa khoa học và có tính thực tiễn rõ rệt.
2. Mục đích của đề tài:
3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
4. Kết quả dự kiến đạt được:
1.1. Giới thiệu chung về công nghệ nổ mìn trong xây dựng thủy lợi - thủy điện.
1.1.1. Tình hình chung về ứng dụng phương pháp nổ mìn trong xây dựng thủy lợi – thủy điện ở Việt Nam.
Công nghệ nổ mìn đã hình thành và phát triển rộng rãi cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật khác, đã đáp ứng được công tác khai thác vật liệu xây dựng và ứng dụng trong thi công các công trình. Ở Việt Nam, công tác khai thác đá làm vậ...
Cho đến nay, việc ứng dụng nổ mìn để khai thác đá phục vụ xây dựng công trình đã và đang thi công như công trình thủy điện Thác Bà (Yên Bái), thủy điện Hòa Bình (Hòa Bình), hồ chứa sông Quao (Bình Thuận), thủy điện Quảng Trị (Quảng Trị), thủy điện Tuy...
Hiện nay các đơn vị sản xuất vật liệu nổ công nghiệp của Việt Nam đã sản xuất được nhiều loại thuốc nổ có sức công phá tương đối mạnh, chịu nước, an toàn trong vận chuyển, bảo quản và sử dụng cũng như các loại vật liệu gây nổ phù hợp với yêu cầu nổ mì...
Công tác khoan: Khoan đá là một việc quan trọng trong công tác nổ mìn và tương đối nặng nhọc. Vì các máy khoan khi làm việc theo nguyên lý xung kích, mài mòn hay cắt đất đá và được phân loại nguyên lý làm việc hoặc theo chiều sâu và bán kính hố khoan ...
Tuy vậy thực tế ứng dụng nổ mìn trong xây dựng thủy lợi ở Việt Nam còn biểu lộ những điểm yếu về trình độ hiểu biết kỹ thuật nổ mìn, về sự lựa chọn phương pháp nổ phá, về quản lý kỹ thuật và tổ chức thi công nổ mìn … đã dẫn đến những hậu quả xấu cho c...
1.1.2. Một số khái niệm về lý thuyết nổ mìn.
1.1.2.1. Hiện tượng nổ phá
Sự biến đổi hóa học của thuốc nổ dưới dạng tác dụng của ngoại lực (bị đập, gặp tia lửa, nhiệt độ cao), có thể phân giải trong khoảng thời gian cực ngắn với một tốc độ cực lớn, thành một vật chất ổn định mới, đồng thời sinh ra một lượng thể khí và nhiệ...
Hiện tượng biến đổi hóa học của thuốc nổ đó gọi là hiện tượng nổ phá. Tốc độ phân giải thuốc nổ rất cao có thể đạt mấy nghìn mét trong một giây, nhiệt độ từ 1500 – 4500P0PC, thể tích khối khí phát sinh ra so với thể tích nguyên thể của gói thuốc cao h...
Vùng chấn động: Áp suất nhỏ không đủ phá vỡ kết cấu đá, chỉ đủ để gây ra chấn động.
1.1.2.2. Sóng nổ
Sóng lan truyền trong môi trường được hình thành do năng lượng của thuốc nổ gây ra gọi là sóng nổ. Sóng nổ lan truyền trong không khí gọi là sóng xung kích trong không khí. Sóng nổ lan truyền gây dao động trong môi trường đất đá gọi là sóng chấn động ...
1.1.2.3. Sóng phản xạ
Sóng phản xạ là sự giãn nở của đất đá được lan truyền từ mặt thoáng trở lại. Sơ đồ tạo thành sóng phản xạ ở mặt thoáng.
Phần lớn các loại đất đá có khả năng chịu lực nén rất lớn, nhưng khả năng chịu kéo rất kém, dù ứng suất kéo có trị số không lớn. Do đó, vùng ở gần mặt thoáng bị phá hoại mạnh nhất khi nổ mìn trong môi trường bán vô hạn (có mặt thoáng)
1.1.2.4. Vận tốc lan truyền sóng
Vận tốc lan truyền sóng là quãng đường mà sóng truyền được sau mỗi đơn vị thời gian. Trong lý thuyết đàn hồi người ta đã chứng minh được vận tốc lan truyền sóng như sau:
Với sóng dọc : VRdR = (1.1)
Với sóng ngang: VRnR = (1.2)
Trong đó:
α : hệ số đàn hồi phục thuộc vào môi trường
E : suất đàn hồi của môi trường
ρ : Khối lượng riêng của môi trường
G: Suất trượt của môi trường
1.1.2.5. Chất nổ
Chất nổ là một hợp chất hóa học hay một hỗn hợp cơ học có khả năng nổ được dưới tác dụng của xung lực bên ngoài (đốt nóng, ma sát, va đập, kích nổ…)
1.1.2.6. Nhiệt lượng nổ
Nhiệt lượng nổ là số khối lượng nhiệt sinh ra khi phân hủy một đơn vị trọng lượng hay một đơn vị thể tích chất nổ. Chính nhiệt lượng nổ thoát ra khi nổ sẽ sinh ra công làm nén ép và phá vỡ, dịch chuyển môi trường.
