Xác định chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý cho khai thác vật liệu xây dựng ở Việt Nam

MỤC LỤC

Chỉtiêuthuốcnổtínhtoán,kýhiệuq

Đây là giá trị phải tìm để tính toán thiết kế ban đầu hay tiến hành nhữngvụ nổ đầu tiên trong điều kiện cụ thể theo yêu cầu mục đích của công tác nổmìn.Mộtsốtácgiảkhác,thườngcoiđâylàchỉtiêuthuốcnổ. Khi khai thác đá khối có kích thước định hình, thì chỉ tiêu thuốc nổ tínhtoán là chi phí thuốc nổ cần thiết để phá một đơn vị diện tích, như vậy thứnguyên làkg/m2,g/m2.

Chỉtiêuthuốcnổ thựctế,q th

Tuỳ theo yêu cầu và mục đích của công tác nổ về thành phần cỡ hạt,tính chất cơ lý của đối tượng cần nổ mà giá trị của chỉ tiêu thuốc nổ tính toánkhácnhau. Chỉ tiêu thuốc nổ tạo phễu nổ tiêu chuẩn là chi phí thuốc nổ để phá vỡmộtđơnvịthểtíchđấtđá nguyênkhốitạonên phễunổtiêu chuẩn.

Chỉtiêuthuốcnổhợplý,q hl

Đường kính lỗ khoan (lượng thuốc) dk; Đường kháng chân tầng W;Khoảng cách giữa các lỗ khoan a; Khoảng cách giữa các hàng b; Khoảng cáchan toàn cho máy khoan làm việc c; Chiều dài lượng thuốc Lt; Chiều sâu khoanthêmLkt; Chiều dài buaLb; Chiều sâu lỗkhoan Lk. Nhóm TrịsốK7ứngvớidungtíchgầuxúcE(m3)vàloạichấtnổ. theođộ ANFO ANFO Watergel ANFO ANFO Watergel. Ghi chú: * Khôngdùng cácloại chấtnổnàyvớiđấtđánhómIV,V. ** Tươngứngvớichấtnổsửdụnglà EE-31. Chỉtiêuthuốcnổ tínhtheo côngthức,[4],[32]:. Trongđó:e-Chỉ tiêunăng lượng đểphávỡ1m3đất đá,J)/m3; e0- Nănglượngriêng củachấtnổsửdụng,J)/kg.

Hình 1.11-Sự phụ thuộc của hằng số đập vỡ vào độ bền nén của đất đá vàkhoảngcáchtrungbìnhgiữa cáckhenứt[32]

Phương pháp xác định chỉ tiêu thuốc nổ theo quy luật phân bố cỡhạtđống đá nổ mìn

Ta biết rằng đá quá cỡ thườngphátsinhởvùngđậpvỡkhôngđiềuchỉnh,ởvùngnàysựphávỡxảyracótínhngẫu nhiênvàthườngtheobềmặtnứnẻ.Dođó,nhữngcụcđáđượcphárachínhlà những khối nứt nằm trong nguyên khối và kích thước những cục đá to nhấttrong đống đá nổ mìn (xmax) bằng khoảng cách lớn nhất giữa các vết nứt trongloạiđấtđá(Lmax).Vìvậy:Xmax=Lmax. Phương pháp xác định theo thànhphần cỡ hạt là coi mối quan hệ VH= f(q) có dạng đường thẳng, thực tế mốiquan hệ đó có dạng phi tuyến và khó có thể xác định được q để khi đó tỉ lệ đáquá cỡ bằng 0, vì nó luôn tồn tại vùng đập vỡ không điều chỉnh liên quan.

Một số nhận xét các công trình nghiên cứu về chỉ tiêu thuốc nổ đãđượccông bố

Phương pháp nghiên cứu và thành lập công thức của các tác giả trênthường qua3bước.