Nhiệt lượng nổ lý thuyết được xác định dựa vào định luật Ghess: Hiệu quả nhiệt của hệ thống khi biến đổi hóa học chỉ phục thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào trạng thái trung gian.
1.1.2.7. Áp lực khí nổ
Áp lực khí nổ trong buồng mìn (N/mP2P) được xác định từ định luật Booimarioot và Guyluytsắc với sự bổ xung của Vandecvan:
(1.3)
Trong đó:
PR0R: Áp lực khí quyển ở 0P0PC (1,01.10P5P N/mP2P)
VR0R: Thể tích khí nổ ở 0P0PC (mP3P/kg)
T: Nhiệt độ nổ (P0PK)
V: Thể tích buồng mìn (mP3P)
α : Thể tích riêng của phân tử sản phẩm khí nổ, đối với khí lí tưởng thì α = 0. Nhưng đối với khí thực thì trị số α đóng vai trò quan trọng (đặc biệt là kể đến mật độ nạp mìn). Thường thì α = 0,001VR0
1.1.2.8. Mật độ chất nổ, mật độ nạp mìn và hệ số nạp mìn
Mật độ chất nổ là tỷ số giữa trọng lượng của chất nổ và thể tích của nó chiếm chỗ. Phụ thuộc vào trạng thái vật lý: lớn nhất khi ép, dạng sệt, nhỏ nhất ở dạng rời.
Mật độ rời ΔR1R: là tỷ số trọng lượng của chất nổ với thể tích của nó chiễm chỗ ở trạng thái tự nhiên.
Mật độ rời ΔR2R: là tỷ số trọng lượng của chất nổ trên với thể tích của buồng mìn.
Mật độ tiêu chuẩn: là mật độ có hiệu quả nhất ứng với 1 loại chất nổ nào đó.
Hệ số nạp mìn: là thể tích của thuốc nổ trong buồng mìn và thể tích của buồng mìn, hệ số này tăng cực đại bằng 1.
1.1.2.9. Áp lực và vận tốc hạt môi trường khi nổ trong đất đá
Trong quá trình nổ dưới mặt đất khi sóng truyền tới mặt thoáng của đất sóng nổ được đặc trưng bởi ba mặt gián đoạn sau:
Sóng xung kích
Mặt gián đoạn mạnh – dừng
Mặt gián đoạn yếu
Áp lực ở đầu sóng xung kích khoảng vài chục atm. Dưới tác dụng của tải trọng lớn như vậy đất đá có tính chất giống như chất khí (theo nghĩa rộng). Điểm khác nhau là sau khi tải trọng đã giảm thì chất khí trở lại nguyên trạng thái ban đầu, còn đất sẽ b...
Phần lớn năng lượng nổ hao tán vào việc phá hủy, nén chặt đất và không hoàn lại. Vì vậy áp lực tại đầu sóng giảm rất nhanh, ở khoảng cách bằng 2 – 3 lần bán kính RR0R áp lực chỉ còn vài ngàn atm.
Lúc này bắt đầu diễn ra những thay đổi định lượng của quá trình kích động sóng. Vì dưới tác dụng của những ứng suất lớn tốc độ truyền sóng nên có biên độ cao sẽ nhỏ hơn tốc độ truyền âm (khác nhau với chất lỏng lý tưởng không có tính nhớt và không chị...
Khi sóng nén càng cách xa tâm nổ thì ứng suất cực đại của sóng càng giảm, do đó trạng thái phá hủy hoặc biến dạng sẽ thay thế bằng trạng thái đàn dẻo và sau cùng là hoàn thành đàn hồi. Vì vậy ta thường chia thành 3 vùng trong các hiện tượng nổ ngầm:
Vùng gần tâm nổ
Vùng trung gian
Vùng xa trung tâm
1.2. Các phương pháp nổ mìn cơ bản
Để tận dụng có hiệu quả năng lượng của thuốc nổ, tùy theo mục đích và điều kiện thực tế có thể áp dụng các phương pháp nổ khác nhau
1.2.1. Phương pháp nổ mìn lỗ nông
Phương pháp này khoan lỗ mìn nhỏ vào trong đất đá, sử dụng bao thuốc được nạp trong lỗ khoan có đường kính nhỏ hơn 85mm và chiều sâu lỗ khoan không quá 5m.