Cácyếutốvềcôngnghệkỹ thuật

Ngoài ra các yếu tố trên các yếu tố như mật độ, độ cứng âm thanh, độchứa nước của đất đá cũng ảnh hưởng tới chỉ tiêu thuốc nổ, tuy nhiên ảnhhưởngcủanhững yếutốđókhônglớn. Tỉlệđáquácỡcànglớncànglàmgiảmnăngsuấtcủamáyxúc.Bằngsố liệu thống kê đã xây dựng được biểu đồ năng suất máy xúc với tỉ lệ đá quácỡ(Hình2.3)[3],[12],[20].

Ảnhhưởngcủacácthôngsốnổmìn a-Đường kínhlỗkhoan

Khi dklớn thìmức độ tập trung năng lượng nổ cao và ngược lại.X é t v ề s ự p h â n b ố đ ồ n g đều năng lượng nổ trong toàn bộ thể tớch khối đỏ thỡ rừ ràng dkcàng lớn thì sựphân bố năng lượng nổ càng không đồng đều: những vùng gần sát với lượngthuốc sẽ bị nghiền nát mạnh mẽ, còn ở xa thì đất đáđược đập vỡ không tốt.Điều đó cũng đồng nghĩa với khả năng điều khiển đập vỡ khó khăn hơn khidùngđường kính lượngthuốcnổlớn. Chiều sâu khoan thêm là phần của lỗ khoan được khoan sâu hơn mứcnềntầng,dùngđểtậptrungnănglượngnổkhắcphụcsứckhánglớncủađ ấtđá ở mức nền tầng, giúp cho việc tạo tầng bằng phẳng ở mức thiết kế.Khichiều sâu khoan thêm không đủ lớn thì không tạo mặt tầng bằng phẳng, nếuchiều sâu khoan thêm quá lớn không những lãng phí công khoan vô ích mà nósẽgâypháhủymặttầngtiếptheo,gâykhókhănchocôngtáckhoantầngtiếp.

Hình 2.4- Mức độ phá vỡ nền tầng phụ thuộc vào chiều sâu khoan thêm1-L ư ợ n g t h u ố c tập trung;2-Lượngthuốcphânđoạn[3]

Ảnhhưởngcủaloạithuốcsửdụng

Trongphần này ta mới chỉ xem xét về mặt định tính của mối quan hệ này mà chưaxác lập mức độ (về mặt định lượng) của các yếu tố, chưa đề cập đến điều kiệncụthểđối với cácmỏkhai thácđáVLXDởViệt Nam. Độ nổ được đặc trưng bằng mức độkhó nổ mìn của đất đá và được xác định từ kết quả nổ mìn, loại thuốc nổ sửdụng và các điều kiện khác phụ thuộc vào đối tượng nổ mìn.

Hình 2.5-S ự t h a y đổiáplựctheothời gian[3]

Phânloạiđấtđámỏ

Trongđó:n-Giớihạnbềnnén1trụcKG/cm2;’n-Giớihạnbềnnén Theobảng phânloại nàythì hệsốđộ kiên cố đặctrưngcho đất đátrong tất cả các quá trình sản xuất, nghĩa là loại đất đá này cứng hơn loại đất đá kiabao nhiêu lần khi khoan thì cũng cứng hơn bấy nhiêu lần khi nổ. +Độ khoan được xác định bằng tốc độ kỹ thuật khoan, nó phụ thuộcvào tính chất của đất đá bị phá vỡ dưới tác động của dụng cụ khoan (yếu tố cơbản);phụ thuộc vào loại và hình dạng dụng cụ khoan, vào phương pháp tăngcường lực và tốc độ tác động của nó đến gương khoan, phụ thuộc vào đườngkính khoan và trong nhiều trường hợp phụ thuộc vào chiều sâu của nó; phụthuộc vào phương pháp, tốc độ và mức độ lấy phoi khoan ra khỏi gươngkhoan.

Cơs ở vàcácphươngphápphânloại đấtđátheođộnổ

ĐốivớicácmỏkhaitháclộthiênViệtNamcáccôngtrìnhphânloại đất đá theo độ khó khoan hay khó nổ chủ yếu cho các mỏ than vùng QuảngNinh, như bảng phân loại đất đá theo độ khó khoan cho các mỏ lộ thiên lớnvùng Quảng Ninh (2006) của Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - VINACOMIN,phương pháp phân loại đất đá theo độ nổ của GS.TS. Căn cứ vào điều kiện thực tế của các mỏ Lộ thiên vùng Quảng Ninh làđường kính lỗ khoan sử dụng từ 127 đến 250mm, chiều cao tầng 15m, gócnghiêng sườn tầng= 70750; dung tích gầu xúc E = 212m3, sử dụngphươngphápnổmìnvisai,tỷlệcáccụclớn(quácỡ)trongđốngđásauk hinổ < 23%, tác giả tiến hành phân loại đất đá cho các mỏ lộ thiên vùng QuảngNinhvớikếtquảchotrong bảng 3.9 [15],[17].

Nộidungphươngphápphânloại

Vì vậy để phục vụ cho công tác nổ mìn ở các mỏ đá cầnphải xây dựng bảng phân loại đất đá theo độ nổ làm cơ sở để tính toán cácthông số và định mức công tác nổ mìn.

Xây dựng chương trình phần mềm phân loại đất đá theo độ nổ chocácmỏkhai thácđáVLXDViệtNam

Cường độ đập vỡ đất đá phụ thuộc vào tổng hợp cácyếu tố tự nhiên và thông số khoan nổ như: tính chất đất đá, điều kiện địa chất,độ nứt nẻ, chỉ tiêu thuốc nổ, thông số mạng khoan, tính chất của lượng thuốcnổ, phương pháp nổ, sơ đồ nổ và các thông số lượng thuốc nổ,. Năng suất của các thiết bị xúc bốc phụ thuộc vào mức độ khó xúc củađấtđávàkhảnăngxúcđượckhốilượngđấtđálớnnhấttrongmỗilầnxú c.Với mỗi loại đất đá nhất định thì mức độ khó xúc chủ yếu phụ thuộc vào yếutốkỹthuật vàcông nghệ,đặcbiệtphụ thuộcvàotỷlệcỡhạt củađất đá.

ĐánhgiáM Đ Đ V đấtđábằngnổmìn

Dựavào tổ hợp các vật dụng để làm nổ được lượng thuốc mà người ta phân rathành các phương pháp nổ mìn: bằng cách đốt, bằng điện, bằng dây nổ, bằngngòi nổ phi điện, bằng kíp điện tử… Trên bảng 4.1 giới thiệu các loại chất nổđang sử dụng ở Việt Nam và bảng 4.2, 4.3, 4.4 và 4.5giới thiệu các loạiphươngtiện nổ đangsửdụng tại Việt Nam. Theo kết quả ta thấy, chất nổ Zernôgralunít 79/21 khi nổ trong lỗ khoan115 mm, tuy có giá thành cao hơn ANFO thường, nhưng có chi phí khoangiảm (vì mạng lỗ khoan mở rộng) đủ để bù lại chi phí tăng của giá thành chấtnổ, nên có chi phí trên một đơn vị năng lượng nhỏ hơn so với ANFO thường.Các loại chất nổ còn lại không có sự thay đổi chi phí trên một đơn vị nănglượngnổsovới giáthànhthuốcnổ củaloại chấtnổtương ứng.