Phương pháp nổ mìn lỗ nông được dùng để đào đường hầm, đào các giếng đứng, giếng nghiêng, lò ngang, các hầm thuốc, nhà thuốc trong thi công nổ phá lớn và nổ phá định hướng. Trong thi công lộ thiên dùng để mở đường, khai thác vật liệu đá, khai thác mỏ ...
Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là hiệu suất thấp, lượng công tác khoan lớn. Phương pháp này rất không kinh tế, nhưng do thi công thuận tiện và có sự hỗ trợ của búa máy, búa hơi nên vẫn được dùng nhiều ở các nơi không gian hẹp trong các công trư...
1.2.2. Phương pháp nổ mìn lỗ sâu
Phương pháp này là một trong những phương pháp nổ phá đại qui mô, sử dụng bao thuốc có đường kính lỗ khoan lớn hơn 85mm, chiều dài lỗ khoan sâu hơn 5m. Trong thực tế người ta có thể dùng các lỗ khoan sâu 15 – 25m, đường kính 106 -250mm và có phương th...
Phương pháp có ưu điểm là giá thành rẻ hơn so với nổ mìn lỗ nông do các chi phí về khoan, thuốc nổ, thiết bị gây nổ và nhân công thấp hơn. Thích hợp hơn với việc cơ giới hóa khâu bốc xúc và vận chuyển đá nhất là đối với các loại xe máy lớn, đảm bảo xe...
Một số vấn đề còn tồn tại của phương pháp:
Cần có thiết bị khoan lớn
Cỡ đá sinh ra do nổ phá lớn, đá quá cỡ nhiều
Khả năng gây chấn động, nứt nẻ lớn. Trong trường hợp cần thiết phải chừa lại lớp bảo vệ có chiều dày lớn và việc bóc bỏ lớp đá tầng bảo vệ sau này tương đối chậm và tốn kém
Phương pháp này chủ yếu được dùng để nổ phá đất đá địa hình bậc thang. Trong các mỏ khai thác quặng phương pháp nổ phá này là cơ bản nhất. Trong thi công đường bộ, đường sắt thì ít dùng. Phương pháp này thích hợp với vùng đá yếu, trong vùng đá cứng ph...
1.2.3. Phương pháp nổ mìn để lại lớp bảo vệ
Nhược điêm: thời gian thi công bị chậm trễ, phải sử dụng nhiều nhân lực, không phát huy được khả năng cơ giới hóa trong khâu bốc xúc, vận chuyển (khi thic công tầng bảo vệ). Mặt khác, việc xác định chiều dày hợp lý của tầng bảo vệ khá phức tạp và đòi ...
- Khi nổ một lỗ mìn hoặc một hàng lỗ mìn (đồng thời) với điều kiện có một mặt thoáng (ví dụ: nổ một hàng mìn ở biên móng trước thì sự phá hoại đất đá ở đáy và xung quanh lỗ khoan có thể chia một cách tương đối thành ba vùng như sơ đồ hình 1-6 duới đây
Phạm vi các vùng tác dụng do nổ mìn được xác định tùy thuộc vào đặc trưng của đá nổ phá và đường kính của bao thuốc nổ - có thể tham khảo bảng kinh nghiệm sau đây
- hệ số tầng bảo vệ, với công trình thuộc nhóm III: = 8 - 12, với công trình thuộc nhóm II: = 4 – 7.
1.2.4. Phương pháp nổ mìn buồng (hầm)
Phương pháp này thường áp dụng nổ mìn qui mô lớn, sử dụng bao thuốc tập trung và thường có khối lượng lớn từ vài tấn đến hàng nghìn tấn.
Ưu điểm của phương pháp:
Phương pháp nổ mìn buồng có thể nổ phá được một khối lượng đá lớn, giảm nhẹ công tác khoan và có thể làm đất đá văng đi một cự ly nhất định khi cần thiết.
Nhược điểm của phương pháp:
Sinh ra nhiều đá quá cỡ (có thể chiếm đến 50%), mặt khác bán kính vùng nứt nẻ lớn, gây ra chấn động mạnh. Việc tạo hầm ở vùng đá cứng chắc rất khó khăn.
Hiện nay phương pháp nổ mìn buồng được dùng nhiều trong việc phá tơi đất đá khi làm đường, san mặt bằng, nổ mìn định hướng đắp đập, đào kênh.
Nạp thuốc bằng giếng đứng b. Nạp thuốc bằng hầm ngang
1.2.5. Phương pháp nổ mìn ốp
Nổ mìn ốp thường dùng bao thuốc tập trung đặt ở ngoài khối đá cần phá vỡ. Phương pháp này chủ yếu được dùng để phá đá mồ côi, đá quá cỡ.
Nổ mìn ốp đơn giản, nhanh chóng không phải khoan lỗ nhưng lượng bao thuốc đơn vị lại lớn (thường vào khoảng 1-2 kg/mP3P) do đó rất không kinh tế.