Hình 3.8-Sơ đồ biểu diễn sự phụ thuộc của chi phí các khâu khoan (C k ), nổ(C n ), xúc (C x ), vận tải (C vt ), khoan nổ lần2 (C kn2 ) và chi phí tổng của cả dâychuyềntínhtrên1m 3 đánổvàokíchthướccụctrungbìnhcủađốngđá(D tb )[17]

Nghiên cứu xác lập mối quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với tính chấtcơlý của đấtđá

Trong số các tính chất cơ lý đặc trưng cho môi trường đất đá có ảnhhưởng đến việc phá vỡ bằng năng lượng nổ như: độ cứng (độ bền vững), độnứt nẻ, độ giòn, độ dính, độ dẻo, độ rai, độ hạt, độ nở rời, tính phân lớp…, thìtính chất nào là quan trọng nhất khi xác định chỉ tiêu thuốc nổ?. Xácđịnhchỉtiêuthuốcnổthôngquagiátrịđộkiêncốđấtđácónghĩalà:q =(f) - Ảnh hưởng của độ nứt nẻ: Đa số đất đá cứng đều có tính nứt nẻ. Độnứt nẻ của đất đá được đặc trưng bởi mật độ vết nứt, hay khoảng cách trungbìnhgiữacác vết nứttựnhiênhoặc đánhgiá qua bềrộngvết nứt.T h e o Rupsốv thì hai loại đất đá có cùng độ kiên cố nhưng độ nứt nẻ khác nhau thìmức độ đập vỡ khác nhau. Từ kết quả nghiên cứu này, người ta. thêmbiếnsốlàđộnứtnẻđểxácđịnhchỉtiêuthuốcnổ,hoặccoiđộnứtnẻlàmộthệ số ảnhhưởng. - Ảnh hưởng của các ứng suất cơ học, ứng suất nénn, ứng suất cắtc,ứng suất kéok. Đại diện cho trường phái này là Rdevski, Rupsov [3], [20].Theoquanđiểmcủacáctácgiảchorằngsứckhángvỡcủađấtđátínhbì nh. quânchocácứngsuấtlànhưnhau.Nhưvậyđểphávỡđấtđánàođócầntạoramột ứng suấtlớn hơn ứng suất phávỡpv. Qua kết quả nghiên cứu của các tác giả ta nhận thấy các công thức đềuđềcập đếngiátrị ứngsuất,mật độ vàtínhnứtnẻcủađất đá. Áp dụng các kết quả nghiên cứu trên vào điều kiện cụ thể tại các mỏkhai thác đá VLXD ở Việt Nam còn gặp nhiều khó khăn, bởi có mỏ ở ViệtNam chưa tiến hành phân loại đất đá mỏ theo trạng thái các ứng suất, theomứcđộ nứtnẻ,hoặckhôngsửdụng thuốcnổ chuẩn làAmônítN06J)V,v.v.. Trêncơsởnghiêncứuxáclậpmứcđộquanhệcủachỉtiêuthuốcnổvớ i tính chất cơ lý của đất đá tác giả đề nghị sử dụng “chỉ tiêu thuốc nổ côngnghệ”làm thông số đặc trưng cho mối quan hệ này. Thay thuốc nổ chuẩn làAmônítN06J)V(LiênXô cũ)bằngthuốcnổANFO(do Việt Namsảnxuất).

Nghiên cứu xác lập mối quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với các thôngsốnổ mìn

Nhiệt lượngnày không phải biến hoàn toàn thành công hữu ích (công để đập vỡ và dịchchuyển đất đá theo yêu cầu mục đích của công tác nổ) mà bị tổn thất dướinhiều dạng khác nhau như: Nhiệt lượng dư, nhiệt lượng đốt nóng môi trường,hoánăngdư,cácdạng sinhcông vô ích,…N h i ệ t l ư ợ n g s i n h c ô n g h ữ u í c h thay đổi tuỳ thuộc vào yêu cầu mục đích của công tác nổ, tính chất cơ lý củađất đá, các thông số nổ mìn và phương pháp điều khiển nổ, từ đó người ta đưara khái niệm hệ số sử dụng năng lượng nổ hữu ích được xác định bằng côngthức[5]. - Nổ mìn bằng phương tiện nổ phi điện: Phương tiện nổ phi điện baogồm: kíp phi điện, dây truyền tín hiệu nổ, phương tiện đấu ghép mạng nổ (hộpnối chùmvàmócchữJ)),máykhởinổ phiđiện. Hiện nay, để đạt được trình tự nổ theo thiết kế, người ta thường phốihợpcác phương tiện nổ nêu trên.Như vậy,dấuhiệuđểphânb i ệ t p h ư ơ n g pháp điều khiển nổ mìn là trình tự nổ và thời gian chậm nổ giữa các lượngthuốc. Theotrìnhtựnổvàthờigianchậm nổ,ngườitaphânra3phươngpháp điềukhiểnnổmìn:. 1) Phương pháp nổ mìn đồng thời (tức thời):Đây là phương pháp điềukhiển tất cả các lượng thuốc cùng nổ một thời điểm.