1.2.6. Phương pháp nổ mìn vi sai
Nội dung của phương pháp này là các bao thuốc được gây nổ lần lượt theo một thứ tự nhất định với một khoảng thời gian cách nhau mấy phần trăm hoặc mấy phần nghìn giây (hay còn gọi là phương pháp mini giây). Nhờ vậy hiệu quả nổ phá tăng lên do việc lợ...
Mặt khác phương pháp nổ mìn này còn gây ra sự lệch pha sóng chấn động do khi nổ tạo ra sóng động đất cản trở lẫn nhau, do đó làm cho các vật kiến trúc xung quanh khu vực nổ phá giảm được tác dụng có hại do nổ mìn.
Ưu điểm nổi bật của phương pháp:
Đất đá được đập vỡ nhiều hơn, lượng đá quá cỡ giảm đáng kể.
Có thể dùng lưới lỗ khoan thưa hơn dó đó giảm được số mét dài khoan và tổng lượng thuốc nổ cần dùng.
Có thể văng tập trung đất đá thành từng đống hoặc thành từng luống bằng cách dùng các sơ đồ vi sai có hình thức khác nhau. Do đó làm tăng hiệu quả của máy thi công phối hợp, giảm công tác dọn hiện trường, giảm tác dụng địa chấn, cho phép ta dùng vụ nổ...
1.2.7. Phương pháp nổ mìn tạo viền
Để đảm bảo được biên hố móng hay vách hố đào ổn định, đúng kích thước thiết kế, người ta phải dùng đến phương pháp nổ mìn đặc biệt – đó là phương pháp nổ mìn viền.
Thuốc nổ trong lỗ khoan được nạp theo hình thức phân đoạn không khí, bao gồm các khối thuốc thông thường có đường kính 28 – 32 mm, nạp cách nhau từ 10 – 30 cm.
Sau khi nổ sẽ tạo thành một rãnh hẹp đi qua tất cả các lỗ khoan. Đá ở trong phạm vị rãnh này bị nát vụn có tác dụng ngăn cản sóng nổ để bảo vệ khối đá ngoài phạm vi khối đào. Sau đó các cục đất đá đã được đập vỡ bằng các phương pháp nổ mìn khác trong ...
Phương pháp này giúp ta tạo đường viền hố móng đúng phạm vi thiết kế, đất đá xung quanh rất ít bị phá hoại, đảm bảo ổn định mái hố móng. Đó là do rãnh hẹp được tạo ra bằng nổ tạo viền đã phản xạ sóng địa chấn do nổ mìn phá đá khối đá cần đào ở trong b...
Khi dùng phương pháp này kết hợp với các phương pháp nổ mìn khác để đào các hố đào ta không cần chừa lại lớp bảo vệ, tránh được khó khăn, chậm trễ.
1.2.8. Phương pháp nổ mìn định hướng
1.2.9. Phương pháp nổ phân đoạn
1.2.10. Phương pháp nổ mìn bao thuốc hình dài
1.3. Kỹ thuật an toàn trong nổ mìn
2.1. Giới thiệu chung
Ngày nay nhu cầu áp dụng các phương pháp nổ mìn cho xây dựng nói chung và thủy lợi – thủy điện nói riêng ngày càng lớn: khai thác mỏ, nổ mìn đào hố móng..v..v… Lý thuyết về nổ mìn đã được nghiên cứu khá hoàn chỉnh về cả thuốc nổ, phương pháp nổ cũng n...
Theo phân tích của các nhà khoa học, công tác nổ mìn cần đáp ứng một số yêu cầu sau: Trước hết, kích thước cỡ hạt của đống đá nổ mìn phải đồng đều, ít đá quá cỡ. Trên cơ sở đó căn cứ vào chủng loại thiết bị khoan, xúc, vận tải để nghiên cứu lựa chọn m...
Để đáp ứng yêu cầu trong công tác nổ, phá đá cần phải tính toán chọn lọc các thông số nổ mìn, các giải pháp kỹ thuật công nghệ thích hợp. Đặc biệt quan trọng nhất trong quá trình nổ mìn cần đảm bảo tuyệt đối an toàn cho người, nhà cửa và các công trìn...
Nghiên cứu ứng dụng nổ mìn trong xây dựng thủy lợi, thủy điện ở Việt Nam nhằm tổng kết đánh giá những kết quả đạt được và tìm ra phương hướng quyết theo quan điểm khoa học mới nâng cao hơn nữa hiệu quả của công tác nổ mìn trong xây dựng thủy lợi, thủy...
2.2. Nguyên tắc tính toán xác định các thông số cơ bản của khối thuốc nổ để cắt các khối đá lớn theo yêu cầu đặt ra trong xây dựng thủy lợi – thủy điện.
2.2.1. Nghiên cứu một số tính chất đá ảnh hưởng tới nổ mìn