Bảng 4.10: Chỉ tiêu thuốc nổ q, (kg/m 3 ) phụ thuộc vào khoảng cáchtươngđối giữa cáclượng thuốc[36]

Nghiên cứu xác lập mối quan hệ của chỉ tiêu thuốc nổ với việc bảovệmôitrườngsinhthái

Tuy nhiên sản phẩm khí nổ thay đổi còn phụ thuộc vào điều kiện cụ thểnhư thành phần vật chất của đất đá, tác dụng của xung khởi nổ mạnh hay yếu,độnghiềntinh,nhàotrộnkỹgiữacácthànhphầncủahỗnhợp,mậtđộc hấtnổ,đườngkínhlượngthuốc. Nếu chọn chỉ tiêu thuốc nổ qhlmaxthậm chí lớn hơn thì giá trịcủa lượng thuốc nổ Q tăng lên điều này dẫn đến lượng bụi phát sinh nhiềuhơn, bán kính vùng lan toả bụi cũng tăng lên (công thức 4.22), tác dụng địachấn, sóng không khí và hậu xung cũng tăng ảnh hưởng đến môi trường sinhthái.

Lựa chọnloạichấtnổ lấylàmtiêuchuẩn

Để xác định mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và kích thước cỡ hạt tácgiả đã tiến hành nổ thực nghiệm tại mỏ đá vôi Ninh Dân thuộc Công ty ximăng Sông Thao, mỏ đá Thường Tân IV- Bình Dương, thu thập số liệu tại mỏđá Yên Duyên thuộc Công ty xi măng Bỉm Sơn và một số mỏ khác. Ảnh hưởng của các thông số nổ mìn đến chỉ tiêu thuốc nổ cũng như ảnhhưởng chỉ tiêu thuốc nổ đến môi trường sinh thái không có quan hệ trực tiếp,chỉ xác định thông qua các biện pháp kỹ thuật - công nghệ, và do đó khi lựachọn giá trị chỉ tiêu thuốc nổ hợp lý, các yếu tố trên không thể hiện trong tínhtoán.

Hình 4.13-Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa chỉ tiêu thuốc nổ và mức độđậpvỡtại mỏ đá vôiNinh Dân

Giới thiệu một số giao diện và kết quả tính toán bằng phần mềm đãđượclập

NguyễnĐìnhAn,NhữVănBách,TrầnQuangHiếu,NhữVănPhúc(2010),Nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả và giảm những tácđộng có hại đến môi trường khi nổ mìn ở mỏ đá vôi Văn Xá thuộc Công tyHHximăngLUKS(ViệtNam),BáocáoHộinghịKhoahọckỹthuậtmỏ lầnthứ19,Trường ĐHMỏ -Địachất,Tr.3-9. Nguyễn Đình An, Nguyễn Duy Thành,Tôn Thất Hàm, Đinh Ngọc Hùng, (2011),Thực trạng công tác khai thác đá làm vật liệu xây dựng trên địabàn tỉnh Thừa Thiên Huế.Tuyển tập báo cáo Hội nghị KHKT mỏ toànquốc lần thứ 22, Hội Khoa học và công nghệ mỏ Việt Nam.